Mit kell tudni a biodízelről?

 

biodízel2

Minden év augusztus 10. napján ünnepeljük a Nemzetközi Biodízel Napot 2006 óta. A bioüzemanyagok, mint minőségi alternatívák a motorhajtóanyagok terén egyre nagyobb és fontosabb szerephez jutnak az energetikai és a környezetvédelmi szektorban. A biodízel üzemanyag alkalmazásának számos előnye ismeretes. A legfontosabb, hogy elégetésekor csak annyi szén-dioxid kerül a környezetbe, amennyit a növény, amiből előállítottuk, élete során a levegőből a szervezetébe épített. A szén-dioxid forgalom, nullszaldós ellentétben a fosszilis tüzelőanyagok használatával. Az Európai Parlament és a Tanács 2009. április 23-i 2009/28/EK irányelve (Renewable Energy Directive) valamennyi tagállam számára kötelező célkitűzésként határozza meg, hogy 2020-ra a közlekedési ágazatban a megújuló energiaforrásoknak – köztük a bioüzemanyagoknak – legalább 10 százalékos részarányt kell képviselniük a felhasznált összes energiából.

biodízel1

Növény olajok hasznosítása motorhajtóanyag célokra

A dízel-üzemanyagok biomassza alapú alternatíváját a növényi olajok (hazánkban repce, napraforgó) illetve származékaik jelentik. Történeti érdekesség, hogy 1894-ben Rudolf Diesel az általa konstruált kompressziógyújtású motort eredetileg földimogyoró-olajjal üzemeltette. A repcéből, napraforgóból vagy más olajos növényből kinyert olaj (triglicerid) közvetlenül is felhasználható motorikus üzemanyagként, ám ez bizonyos hátrányokat jelent: a motorokat részben át kell alakítani, a dízelolajhoz képest magas az üzemanyag viszkozitása, a lobbanáspontja, megnőhet a motor fogyasztása, az oxidációs katalizátorok használata nehézségekbe ütközik, „kellemetlen” szagot bocsát ki.

Ezeket a hátrányokat kisebb átalakításokkal és viszonylag egyszerű eljárásokkal ki lehet küszöbölni. A hagyományos dízelt és a biodízelt felváltva is lehet tankolni. A tapasztalatok szerint komolyabb műszaki problémát nem okoz a vegyes használat. A természetes eredetből származóan viszont előnyös tulajdonságok is rendelhetők a növényi olajhoz, melyek közül a biodegradabilitás, a szén-dioxid semlegesség és a nem toxikus jelleg emelhető ki, valamint előállítása pozitív energiamérleget ad. A növényi olajok, illetve a belőlük előállítható biodízel néhány hét alatt lebomlik a talajban, ezért különösen természetvédelmi területeken kívánatos az alkalmazása. Megújuló energiaforrás, ezért az olajlelőhelyekkel nem rendelkező országokban stratégiai jelentősége van, másrészt az EU-kvóta szerint alternatív energiaforrás szerepét is betölti. A növényolajok közvetlen használatakor jelentkező hátrányok azonban egyértelműen elháríthatók, ha a trigliceridekből kis szénatomszámú egyértékű alkohollal végzett átészterezéssel vagy hidrogénezéssel olyan komponenseket hozunk létre, melyek motorhajtóanyag-sajátságai megközelítik, vagy felülmúlják a kőolaj eredetű komponensek jellemzőit. Mint minden kereskedelmi forgalomban kapható üzemanyagnak, az átészterezéssel nyert biodízelnek, illetve a hidrogénezéssel kapott biogázolajnak is meg kell felelnie a szabványoknak. Motorhajtóanyag-előállítása és használata szempontjait tekintve a legkedvezőbb tulajdonságú olajnövények közé sorolhatjuk a repcét, a napraforgót, a szóját és egyes pálmafajtákat.

A növényi olajokat általában a magokból nyerik ki, sajtolással vagy oldószeres extrakcióval (a magokat a víztartalom csökkentése érdekében általában 70-100 oC hőmérsékleten pörkölik). A visszamaradt terméket – magpogácsa – takarmányozási célra fel lehet használni, mivel ~4-5% olajat tartalmaz az egyéb növényi anyagok mellett. A növényi olajok tulajdonságai elsősorban magától a növény fajtájától, de termőhely adottságaitól (talaj, éghajlat, tápanyagutánpótlás), évjárattól, a termesztés és a kinyerés technológiájától, az utókezelésektől és nem utolsósorban az állásidőtől függ. Ez utóbbi sokban meghatározza a termelés és feldolgozás gazdaságosságát, hiszen hazai viszonyok között évente egy termésre lehet csak számítani, ehhez kell optimalizálni a feldolgozókapacitások kialakítását.

A biodízel gazdaságosságának megítéléséhez sok tényezőt kell figyelembe venni, ezek közül meghatározó az alapanyag előállítása. Önmagában az olajban a megkötött napenergiának csak 35-40%-a jelenik meg, a többi a melléktermékekbe épül be.

Biodízel előállítása és alkalmazása

A katalitikus átészterezés (és az azt követő tisztítási lépések) során kapott zsírsav-metilészter (FAME) vagy zsírsav-etilészter (FAEE) elegy elnevezése a biodízel, ami alatt Magyarországon (és az Európai Unióban) elsősorban repceolaj-metilésztert (RME) értenek. Az átészterezés technológia kiindulási anyagként a használt növényi olajat adja meg.

Az eddigi kutatás/fejlesztési tevékenységet, illetve a megvalósított eljárásokat tekintve a metilészterek előállítása a került előtérbe. Ennek egyik oka a metanol viszonylag alacsony ára lehet, másrészt a metilészterek viszkozitása és lobbanáspontja alacsonyabb a többi észternél. Ebből a szempontból az etilészterek is megfelelőek, fűtőértékük viszont nagyobb, jobban megközelítik a dízelolaj értékeit, másrészt biomassza forrásból rendelkezésre állhat a bioetanol, így célszerűnek látszik az átészterezést ezzel az alkohollal végezni.

A növényolaj/alkohol rendszer korlátoltan elegyedik, így a reakció lejátszódásához intenzív keveréssel emulziót kell létrehozni, s az egyensúlyi konverzió növelésére alkoholfölösleget célszerű használni és/vagy a glicerin elválasztása után a reakciót több lépésben lehet végrehajtani. Az átészterezés a szóba jöhető hőmérsékleti tartományban csak katalizátor jelenlétében megy végbe, azaz homogén reakció nem vitelezhető ki, így az eljárások gyakorlati megvalósításának alapvető kérdése a katalizátor és a reakciókörülmények meghatározása. Az átészterezéshez használatos alkohol tisztasági követelményei jelentős mértékben meghatározhatják az eljárás gazdaságosságát, így a katalizátor megválasztásánál figyelembe kell vennünk nemcsak a kiindulási olaj, hanem az alkohol lehetséges szennyezéseit (például: víz) is.

Az elegyíthetőségből adódóan az EU-szabványok többféle biodízeltartalmú keverék forgalmazását teszik lehetővé, melyek közül általában a B5 vagy a B20 termékek kaphatók az üzemanyagkutaknál.

A biodízel hátrányai

Az eddigiekből úgy tűnhetne, hogy a biodízel (és a bioetanol) alkalmazása környezeti szempontból kizárólag előnyökkel jár. A bioüzemanyagok kritikusai azonban számos ellenérvet sorakoztattak föl, és ezek alapján azt állítják, hogy a bioüzemanyagok alkalmazása nemhogy nem környezebarát, hanem egyenesen környezetszennyező. A legtöbbet hangoztatott ellenérvek a következők:

  • A bioüzemanyagok előállítása nagy mennyiségű fosszilis energiahordozó felhasználását igényli, és ebből adódóan jelentős mennyiségű üvegházgáz kerül a légkörbe, szinte teljesen kompenzálva a bioüzemanyagok használata által „megtakarított” mennyiséget. így tehát nem járulnak hozzá a globális felmelegedés mérsékléséhez, mert a termesztésükhöz szükséges bevitt energia és a nyert energia szinte azonos mennyiségű.

  • Kedvezőtlen az energiamérlege: legjobb esetben 24 MJ ráfordítás 10 MJ üzemanyagot eredményez.

  • Az energetikai célú növénytermesztés monokultúrákhoz vezethet.

  • A termesztés nagy mennyiségű N2-forrás és egyéb műtrágya, valamint növényvédőszer használatát teszi szükségessé, ami jelentősen megterheli a talajt és a vízbázist (nitrátok stb.). Terhelődik továbbá a légkör is, méghozzá a N2O üveg­házgázzal és NO2-vel, ami a savas esőkhöz járul hozzá.

  • A bioüzemanyagok előállítása sokkal drágább, mint az üvegházgáz kibocsátás csökkentésének egyéb lehetőségei.

Sajnálatos módon a szakértők között „szekértáborok” alakultak ki, mindenki a saját érveit hangsúlyozta, s az álláspontok nem közeledtek. A kilencvenes évek második felétől azonban kezdett elterjedni az életciklus-elemzés (Life Cycle Assessment, LCA), amely a termék vagy szolgáltatás környezetre gyakorolt hatását egészen a „bölcsőtől a sírig” vizsgálja.

Ausztriában és Németországban végzett tanulmányok szerint a biodízel szinte minden vizsgált szempontból kedvezőbbnek mutatkozik a hagyományos dízelnél. Itt figyelembe kell venni azt is, hogy ezen országok éghajlati viszonyai elsősorban a repce termesztésének kedveznek, a cukorrépa, a búza és a burgonya termesztésének jóval kevésbé.

Uniós törekvések

A bioüzemanyagok használatát az Európai Unió több országában szorgalmazzák, annak ellenére, hogy előállítási költsége egyelőre jóval meghaladja a kőolajszármazékokból nyert üzemanyagokét. A környezetbarát hajtóanyagok termelését adókedvezményekkel és állami támogatásokkal segítik. A támogatások mértékét mindig úgy alakítják, hogy a bioüzemanyag versenyképessé váljon a benzinnel és a dízelolajjal. Az Európai Unió az 1996. november 20-án elfogadott ún. Zöld Könyvében hirdette meg azt az egységes stratégiát és akciótervet, amelynek eredményeképpen az alternatív üzemanyagok a belátható jövőben jelentős piaci szerephez jutnak. Ehhez politikai támogatásra van szükség, ami egyértelműen megfogalmazódik az EU 7. K+F keretprogram energia fejezetének célkitűzései között. Az általános szempontok között megfogalmazottak szerint a következők miatt alapvető a megújuló energiaforrások rendszerbe illesztése:

  • A megújuló energiaforrások használata együtt jár a környezet védelmére fordított erőfeszítésekkel, csökkenthető az általános szén-dioxid kibocsátás.

  • Az alapvetően hazai előállítási alapú anyagokkal az energetikai importfüggés csökkenthető.

  • Alapvetően modern technológiákat, technikákat alkalmazva az európai ipar élénkíthető, a versenyképesség javítható.

  • Munkahelyteremtéssel, különös tekintettel a kis és közepes méretű vállal­kozásokat támogatják.

  • Hozzájárulnak a régiók fejlesztéséhez, a decentralizált energiarendszerek mű­ködtetéséhez.

  • A fejlesztést a közvélemény is elvárja, mert környezetvédelmi intézkedésként értelmezik.

  • A fejlődő országok gazdaságát fellendíthetik, ahol az európai ipar beszállítói státuszt szerezhet magának, mert elismerten vezető helyzetben van ebben az ágazatban, még a világviszonylatokat tekintve is.

Források: