Jak zdjąć stopę z gazu dzięki biopaliwom
24 Aug 2020
Wyższe wskaźniki KPI pod względem ochrony środowiska oraz rosnące zapotrzebowanie na paliwo to najważniejsze czynniki rozwoju dynamicznego sektora biopaliw, dlatego regiony aktywnie tworzą rynki zbytu surowców pochodzących z produkcji rolnej. Technologie GEA sprawiają, że przetwórcy mogą maksymalnie wykorzystać te cenne zasoby, w tym zaawansowane surowce wykorzystywane w wytwarzaniu biopaliw drugiej generacji.
Według raportu OECD-FAO Agricultural Outlook z 2019 roku przyszły popyt na biopaliwa zostanie jeszcze silniej ukształtowany przez polityki krajowe i regionalne, a poszczególne kraje będą realizowały własne strategie odchodzenia od paliw kopalnych, aby rolnicy mieli rynek zbytu dla swoich towarów. Liderem produkcji biopaliw są USA oraz UE, ale przewiduje się, że to kraje spoza tych regionów najwydajniej przyczynią się do rozwoju tego sektora.
Spotkaliśmy się z Barbarą Harten, kierowniczką ds. zastosowań w dziale energii odnawialnej GEA orazEckardem Maedebachem, kierownikiem produktowym w dziale destylacji, również z GEA, aby porozmawiać o rozwijającej się branży oraz o tym, jak GEA wspiera przetwórców, proponując wydajne rozwiązania mechaniczne i termiczne.
Czym są biopaliwa i z czego się je robi?
BH:Biopaliwa są częściowo albo w całości wytwarzane z surowców roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych. Fakt, że te „surowce” mają odtwarzalny charakter oznacza, że ogólnie klasyfikuje się je jako odnawialne źródła energii. Większość biopaliw miesza się według wartości procentowych z paliwami kopalnymi, benzyną czy olejem napędowym, aby pasowały do istniejących silników. Biopaliwa konwencjonalne, inaczej pierwszej generacji, są wytwarzane ze świeżych lub jadalnych surowców, w tym olejów i tłuszczy, a używa się ich od ponad 30 lat. Biopaliwa zaawansowane drugiej generacji produkuje się z surowców niejadalnych, w tym z tłuszczów zwierzęcych, zużytego oleju spożywczego oraz odpadków zawierających cukier; celem jest tutaj zminimalizowanie zużycia surowców, które można wykorzystać w celach żywieniowych.
Do popularnych biopaliw zaliczamy:
- bioetanol,
- biodiesel,
- biogaz,
- biobutanol.
Bioetanol, pozyskiwany w wyniku fermentacji cukrów i skrobi roślinnej, jest substytutem benzyny. Według raportu OECD-FAO Agricultural Outlook z 2019 roku około 60% bioetanolu produkuje się z kukurydzy, 25% z trzciny cukrowej, 7% z melasy, 4% z pszenicy, a resztę z innych zbóż, manioku i buraków cukrowych. Natomiast około 77% paliw biodiesel — które są zamiennikiem oleju napędowego, produkowanym poprzez chemiczną reakcję pomiędzy lipidami (roślinnymi lub zwierzęcymi) a alkoholem — bazuje na olejach roślinnych: w 30% jest to olej sojowy, 25% olej palmowy, 18% olej rzepakowy i w 22% zużyte oleje spożywcze.
Biogaz jest produkowany poprzez fermentację materii organicznej w warunkach braku tlenu, który to proces nazywa się fermentacją beztlenową. Papier, drewno, niektóre tworzywa sztuczne, suszone listowie, gnojowica i odpady komunalne to wszystko przykłady potencjalnej masy organicznej wykorzystywanej w tym procesie. Biogaz spala się łatwo i w sposób niepowodujący znacznych zanieczyszczeń oraz może być wykorzystywany do wytwarzania ekologicznej energii. Po sprężeniu może też być wykorzystywany do zasilania samochodów. Biobutanol można wykorzystywać bezpośrednio jako zamiennik benzyny bez wprowadzania żadnych zmian. Jest pozyskiwany w wyniku fermentacji bakterii i alg, ale wysokie koszty stanowią przeszkodę w popularyzacji tego typu paliwa.
Poza tym, że są produkowane na bazie odnawialnych źródeł energii, jakie inne korzyści oferują biopaliwa w porównaniu do paliw kopalnych?
EM:Biopaliwa emitują mniej CO2, jeśli przy produkcji utrzymywany jest niski ślad węglowy CO2 na zasadzie „from well to wheel” (od źródła do koła), oraz mają gęstość energetyczną zbliżoną do paliw kopalnianych. Ponadto w zależności od rodzaju biopaliwa zawierają mniejsze ilości siarki albo w ogóle ich nie zawierają. A ponieważ biopaliwa wytwarza się z surowców odnawialnych, są one często ujmowane w celach zmniejszenia emisji gazów cieplarnianych przez co można otrzymać na nie dofinansowanie, co sprawia, że są często wykorzystywane w branży transportowej oraz lotnictwa i morskiej. Biodiesel, uważany za ekologiczny zastępnik oleju napędowego, może być używany jako mieszanka w niezmodyfikowanych silnikach diesla, natomiast w zmodyfikowanych silnikach diesla biodiesel może być używany w 100% czystej postaci. Bioetanol w postaci odwodnionego etanolu (99,8% obj.) może być procentowo dodawany do mieszanek paliwowych przeznaczonych do silników niezmodyfikowanych, zazwyczaj na poziomie do 10 lub 15%, natomiast bioetanol w postaci bezwodnego alkoholu (95-96% obj.) może zastąpić 0-85% benzyny w silnikach typu flex-fuel, które są popularne w Brazylii.
BH: Wzrastające rośliny, z których pochodzi surowiec, absorbują oczywiście z atmosfery dwutlenek węgla. Kolejnym czynnikiem, który należy uwzględnić są produkty uboczne lub koprodukty pozyskiwane w procesie wytwarzania biopaliw. Na przykład przy produkcji biodiesla otrzymuje się glicerol albo glicerynę, które mogą być wykorzystywane na potrzeby nawozów oraz paszy dla zwierząt — a po dalszym oczyszczeniu w sektorze żywności, farmaceutycznym i kosmetyków. W wypadku stosowania rzepaku podczas produkcji biodiesla pozyskiwana jest mączka rzepakowa , a kiedy używana jest soja warzywna otrzymuje się mączkę sojową, oba te produkty uboczne zawierają wysokiej jakości minerały i białka, a co za tym idzie są dodawane do paszy dla bydła, drobiu i mączki rybnej.
EM:Podobnie przy produkcji etanolu z kukurydzy i zbóż powstają tony wywaru, który może być dodawany do paszy dla zwierząt, najlepiej w postaci suszonego wywar gorzelnianego z substancjami rozpuszczalnymi (DDGS). Alternatywnie biomasa może zostać wykorzystana jako źródło odnawialnego paliwa, pozwalające produkować energię elektryczną i ciepło na potrzeby tego procesu, albo do zamiany biometanu w paliwo użytkowe.
Zarówno producenci, jak i konsumenci, szukają sposobów odejścia od gliceryny opartej na oleju mineralnym. Potrzebę tę pozwala zaspokoić produkcja paliwa biodiesel, w trakcie której powstaje koprodukt w postaci gliceryny, która jest następnie używana do produkcji różnych produktów do higieny osobistej, których poszukują współcześni konsumenci”. – Barbara Harten, kierowniczka ds. zastosowań w dziale energii odnawialnej GEA
– Barbara Harten, kierowniczka ds. zastosowań w dziale energii odnawialnej GEA
GEA ma wieloletnie doświadczenie w obszarze produkcji i przetwarzania biopaliw. Jakie rozwiązania ma do zaoferowania GEA tej branży?
EM: W segmencie produkcji bioetanolu GEA oferuje kluczowe technologie i rozwiązania obejmujące wszystkie kluczowe aspekty głównych procesów, w tym mielenie i zacieranie, skraplanie, scukrzanie, fermentację, destylację, odwadnianie, a także dekantery , suszarki i parowniki do oddzielania i suszenia DDGS, a do tego koncepcje odzyskiwania/oczyszczania kondensatu w celu ograniczenia start produkcyjnych i zaoszczędzenia wody technologicznej. GEA posiada kwalifikacje, które pomogły przy budowie największych instalacji do produkcji bioetanolu na całym świecie, z czego niektóre pozwalają produkować 500 000 litrów dziennie w jednej partii. Nasze rozwiązania pozwalają optymalizować zużycie energii poprzez ponowne wykorzystanie energii termicznej albo opatentowanych technologii pomp ciepła z funkcją mechanicznej kompresji pary.
BH:Nasze rozwiązania dotyczące biodieslaobejmują konwersję olejów i tłuszczy do postaci paliwa biodiesel, a także wstępną obróbkę w celu oczyszczenia półproduktów. GEA dysponuje również rozwiązaniem do rozszczepiania sopstoku poprzez separację, odzyskiwanie metanolu oraz odparowywanie wody w celu wyizolowania glicerolu do odsprzedaży lub ponownego wykorzystania w instalacjach.
Separator GEA RSE oraz RSI do odserycynowania, neutralizacji oraz usuwania wosku z olejów i tłuszczów roślinnych i zwierzęcych umożliwia produkcję wysokiej klasy oleju do produkcji biopaliw, w tym biopaliw drugiej generacji, takich jak uwodorniony olej roślinny (HVO).
Nasze linie technologiczne do obróbki wstępnej, które obejmują słynne na całym świecie separatory GEA RSE oraz RSI, wspomagają chemiczne i fizyczne procesy rafinacje poprzez:
- usuwanie wosków, co sprawia, że biodiesel jest bardziej stabilny w zimnych temperaturach,
- usuwanie nieczystości na potrzeby gliceryny o udoskonalonej jakości,
- usuwanie gum powodujących zanieczyszczenie w procesie termicznym gliceryny,
- usuwanie wolnych kwasów tłuszczowych, aby zmniejszyć ilość substancji organicznych innych niż gliceryna,
- usuwanie fosforanów w ściekach, aby zredukować koszty utylizacji.
Dekanter GEA do dekantacji wywaru w procesie produkcji bioetanolu pozwala uzyskać wysokie stężenie masy suchej (do 35%), co zmniejsza koszty suszenia oraz minimalizuje skalę zanieczyszczeń. Wywar, łączony z drożdżami, a następnie suszony, tworzy DDGS, koprodukt, który ma wysoką zawartość białka oraz jest dodawany do paszy dla zwierząt.
GEA oferuje opatentowany proces neutralizacji alkoholu wykorzystywanego podczas wstępnego przetwarzania przed produkcją biodiesla. Oczekujemy też na kolejny patent dotyczący technologii zmniejszana zawartości monoglicerydów oraz zużycia katalizatorów (oszczędność katalizatorów na poziomie <0,30 procenta masy) podczas produkcji biodiesla na potrzeby zmniejszenia kosztów technologicznych. Nasze portfolio i doświadczenie w produkcji biodiesla i bioetanolu oznacza, że możemy oferować klientom instalację kompletnych linii procesowych, nawiązując wymaganą współpracę ze stronami trzecimi, aby zapewnićskuteczne i terminowe przekazanie instalacji do użytkowania.
Toczy się spora debata na temat wpływu surowców klasy żywnościowej na zmiany dotyczące eksploatacji ziemi oraz zużywania zasobów, które mogłyby posłużyć do żywienia rosnącej populacji świata. Do jakiego stopnia branża dopracowała technologię biopaliw drugiej generacji i w jakim zakresie GEA wspiera branżę w tym obszarze?
BH:Debata trwa i trzeba wziąć przy tym pod uwagę cały łańcuch wartości, z uwzględnieniem wszystkich opinii dotyczących hodowania surowców na biopaliwa, a także kwestii transportu, przetwarzania itp. Pod względem opracowywania biopaliw drugiej generacji z odpadów (roślinnych lub zwierzęcych) oraz suchej masy roślinnej, na kilku rynkach udało się zwiększyć produkcję. W Finlandii na przykład, czyli w kraju bez zasobów gazu czy oleju, to produkty drzewne i biomasa leśna są wykorzystywane do produkcji biopaliw drugiej generacji. Łączny udział zaawansowanych biopaliw w transporcie drogowym powinien do 2030 roku sięgnąć 10%. Paliw drugiej generacji używa się tam również do produkcji bardziej zrównoważonych tworzyw sztucznych i klejów, co poprawia parametry ekologiczne materiałów opakowaniowych i konstrukcyjnych.
W GEA widzimy wzrost liczby klientów, zwłaszcza w UE i USA, którzy produkują „odnawialne paliwa diesel” albo HVO wytwarzane z tłuszczów zwierzęcych oraz zużytego oleju spożywczego. Paliwo HVO wprowadzono w 2005 roku, kiedy wytwarzano je wyłącznie z oleju palmowego. Dzisiaj popularniejsza jest produkcja HVO z surowców o stosunkowo niskiej jakości, które pozwalają zaklasyfikować ten typ paliwa w grupie biopaliw drugiej generacji. HVO, wolne od substancji aromatycznych, tlenu i siarki, ma wysokie liczby cetanowe, co skutkuje mniejszą skalą emisji NOx, większą stabilnością składowania oraz lepszymi parametrami przepływu na zimno, dzięki czemu to paliwo nadaje się do niemal wszystkich silników diesla.
HVO może być używane jako czyste paliwo w operacjach flotowych (np. autobusach miejskich, pojazdach wydobywczych) oraz zostało zatwierdzonym komponentem mieszanek paliwowa lotniczego. Stworzenie rynku do powtórnego wykorzystania tych olejów, w tymna przykład tłuszczów przemysłowych, konsumenckich, poubojowych czy drobiowych,przyniesie dalsze korzyści, gdyż do cieków wodnych i sieci będą trafiały mniejsze ilości zanieczyszczeń, którymi można łatwiej zarządzać.Kolejną olbrzymią zaletą HVO z punktu widzenia przetwórców jest fakt, że paliwo to nie wymaga żadnych szeroko zakrojonych modyfikacji istniejących instalacji rafineryjnych.
Separatory GEA są bardzo poszukiwanym towarem do wstępnej obróbki HVO, która jest często niezbędna do zmniejszenia zawartości metali i/lub uniemożliwienia inaktywacji katalizatorów. Obecnie testujemy na tych obszarach tłuszcze zwierzęce; potencjał tych rodzajów olejów i tłuszczy, a także analizujemy ich przydatność dla kilku klientów w skali globalnej.
Jako paliwo odnawialne biodiesel znacznie łagodniej oddziałuje na środowisko niż konwencjonalny olej napędowy. Niska zawartość siarki w paliwie oraz fakt, że pozostawia mniejszą frakcję cząstek stałych, ma wyższą smarowność i jest biodegradowalne to czynniki decydujące o tym, że biodiesel jest bardziej przyjazny dla środowiska”. – Barbara Harten, kierowniczka ds. zastosowań w dziale energii odnawialnej GEA
– Barbara Harten, kierowniczka ds. zastosowań w dziale energii odnawialnej GEA
Czy rynek pojazdów elektrycznych wpłynie na produkcję biopaliw?
EM:Popularność aut elektrycznych wzrosła w 2019 roku niewiarygodnie; przy czym stanowią one zaledwie około 2% globalnego miksu transportowego. Rozmiar i pojemność ogniw do pojazdów elektrycznych pozostaje trudnością w przypadku samochodów ciężarowych i drogowych pojazdów długodystansowych, w tym ciężarówek chłodni, dotyczy to również statków morskich i samolotów, ale skala wykorzystania biopaliw w tych sektorach rośnie, a coraz więcej rynków zamierza wykorzystywać pochodzące z recyklingu materiały bogate w biomasę.Ważne jest utrzymywanie ceny biopaliw w relacji do paliw kopalnych na konkurencyjnym poziomie, przynajmniej w ujęciu średnioterminowym, a rynki z jasno określonymi celami redukcji emisji powinny kontynuować albo rozpocząć dofinansowywanie producentów, aż branża osiągnie punkt zwrotny w zakresie podaży i popytu.
