Ads Top

Πώς γίνεται το Βιοντήζελ και το Σαπούνι απο το Τηγανόλαδο και τη Σόγια. Φτηνό Βιοντήζελ για νοθεία καυσίμων. Βιομηχανική παραγωγή Βιοντήζελ. Παραγωγή φυτικού ελαίου απο Σόγια.

Του Καθηγητή Γ.Ζουγανέλη

Είναι γνωστό απο χρόνια στις HΠΑ και αλλού, ότι βιοντήζελ μπορεί να εξαχθεί απο το τηγανόλαδο και όχι μόνον. Δεν είναι άσχημο να υπάρξει βιομηχανική εκμετάλλευση της εν λόγω εφαρμογής στην Ελλάδα με κάποιες προυποθέσεις. Το βιοντήζελ (bio-diesel) δεν ανακαλύφθηκε τώρα τελευταία, όπως πολλοί νομίζουν αλλά χρησιμοποιείται τα τελευταία περίπου 100 χρόνια!

Ο Rudolf Diesel χρησιμοποίησε πρώτος λάδι που παρήγαγε απο φυστίκια για να φτειάξει ένα καθαρό καύσιμο για χρήση στούς αγρούς αλλά και στη πρώτη μηχανή συμπίεσης - ανάφλεξης που έφτειαξε, γνωστή με το όνομα μηχανή Ντήζελ. Στη μηχανή αυτή το καύσιμο αναφλέγεται μετά την εισαγωγή του στο κλίβανο καύσης λόγω αύξησης της πίεσης του αέρα και συνεπώς αύξησης της θερμοκρασίας μέσα σε αυτόν. Είναι γενικά μηχανές κατασκευασμένες απο σκληρά και ανθεκτικά υλικά.

Το βιοντήζελ, λόγω της αύξησης της τιμής του πετρελαίου, επανέρχεται στην επικαιρότητα ενώ η παραγωγή του απο χρησιμοποιημένο λάδι καταχωρεί την μέθοδο παραγωγής του και σαν μέθοδο ανακύκλωσης.

ΤΙ ΕΙΝΑΙ ΤΟ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ


To βιοντήζελ είναι εστέρες ανώτερων λιπαρών οξέων παραγόμενοι απο τριγλυκερίδια και αλκοόλη (συνήθως μεθανόλη) παρουσία ενός καταλύτη (KOH, NaOH, NaOCΗ3, κλπ.) με μια διαδικασία γνωστή ως transesterification (μετεστεροποίηση), To βιοντήζελ, που έχει όπως βλέπετε συγκεκριμένο χημικό τύπο (αυτόν μέσα στο κόκκινο πλαίσο στη φωτογραφία αριστερά) παράγεται από φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη, σύμφωνα με την αντίδραση (1) παρουσία καταλύτη. Στις ΗΠΑ το βιοντήζελ παράγεται συνήθως απο σόγια και στην Ευρώπη από ελαιοκράμβη.

Τα τριγλυκερίδια (Triglycerides) σχηματίζονται απο ένα μόριο γλυκερόλης (γλυκερίνης) ενωμένο με τρία μόρια ανώτερων λιπαρών οξέων (αντίδραση 2). Σε θερμοκρασία δωματίου  μπορεί να είναι στερεά (λίπη, πιο κορεσμένα) ή υγρά (έλαια, πιό ακόρεστα). Η αντίδραση αυτή είναι χρήσιμη στο διαχωρισμό της γλυκερόλης απο το βιοντήζελ και στη παραγωγή σαπουνιού. Τα τριγλυκερίδια ευρίσκονται σε μεγάλα ποσοστά μέσα σε φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη.

ΧΡΗΣΙΜΟ ΚΑΙ ΣΤΗ ΝΟΘΕΙΑ ΚΑΥΣΙΜΩΝ

Το βιοντήζελ δεν περιέχει γενικά θείο ή αρωματικές ενώσεις. Το θείο που περιέχει είναι 200 φορές λιγότερο απο το θείο που περιέχει το ντήζελ του πετρελαίου πράγμα που το κάνει περισσότερο ελκυστικό στη χρήση του. Επίσης, δεν είναι τόσο πτητικό όσο η βενζίνη, πράγμα που κάνει φτηνότερη τη φύλαξή του για μεγάλες χρονικές περιόδους ενώ αναμειγνύεται εύκολα με άλλα προιόντα πετρελαίου της αγοράς ακόμη και σε μεγάλα ποσοστά (βλέπε νοθεία καυσίμων…) π.χ. Β80 είναι ένα Blend 80% biodiesel και 20% diesel πετρελαίου. Β7 είναι ένα Blend 7% biodiesel και 93% diesel πετρελαίου.

Το κάθε βιοντήζελ έχει τα δικά του χαρακτηριστικά, τις δικές του φυσικές ιδιότητες π.χ. distillation curve (καμπύλη απόσταξης), που το χαρακτηρίζουν και οι οποίες είναι συγκρίσιμες με εκείνες του ντήζελ πετρελαίου. Επειδή κατά την αλλοίωσή του το βιοντήζελ οξειδώνεται, η διάβρωση που προκαλεί στο χαλκό είναι μια ακόμη μεγάλης σημασίας φυσική ιδιότητα που μελετάται. Υπάρχουν και άλλες. Το βιοντήζελ μεταφέρεται πιό εύκολα απο το ντήζελ πετρελαίου γιατί δεν αναφλέγεται τόσο εύκολα όσο αυτό.

Η παρουσία λιπών στο βιοντήζελ μειώνει τη χρήση του σε χαμηλές θερμοκρασίες. Η χρήση ανώτερων αλκοολών επιτρέπει παραγωγή βιοντήζελ που μπορεί να χρησιμοποιείται σε χαμηλότερες θερμοκρασίες. 

Οι ιδιότητες και τα χαρακτηριστικά του βιοντήζελ το οποίο διακινείται στην ευρωπαϊκή αγορά σκολουθούν το ευρωπαϊκό πρότυπο ΕΝ14214, που περιέχει 96,5% βιοντήζελ ωρισμένων προδιαγραφών (βλέπετε σχετικά εδώ).

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΑΠΟΥΝΙΟΥ


Μια άλλη χρήσιμη αντίδραση που είναι χρήσιμο να γνωρίζετε, είναι η αντίδραση (3), που περιγράφει τον βασικό τρόπο παραγωγής σαπουνιού (σαπωνοποίηση). Οπως στη περίπτωση παραγωγής του βιοντήζελ στην αντίδραση χρησιμοποιούνται τριγλυκερίδια, που μπορεί και αυτά να προέρχονται από φυτικά έλαια και ζωικά λίπη. Η κατανόηση των εξισώσεων (1), (2) και (3) είναι απαραίτητη και το κλειδί για να αντιληφθείτε τι συμβαίνει και στη παραγωγή βιοντήζελ αλλά και στη παραγωγή σαπουνιού.

Η αντίδραση (3) είναι αντιπροσωπευτική της διαδικασίας της σαπωνοποίησης, καθώς στην πράξη χρησιμοποιούνται περισσότερα του ενός τριγλυκερίδια, ενώ σε μερικές περιπτώσεις χρησιμοποιείται και μείγμα από καυστικό κάλιο και καυστικό νάτριο. Σαπούνια ονομάζονται τα άλατα των ανώτερων μονοκαρβοξυλικών οξέων και κυρίως του παλμιτικού, στεατικού και ελαϊκού οξέος με νάτριο (σκληρά σαπούνια) ή με κάλιο (μαλακά σαπούνια).

Υπάρχουν δύο βασικά τύποι σαπωνοποίησης: η εν θερμώ σαπωνοποίηση (με βρασμό ή ημιβρασμό) και η εν ψυχρώ σαπωνοποίηση. Το παραπροϊόν της σαπωνοποίησης, η γλυκερίνη (γλυκερόλη), απομακρύνεται κατά τη βιομηχανική παρασκευή και αποτελεί σημαντική πρώτη ύλη στην χημική βιομηχανία.

Η βιομηχανική παραγωγή σαπουνιού γίνεται με συνεχή διαδικασία, δηλαδή προστίθενται συνεχώς λίπη και καυστικά αλκάλια και απομακρύνονται τα προϊόντα. Στην παραγωγή μικρότερης κλίμακας, σε οικοτεχνίες ή από ερασιτέχνες, η διαδικασία αυτή γίνεται με τον παραδοσιακό τρόπο και δεν είναι συνεχής.

Η εν ψυχρώ διαδικασία συνήθως δεν χρησιμοποιείται στη βιομηχανία, αλλά στις οικοτεχνίες. Η αντίδραση σαπωνοποίησης πραγματοποιείται σε θερμοκρασίες δωματίου και η γλυκερίνη δεν απομακρύνεται από το τελικό προϊόν αλλά αποτελεί συστατικό του (σαπούνια γλυκερίνης). Η αντίδραση συνήθως διαρκεί πολλές ημέρες και όταν θεωρείται ότι έχει ολοκληρωθεί το προϊόν τοποθετείται σε τύπους (καλούπια) και αφήνεται να στερεοποιηθεί χωρίς να προυπάρξει κάποια θέρμανση.

Στην εν θερμώ παραγωγή οι θερμοκρασίες ποικίλλουν. Μπορεί να είναι παραπλήσιες με τα σημεία βρασμού των συστατικών (μέθοδος ημιβρασμού) ή όλα τα συστατικά να είναι σε θερμοκρασία βρασμού (άνω των 100 ο C). Με εξαλάτωση (π.χ. με πρόσθεση κεκορεσμένου διαλύμματος NaCl) στο διάλυμμα, ελαττώνεται η διαλυτότητα του σαπουνιού που εύκολα στη συνέχεια διαχωρίζεται απο τη γλυκόλη.

  • Η μέθοδος ημιβρασμού χρησιμοποιείται τόσο στη βιομηχανία - κυρίως μικρής κλίμακας - για την βιομηχανική παρασκευή σαπουνιών γλυκερίνης όσο και στις οικοτεχνίες, καθώς η αντίδραση ολοκληρώνεται σε πολύ μικρότερο χρονικό διάστημα και από το δοχείο το σαπούνι πηγαίνει απευθείας στους τύπους (καλούπια) προκειμένου να σχηματοποιηθεί.
  • Η μέθοδος βρασμού είναι συνεχής διαδικασία, η γλυκερίνη απομακρύνεται από το τελικό προϊόν και χρησιμοποιείται αποκλειστικά από τη βιομηχανία μεγάλης κλίμακας.

Ενώ κανονικά το λάδι και το νερό δεν αναμειγνύονται, η προσθήκη του σαπουνιού για καθαρισμό επιτρέπει στις λιπαρής σύστασης ενώσεις να διαλυθούν στο νερό και να απομακρυνθούν από την επιφάνεια που έχουν ρυπάνει.

Σαπούνια απο τηγανέλαιο έχουν φτειαχτεί παλαιότερα και εθεωρούντο κακής ποιότητας. Τώρα βέβαια στην εποχή της πτώχευσης δεν αποκλείεται τίποτα…

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΑΠΟ ΕΛΑΙΟ ΣΟΓΙΑΣ

Στην αντίδραση (4) εξηγείται ποσοτικά η παραγωγή βιοντήζελ απο έλαιο σόγιας με 100% περίσσεια μεθανόλης.

Η αντίδραση αυτή είναι αμφϊδρομη, έτσι η περίσσεια μεθανόλης 60-200% και η παρουσία καταλύτη είναι απαραίτητη για να οδηγηθεί η αντίδραση προς τα δεξιά.

Η αντίδραση ολοκληρώνεται σε μία ώρα περίπου σε θερμοκρασία 60 οC ή σε μερικές ώρες σε κανονικές συνθήκες.


Ο καταλύτης καταρχήν διαλύεται στη μεθανόλη σχηματίζοντας ιόντα μεθοξειδίων πριν προστεθεί στο έλαιο σόγιας ώστε να ελαχιστοποιηθεί το ποσό σαπουνιού που μπορεί να σχηματιστεί απο κατευθείαν επαφή με τη σχηματιζόμενη γλυκόλη. Η παρουσία μεθοξειδίων στον καταλύτη παραγομένων απο μια διαδικασία που δεν χρησιμοποιεί νερό είναι μια επιθυμητή διαδικασία.

Στην αρχή της αντίδρασης ανάδευση του μείγματος είναι απαραίτητη, αφού η μεθανόλη δεν διαλύεται εύκολα στο έλαιο σόγιας. Ενας άλλος ωραίος τρόπος επιτάχυνσης της αντίδρασης είναι η ανάδευση με χρήση υπερήχων.

Στην αρχή στη σόγια προστίθεται μόνο ένα ποσοστό 80% του προμελετημένου μείγματος καταλύτη και μεθανόλης. Στη συνέχεια αφαιρείται απο το μείγμα η γλυκερόλη, και προστίθεται το υπόλοιπο 20% του μείγματος ώστε η διαδικασία να προχωρήσει πρός τα δεξιά. Η αφαίρεση της γλυκερόλης είναι απαραίτητη αφού αντιδρώντας με τον καταλύτη μπορεί να παράγει σαπούνι (βλέπε αντίδραση 3), εφόσον υπάρχει νερό προερχόμενο απο το καταλύτη ή αλλού. Την γλυκερόλη δεν την πετάμε…

ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ



Για τη πληρέστερη ενημέρωση σας, ένας βιομηχανικός τρόπος παραγωγής βιοντήζελ.

ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ ΑΠΟ ΤΗΓΑΝΟΛΑΔΟ


Η βασική διαφορά του τηγανόλαδου απο το φυτικό έλαιο είναι ότι είναι χρησιμοποιημένο, βρώμικο και οξειδωμένο. Οπως θα δείτε όμως στο παραπάnω video, στην πράξη τόσες πολλές “λεπτομέρειες” δεν λαμβάνονται υπόψη, Ολα εξαρτώνται από το αν η χρήση του παραγόμενου βιοντήζελ θα είναι “οικιακή” ή βιομηχανική, οπότε η τήρηση προτύπων είναι απαραίτητη  αλλά ανεβάζει και το κόστος. Παρότι στο video όλα φαίνοναι εύκολα κάποιες βελτιώσεις είναι απαραίτητες.Θέλει προσοχή…

Το βιοκαύσιμο που παράγεται μέσω αυτής της διαδικασίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί για αυτοκίνητα που κινούνται με πετρέλαιο αλλά και για λέβητες θέρμανσης σε πολυκατοικίες,  σε  ξενοδοχεία κλπ. με κάποιες όμως προυποθέσεις.

Για τις πιό κρύες μέρες, ένας θερμαντήρας του καυσίμου μπορεί να χρησιμοποιείται ή να προστίθεται λίγο κανονικό πετρέλαιο σε ποσοστό ανάλογα με τη περίπτωση.

Η “συνταγή” που προτείνεται στο video είναι: 70g καυστική σόδα, 1,9 λίτρα μεθανόλη, 11.35 λίτρα φυτικό τηγανόλαδο.

  • Lye= καυστική σόδα (ΝαΟΗ). Η χρήση της απαιτεί χρήση γαντιών και γυαλιών.
  • 1 US gallon=3.785 λίτρα

ΔΙΑΧΩΡΙΣΜΟΣ ΤΗΣ ΓΛΥΚΕΡΟΛΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΜΕΘΑΝΟΛΗΣ ΜΕ ΠΛΥΣΙΜΑΤΑ ΝΕΡΟΥ ΚΑΙ ΞΗΡΑΝΣΗ


Σε αυτό το video παρουσιάζεται ένας τρόπος διαχωρισμού της γλυκερόλης και της μεθανόλης, απο το αποτέλεσμα της αντίδρασης (1), με πλυσίματα νερού και ξήρανση (η γλυκερόλη είναι ευδιάλυτη στο νερό). Παρατηρείστε τη χρήση οργάνου για τη μέτρηση του pH και της αντίστασης που εισάγεται στο βαρέλι στο τέλος της διαδικασίας για να γίνει η ξήρανση.


ΣΥΜΠΛΗΡΩΜΑ: Παραγωγή φυτικού ελαίου απο Σόγια

Ενας τρόπος παραγωγής είναι με τη χρήση υδραυλικής πρέσσας κυρίως για οικιακή χρήση. Η απόδοση είναι γύρω στο 60%. Οτι περισσέψει χρησιμοποιείται για ζωοτροφές. Στο video που ακολουθεί σας παρουσιάζω μια εκθλιπτική πρέσσα παραγωγής λαδιού (Oil Expeller) απο σπόρους.


Στο βιομηχανικό τρόπο παραγωγής γίνεται καθάρισμα, ξήρανση και αποφλίωση των σπόρων, απόκτηση του ελαίου κατά 99% με τη χρήση εξανίου (ότι περισσέψει χρησιμοποιείται για ζωοτροφές.), επαναπόκτηση του εξανίου με εξάτμηση, καθαρισμό του ελαίου με φίλτρα και άλλες διαδικασίες (π.χ. degumming (removing of phosphatides), alkali refining (washing with alkaline solution to remove free fatty acids, colorants, insoluble matter and gums) and bleaching (with activated earth or activated carbon) για να αφαιρεθεί το χρώμα και άλλες προσμείξεις).

Κάθε 100g, ελαίου απο σόγια έχει 16g κεκορεσμένου λίπους, 23g μονοακόρεστου λίπους, και 58g πολυακόρεστου λίπους.

Σημείωση

Η λέξη “ντήζελ” στα Ελληνικά πρέπει να γράφεται με “ήτα” και όχι με “γιώτα”, διότι έτσι αποδίδεται σωστότερα η προφορά της λέξης biodiesel.
Εικόνες θέματος από Jason Morrow. Από το Blogger.