Üzemanyag növényekből
2007/6. lapszám | Dr. Barcsik József | 5774 |
Figylem! Ez a cikk 19 éve frissült utoljára. A benne szereplő információk mára aktualitásukat veszíthették, valamint a tartalom helyenként hiányos lehet (képek, táblázatok stb.).
Kis túlzással mondhatjuk, hogy reneszánszát éli a növényekből történő üzemanyaggyártás. Az 1970-es évek első olajválsága ráirányította a figyelmet a bio-üzemanyagokra. De visszatekintve a korábbi évtizedek történéseire, olvashatunk arról, hogy a dízelmotor feltalálója, Rudolf Diesel az új motorjában üzemanyagként, a párizsi világkiállításon 1900-ban földimogyoróból készült növényolajat használt fel. A háborús idők faelgázosító autóját is a bioüzemanyag előfutárának lehet tekinteni.
Az olajválság és a fenntartandó környezet az 1980-as évek elején ráirányította a figyelmet a bio-üzemanyag kutatására. Ezt erősítette a mezőgazdaság területén jelentkező túltermelés, melyből a kiutat meg kellett keresni. A megoldást az energianövények termesztése jelentette. A Földünkön jelentkező globális felmelegedés egyik okozójaként említik a klímakutatók a fosszilis energiahordozók – szén, földgáz és a kőolajtermékek – eltüzelésékor keletkező CO2-gázok légtérbe jutását, melyet éves szinten közel 22 milliárd tonnára becsülnek. A szomszédunkban, Ausztriában a Graz-i Egyetemen, amely napjainkra a Biotreibstoff Institut-tal (ÖBI) a bio-üzemanyag centrumává vált, sikeres kutatásokat folytattak. Ausztriában építették meg az első ipari méretű biodízel-berendezést. Az országhatárunk mellett lévő Güssingben, Ausztriában repcéből állítanak elő biodízel üzemanyagot, melyet az üzem melletti kútnál, de a település környékén lévő különböző társaságok benzinkútjainál is tankolhatnak gépjárműveikbe az üzemeltetők.
Németországban az első nagy biodízel-berendezést szerelését 1990-re fejezték be.
A bio-üzemanyag egy széles fogalmat ölel át. Érdemes ezeket a bioüzemanyag-fajtákat röviden áttekintenünk. Közös jellemezőjük, hogy ezeket bio-nyersanyagokból állítjuk elő, és környezetbarátnak tekintjük. A legismertebbek:
- a tiszta növényolaj, melyet olajos magvakból extrahálással és préselés nyernek ki,
- a biodízel, növényolajból átészterezéssel állítják elő,
- az etanol, melyet gabona, kukorica, cukorrépa és cukornád elgázosításával és desztillációjával állítanak elő,
- a biogáz szerves hulladékanyagok vagy energianövények levegőmentes elgázosításával készül.
A biodízel előállításáról
A biodízel előállítására a legfontosabb nyersanyag a növényolaj. A növényolajat olajtartalmú növények részeiből, elsősorban a magjából préseléssel nyerik ki. A növényolaj étolajként ismert, de üzemanyag előállításához is felhasználják.
Ismert növényolajok a napraforgó-, a repce-, a tökmag-, az olíva-, a kukoricacsíra-, az amerikaimogyoró-, a szójababolaj stb., melyek olajtartalma és maghozama a következők szerint alakul.
Nyugat- és Közép-Európában a repcét tekintik a legfontosabb olajos növénynek. Ebben szerepet játszik a gépi betakarítás is. A téli repce kedvező termesztési tulajdonságai közé többek között a következőket sorolják:
- A repce a talajt 10-11 hónapon keresztül betakarja.
- Gyökerei mélyen behatolnak a termőtalajba.
- Jelentősnek tekinthető a termesztése során a gyomnövények elnyomása.
- Igen jó a nitrogénfelvevő képessége, ez eléri a 250-300 kg N/ha-t (4 t/ha szemhozam esetén).
- A repce betakarítása után a nitrogénmaradványok értéke 100 kgN/ha-nál több is lehet.
A napraforgóolajnak, mint üzemanyagnak a fontos jellemzői hasonlítanak a repceolaj paramétereihez.
A növényolajokat – a növény magjainak hideg vagy meleg sajtolását és szűrését követően – már használhatják üzemanyagként. A biodízelt egy egyszerű kémiai folyamattal, átészterezéssel állítják elő növényolajból. Az átészterezésnél a növényolajhoz – megfelelő arányban – metanolt, alkoholt és katalizátorként nátrium- vagy kálium-hidroxidot adagolnak. A technológiai folyamat végén növényolajból metilészter és glicerin lép ki.
A biodízel gyártása során – az osztrák tapasztalatok alapján – használt, begyűjtött étolajat és zsírt is adagolnak a növényolajhoz. Ezzel megoldódik a sütés-főzés során az éttermekben, büfékben stb. keletkezett elhasznált olaj és zsír környezetkímélő kezelése.
A növényolaj előkezelt formája a növényolaj-metilészter (NOME). Abban az esetben, ha a növényolajat a repcéből nyerik ki, akkor a repceolaj-metilészter (RME) elnevezést is használják. A metilésztert, mert fizikai tulajdonságaiban hasonlít a kőolajból desztillációval előállított gázolajhoz, biodízelnek is szokták nevezni. A gyártás során a napraforgóból és a repcéből a préselés után keletkező maradékot „pogácsa” formájában állatok takarmányozására használják fel.
Hazánkban Jász-Nagykun-Szolnok megyében, Fegyvernek és Kunhegyes között van a Kunhegyesi Mg. Rt. A társaság 1999-ben pályázatot nyújtott be a Földművelési és Vidékfejlesztési Minisztérium Vidékfejlesztési Központi előirányza-tára. Pályázatukat elfogadták, beruházásukat támogatták. A fejlesztés ezen túlmenően összhangban állt a kormányzati elhatározásokkal és az országos területfejlesztési koncepciókkal. Az országban itt valósult meg az első üzemelő biodízelgyártó üzem, melynek beruházási költsége közel 400 millió forintot tett ki.
Az üzemet Sas János közgazdasági igazgatóhelyettes és Lukács Mihály biodízel-üzemvezető mutatta be. A biodízel előállításához szükséges alapanyagot, a repcemagot és a napraforgót az üzem a tárolóban fogadja. Az üzemben alkalmazott gyártási eljárás folyamata a következő főlépcsőkre bontható: olajpréselés; szűrés; sav- és foszfatid-mentesítés; metanol-, valamint katalizátor-lefejtés, átészterező reaktáns-elegykészítés; átészterezés.
Olajpréselés
A gyártási eljárás során, a feldolgozásra kerülő magfajtától függően, napraforgót vagy repcemagot szállító csiga juttatja az anyagot a sajtolókra. A szilárd préselvény eltávolítása után a nyersolaj egy tartályba ürül. A tartályban az olajat folyamatosan keverik, ez által megakadályozzák a durvább szemcsék kiülepedését a tartály alján.
Szűrés
A nyersolajat egy szivattyú nyomja az alternálva üzemelő szűrőkre, ahonnan az ott kivált lepény eltávolítása manuálisan történik, amit a présekre juttatnak vissza.
Sav- és foszfatid-mentesítés
A tárolóba kerülő szűrt olajat egy szivattyú a felváltva üzemelő sav- és foszfatid-mentesítő reaktorokba adagolja. A keverés során számított mennyiségű sav-, majd foszfatid-mentesítő oldatot adagolnak hozzá a vegyszereket tartalmazó tartályokból, a szivattyúik segítségével. A kb. 3-4 órás, 70-80 °C-on végzett kevertetés után a kivált csapadékot egy szivattyú juttatja egy tartályba.
Ezt követően az ún. mosóvíztartályból szivattyúval 70-80 °C-os mosóvizet szállítanak a kezelőtartályokba. Az állandó hőmérséklet biztosítását egy csőköteges hőcserélő üzemeltetése teszi lehetővé. A tartályokban kb. 3-4 óra alatt játszódik le a fázisok szétválása. Ezt követően az alsó (szappanos, vizes) fázist egy tartályba engedik le. A kezelőtartályból az olajos fázist egy gyűrűs vákuumszivattyú szívja be a vákuumszárítóba, ahol a víztelenítés történik. A víztelenített terméket egy szivattyú szállítja a 2 db tartályba, ahol az olaj minősítésre kerül.
Metanol-lefejtés, átészterező reaktánselegy-készítés
A metanol közúton 20-25 m³-es tartályokban érkezik az üzem területére. A beérkező szállítmányt mintavétel, mérlegelés után a laboratóriumuk minősíti. Ha a metanolt a labor megfelelőnek találja, akkor a tankautó ürítőcsonkját a lefejtő szivattyú szívócsonkjához csatlakoztatják. A lefejtés során a földelő vezetéket a földelő csatlakozójával, a metanolt tároló tartály légterét a tankautó légterével kötik össze, azért, hogy metanolgőz ne kerüljön a környezetbe. Ezek után a metanolt a tankautóból fejtik le.
Katalizátor-lefejtés
A katalizátor (nátrium-metilát 30%-os metanolos oldata) 200 literes hordókban érkezik az üzembe, melynek felhasználása a következő: 1 hordó NaOMe-oldatot beengednek a bekeverő tartályba. A földalatti tartályból számított mennyiségű metanolt nyomatnak szivattyúval a bekeverő tartályba. A tartályba került adagot egy szivattyú segítségével visszacirkulálva kevertetik, majd egy tartályba nyomatják.
Átészterezés
A tartályokban levő tisztított, minősített olajat szivattyú juttatja a reaktorba. Az előkészített, minősített reaktáns-elegyet szivattyúval adagolják a reaktorba. Ebből a reakcióelegy a szeparátorba kerül a beadagolással megegyező ütemben, ahol az elegy-metilészter a még át nem alakult olaj- és glicerin-fázisra válik szét. A szeparátorból a glicerines fázis folyamatosan ürül a gyűjtőtartályba.
Az átészterezést több fokozatban reaktorokban és szeparátorokban végzik el, melyekben a szerves és az újonnan képződött glicerines fázis ismét szétválik. A levált glicerint minden esetben a gyűjtőtartályba vezetik. Az utolsó reaktorról a reakcióelegy egy 120-140 °C-os gőzzel fűtött elpárologtatóba jut. A közölt hő hatására a metanol az elegyből kiválik, majd egy hőcserélőben lekondenzál. A regenerált metanol egy „közbeeső tartályban” gyűjtésre kerül. Innen egy szivattyú segítségével a metanoltárolóba kerül vissza. Az elegyeket elválasztó szeparátorról a szerves fázis a rendelkezésre álló 3 db nyersészter-tárolóba jut, ahol minősítik.
Az átészterező-leválasztó rendszer 0,7 bar túlnyomású N2-párna alatt üzemel, amely rendszerben az áramlást a túlnyomás, a szivattyúk biztosítják. A készülékek elrendezése folytán a kaszkádrendszer anyagtranszportja gravitációval történik.
A nyers észter mosása, tisztítása, adalékolása
A minősített nyersészter-tartályokból a folyadék folyamatosan kerül át a mosóreaktorba. A szállított észter mennyiségével szinkronban az átmeneti víztartályból programozott mennyiségű mosóvíz kerül betáplálásra a mosóreaktorba, ahol megtörténik az észter első mosása. Innen a reakcióelegy a mosószeparátorra kerül, ahol szerves (észter) és vizes fázisokra szétválik. A víz a beton tárolóba kerül, ahonnan szippantós kocsi szállítja el.
Az egyszer már mosott észterfázist a következő mosóreaktorba vezetik, melybe párhuzamosan ivóvízminőségű mosóvíz jut. A keletkezett reakcióelegy a mosóreaktorról folyamatosan a mosószeparátorra kerül. A szétvált fázisok közül a vizes fázis az átmeneti víztárolóba, a szerves észterfázis a 2 db mosott észtertárolóba kerül minősítés és tovább feldolgozás céljából.
Ha az észter minőségét megfelelőnek ítélik, akkor a szivattyú a gőzzel fűtött elpárologtatóra adagolja a folyadékot, azért, hogy a benne maradt víz eltávolításra kerüljön. Ezt követően a vízmentesített észtert hőcserélőn lehűtik, és tartályokba kerül. A hőcserélőben a hűtési hőt hasznosítják, mert a másik oldalon az elpárologtatóra kerülő észtert előmelegítik.
A vízmentesített észter a tárolótartá-lyokból a felváltva üzemelő szűrőkre jut, ahol megszűrik. A szűrőkön maradó lepény eltávolítása manuálisan történik. A megszűrt észter 2 tárolóba kerül, ahol a terméket minősítik. A megfelelő minőségű észtert egy szivattyú a statikus keverőn keresztül, a szükséges mennyiségű adalék hozzáadásával a 3 készterméktárolóba nyomatja, melyekből a vám- és pénzügyőrség által leplombált mérőkön lehet csak kiadni, eladni a biodízelt.
A megvalósult kunhegyesi biodízel-üzem technológiájának áttekintését segíti a gyártási folyamatot bemutató séma. A termelési adatok szerint az üzem óránként 1,25 t repcemagot tud feldolgozni, melyhez óránként 0,05 t metanolt és 25 liter vizet használnak fel. A biodízel-üzem a gyártáshoz óránként mintegy 24 m³ földgázt és 4,7 kWh villamos energiát fogyaszt.
A földgázt kazánban eltüzelik, és technológiai gőz állítanak elő.
A bevitt nyersanyagból és a felhasznált adalékanyagokból az üzem óránként 0,42 t biodízelt állít elő. Melléktermékként óránként 0,05 tonna glicerin és 0,83 tonna repcepréselvény keletkezik. Ez utóbbi terméket állatok etetésére használják fel.
Az üzem gyártási tapasztalatai kedvezőek. 2006-ban született egy kormányhatározat a bioüzemanyagok gyártásának fejlesztéséről és közlekedési célú alkalmazásának ösztönzéséről. A határozat szerint – összhangban az EU-irányelvvel – 2010-ben a forgalomba hozott közlekedési üzemanyag – gázolaj – energiatartalmának legalább 5,75%-ának bioüzemanyagak kell lennie. Úgy tűnik, hogy a kormányhatározatot követően életbelépett rendeletek most már biztosítják a gazdaság biodízel-üzemének normál üzemvitelét. Rajtuk tehát nem fog múlni a növényolaj alapanyagú biodízel-gyártás.
A régióban 8000-9000 hektáron termelnek a mezőgazdasági vállalkozók, őstermelők nagy olajtartalmú napraforgót és repcét. A társaság az említett növények termelésében évek óta jelentős integrátori szerepet tölt be. Napraforgó-feldolgozó üzemet működtetnek hántolt napraforgómag előállítására.
A biodízel-üzem jelenleg 10 000 tonna alapanyag feldolgozása mellett közel 3000 tonna végterméket tud előállítani. Ezt a teljesítményt szeretnék megháromszorozni, ami minimálisan 15 000 hektár integrációját jelenti. Ezt egyrészt azt jelenti, hogy napraforgó-, repcetermesztési lehetőség jön létre a mezőgazdasági termelők számára, másrészt a bioüzemanyag-gyártás is kilép a helyben járásból.
