Εισήγηση Κωνσταντίνου Τριανταφυλλίδη

Bιοκαύσιμα:Έρευνα & Τεχνολογία – Περιβάλλον – Οικονομία

Στα πλαίσια εκδηλώσεων της Ένωσης Ελλήνων Χημικών για το«Διεθνές Έτος Χημείας 2011»

Δημαρχείο Κοζάνης, 20 Νοεμβρίου 2011

ΚώσταςΚώστας ΤριανταφυλλίδηςΤριανταφυλλίδηςΕπίκουροςΕπίκουρος ΚαθηγητήςΚαθηγητής, , ΤμήμαΤμήμα ΧημείαςΧημείας, , ΑριστοτέλειοΑριστοτέλειο ΠανεπιστήμιοΠανεπιστήμιο ΘεσσαλονίκηςΘεσσαλονίκης

ΣυνεργαζόμενοςΣυνεργαζόμενος ΕρευνητήςΕρευνητής, , ΙΤΧΗΔΙΤΧΗΔ, , ΕθνικόΕθνικό ΚέντροΚέντρο ΈρευναςΈρευνας & & ΤεχνολογικήςΤεχνολογικής ΑνάπτυξηςΑνάπτυξης ((ΕΚΕΤΑΕΚΕΤΑ), ), ΘέρμηΘέρμη, , ΘεσσαλονίκηΘεσσαλονίκη

e-mail: [email protected]

AΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣΤΜΗΜΑ ΧΗΜΕΙΑΣ

Εργαστήριο Γενικής & Ανόργανης Χημικής Τεχνολογίας

Τα τελευταία 30 χρόνια αυξάνει συνεχώς ο ρυθμόςπαραγωγής και κατανάλωσης ενέργειας παγκοσμίως …

Τμήμα Χημείας, Αριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

1 Btu (British thermal units) ≈ 1.06 kJoules1 Watt ≈ 3.41214 Btu/ώρα

1990 2000 2010 2020 2030

Βενζίνη 132.1 129.8 142.1 145.4 141.6

Κηροζίνη 29.2 45.1 53.0 63.6 72.0

Ντίζελ 103.0 147.7 182.1 207.6 223.6

ΣΥΝΟΛΙΚΑ 264.3 322.6 377.2 416.3 437.2

Εκτιμούμενη ζήτηση καυσίμων μεταφοράς (ΜΤons) ανά είδος καυσίμου στην ΕΕ(25)

Πηγή: “EUR 22066 - Biofuels in the European Union. A vision for 2030 and beyond”Final report of the Biofuels Research Advisory Council Directorate-General for Research Sustainable Energy Systems, 2006

Κατανάλωση υγρών καυσίμων κίνησης στην Ελλάδα

6 η Εθνική Έκθεση Ελλάδας για τα Βιοκαύσιμα – Aπρίλιος 2010, Υπουργείο Ανάπτυξης, Γενική Διεύθυνση Ενέργειας, Διεύθυνση Πετρελαϊκής Πολιτικής


Η αυξημένη ζήτηση και χρήση πετρελαϊκών – ορυκτώνπροκαλεί:


• Ατμοσφαιρική ρύπανση (φαινόμενο θερμοκηπίου/ υπερθέρμανση τουπλανήτη, όξινη βροχή, αιθαλομίχλη) λόγω αύξησης των CO2, NOx, SOx,VOC, νανοσωματιδίων, κ.α.

• Εξάντληση (διαφαινόμενη) των αποθεμάτων αργού πετρελαίου

• Οικονομική «εξάρτηση» από τις ευμετάβλητες αγορές του αργούπετρελαίου (από 30 $/βαρέλι το 2000 ξεπέρασε τα 100 $/βαρ. το 2008)

Παραγωγή CO2 (φαινόμενο του θερμοκηπίου) στις Η.Π.Α. και παγκοσμίως

Source: U.S. Greenhouse Gas Emissions Inventory(y-axis units are teragrams of CO2 equivalent)


Source: International Energy Agency

Η καύση πετρελαίου (μεταφορές) καιλιγνίτη (ηλεκτρική ενέργεια) αποτελούντις βασικές πηγές παραγωγής CO2

Πρόβλεψη αύξησης/μείωσης παραγωγής CO2ανά τομέα στην ΕΕ (25 μελών)


Πηγή: COMMUNICATION FROM THE COMMISSION TO THE COUNCIL AND THE EUROPEAN PARLIAMENT, Biofuels Progress Report, Brussels, 10.1.2007, COM(2006) 845 final

Μεταφορές

Εκτιμούμενα αποθέματα πετρελαίου

Source: © 2007 World Resources Institute


Χρόνια που απαιτούνται για τηνεξάντληση γνωστών αποθεμάτωνπετρελαίου με βάση σημερινούςρυθμούς κατανάλωσης

ΑριθμόςΑριθμός οκτανίουοκτανίου, , τάσητάση ατμώνατμών

ΒενζίνηΒενζίνη: : CC55 –– CC1212, , περιοχήπεριοχή απόσταξηςαπόσταξης 28 28 –– 200 200 ooCC

ΝτίζελΝτίζελ: : CC1212 –– CC2222, , περιοχήπεριοχή απόσταξηςαπόσταξης 175175 –– 350350 ooCC

ΚαύσιμαΚαύσιμα αεροπορίαςαεροπορίας: : CC99 –– CC1188, , περπερ. . απόσταπόστ. 150. 150 –– 22990 0 ooCC

ΑριθμόςΑριθμός κετανίουκετανίου, , ιδιότητεςιδιότητες ροήςροής χαμηλώνχαμηλών θερμοκρασιώνθερμοκρασιών

ΣημείοΣημείο ανάφλεξηςανάφλεξης, , σημείοσημείο ψύξηςψύξης

«Συμβατικά» πετρελαϊκά καύσιμα κίνησης

«Εναλλακτικά» καύσιμα: • φυσικό αέριο (ορυκτό – εναλλακτικό καύσιμο), • υγραέρια, • μεθανόλη, αιθανόλη, • υδρογόνο, • συνθετικά καύσιμα και πρόσθετα (synfuels, DME, MTBE, ETBE)• βιοκαύσιμα (βιοντίζελ, βιοαιθανόλη, βιοαέριο, βιο-υδρογόνο, κλπ)


«Εναλλακτικά» καύσιμα

Ορυκτά καύσιμα(πετρέλαιο, άνθρακας)

«Εναλλακτικά»καύσιμα

Ορολογία :(σύμφωνα με Κοιν. Οδηγία 2003/30/ΕΚ και Ν.3423/2005)

• Βιοκαύσιμο: κάθε υγρό ή αέριο καύσιμο που παράγεται από βιομάζα

• Βιομάζα: το βιοαποικοδομήσιμο κλάσμα προϊόντων, αποβλήτων και υπολειμμάτων απόγεωργικές, δασοκομικές και συναφείς βιομηχανικές δραστηριότητες, καθώς και απόβιομηχανικά & αστικά απόβλητα

• Βιοαιθανόλη: αιθανόλη που παράγεται από βιομάζα ή/και βιοαποικοδομήσιμα κλάσματααποβλήτων, για χρήση ως βιοκαύσιμο

• Βιοντίζελ: μεθυλ-εστέρες που παράγονται από φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη και διαθέτουντα ποιοτικά χαρακτηριστικά του ντίζελ, για χρήση ως βιοκαύσιμο

• Βιομεθανόλη, βιο-DME, βιο-ΜΤΒΕ, βιο-ΕΤΒΕ, συνθετικά βιοκαύσιμα (ΒΤL), καθαρά φυτικά έλαια, βιοϋδρογόνο, βιοαέριο.

ΟΔΗΓΙΑ 2003/30/ΕΚ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ, της 8ης Μαΐου 2003 σχετικά με την προώθηση της χρήσης βιοκαυσίμων ή άλλων ανανεώσιμων καυσίμων για τις μεταφορές

NOMOΣ ΥΠ’ΑΡΙΘ. 3423 Εισαγωγή στην Ελληνική Αγορά των Βιοκαυσίμων και των Άλλων ΑνανεώσιμωνΚαυσίμων, ΕΦΗΜΕΡΙΣ ΤΗΣ ΚΥΒΕΡΝΗΣΕΩΣ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣ ΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑΣ, ΦΕΚ 304/Α/13.12.2005

Τι μας οδήγησε στα βιοκαύσιμα ;

• Ανακάλυψη της δυνατότητας παραγωγής και χρήσης βιοκαυσίμων(δεν είναι καινούργια) : Η ιδέα της χρησιμοποίησης καυσίμωνβασισμένων σε φυτικά έλαια χρονολογείται από το 1895 όταν οΔρ Ρούντολφ Ντίζελ ανέπτυξε την πρώτη μηχανή ανάφλεξης μεσυμπίεση σχεδιασμένη να λειτουργεί με φυτικά έλαια

• Τα αποτελέσματα της αυξημένης ζήτησης και χρήσης ορυκτώνκαυσίμων

Αυξανόμενη ατμοσφαιρική ρύπανση (φαινόμενο θερμοκηπίου/ υπερθέρμανση του πλανήτη, όξινη βροχή, αιθαλομίχλη) από τηχρήση πετρελαϊκών καυσίμων, λόγω αύξησης των αερίων CO2, NOx, SOx,κ.α.)

Οικονομική «εξάρτηση» από τις ευμετάβλητες αγορές του αργούπετρελαίου (από 30 $/βαρέλι το 2000 σε 60-70 $/βαρέλι το 2006-07)

Διαφαινόμενη εξάντληση των αποθεμάτων αργού πετρελαίου

Γιατί η χρήση βιομάζας ως πηγή καυσίμων, ενέργειας και χημικών είναι φιλικότερη προς τοπεριβάλλον συγκριτικά με το πετρέλαιο ?

• Το CO2 που εκλύεται κατάτην επεξεργασία τηςβιομάζας ή από τη χρήσητων βιοκαυσίμωναπορροφάται από την ίδιατη βιομάζα στο στάδιο τηςφωτοσύνθεσης καιανάπτυξης των φυτών

«O κύκλος του CO2»

Κοινοτική οδηγία 2003/30/ΕΚ:

• Ελάχιστη αναλογία βιοκαυσίμων επί του συνόλου της βενζίνης καιτου πετρελαίου ντίζελ κίνησης, ίση με 2% στο τέλος του 2005 και5.75% στο τέλος του 2010

0.70n.a.0.000.00Ελλάδα

1.41.00.70.5Ε.Ε.

2.000.000.000.00Πορτογαλία

1.000.510.500.50Ιταλία

2.000.970.670.67Γαλλία

0.500.480.300.49Πολωνία

2.000.440.380.35Ισπανία

3.002.232.281.32Σουηδία

2.003.751.721.21Γερμανία

Στόχος2005 (%)

2004 (%)

2003 (%)

Χώρα-μέλος

5.755.004.003.002.50Ελλάδα

5.75

4.00

17/6/07

2009 (%)

2010 (%)

2008(%)

2007(%)

2006(%)

Χώρα-μέλος

5.45Ε.Ε.

5.755.753.002.00Πορτογαλία

5.003.002.002.00Ιταλία

7.005.75Γαλλία

5.7517/6/072.301.50Πολωνία

Ισπανία

5.75Σουηδία

5.752.00Γερμανία

Χρήση βιοκαυσίμων, 2003-2005

Πηγή: «Biofuels Progress Report, COM(2006) 845, Brussels, 10/1/2007 –Εθνικές αναφορές στα πλαίσια της Κοιν. Οδηγίας για τα βιοκαύσιμα

Ενδεικτικοί στόχοι, 2006-2010

Παραγωγή βιοκαυσίμων στην Ευρωπαϊκή Ένωση


Sources: EuObserver Biofuels, 2007/2008; European Bioethanol Fuel Association 2008

Παραγωγή & χρήση βιοκαυσίμων στην Ελλάδα:

• Σήμερα παράγεται μόνο βιοντίζελ

• Τεχνολογία παραγωγής:

– Μετεστεροποίηση φυτικών ελαίων (ηλιέλαιο, σογιέλαιο, βαμβακέλαιο, κραμβέλαιο, χρησιμοποιημένα μαγειρικά λίπη και τηγανέλαια)

Για το 2009 εγκρίθηκε από ΥΠΑΝ η «κατανομή» 182,000 τόνων αυτούσιουβιοντίζελ, σε 19 εταιρίες (13 μονάδες παραγωγής και 6 εταιρίες εισαγωγήςβιοντίζελ), για ανάμειξη με το πετρελαϊκό ντίζελ κίνησηςΗ κατανομή ποσοτήτων αυτούσιου βιοντίζελ που υπόκειται σε ειδικό φορολογικό καθεστώςαποφασίζεται από το ΥΠΑΝ σε ετήσια βάση και γίνεται κατόπιν πρόσκλησης για συμμετοχήτων ενδιαφερομένων.

• Βιοαιθανόλη από το 2010 (EXEI ANΑΒΛΗΘΕΙ)

– ΕΒΖ εργοστάσιο Λάρισας και Ξάνθης (150.000m3/έτος)

• Βιοντίζελ : μεθυλεστέρες λιπαρών οξέων προερχόμενωναπό φυτικά έλαια ή ζωικά λίπη

Βαμβακέλαιο

Παραπροϊόντα ελαιοτριβείων(βιοκαύσιμα 2ης γενιάς)

Χρησιμοποιημένα μαγειρικά λίπη(βιοκαύσιμα 2ης γενιάς)

Αγριαγκινάρα

Καπνέλαιο

Σογιέλαιο

Κραμβέλαιο

Ηλιέλαιο

Πρώτες ύλες για την παραγωγήβιοντίζελ στην Ελλάδα

ΒΑΣΙΚΗ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑ ΜΕΤΕΣΤΕΡΟΠΟΙΗΣΗΣ

Φυτικά έλαια

ΜετεστεροποίησηΜεθανόλη+ΚΟΗ

ΑνάκτησηΜεθανόλης

Ακατέργαστη Γλυκερίνη

ΚαθαρισμόςΓλυκερίνης

Γλυκερίνη

Ακατέργαστο Βιοντίζελ

Καθαρισμός

Βιοντίζελ

Εστεροποίηση μεαραιό δ/μα οξέος Θειικό οξύ+

Μεθανόλη

Ανακυκλωμένα Λίπη

Πηγή:http://www.afdc.doe.gov/pdfs/biodiesel_chart.pdf







Γλυκερίνη



Βιοντίζελ


Μεθανόλη









Γλυκερίνη



Βιοντίζελ


Μεθανόλη









Γλυκερίνη



Βιοντίζελ


Μεθανόλη



Ο

Ο

Ο

OCR1

OCR2

OCR3

Τριγλυκερίνη

KOH/NaOH

3MeOHR1COOMe + R2COOMe + R3COOMe + C3H5 (OH)3

Μεθυλ-εστέρες λιπαρών οξέων Γλυκερόλη

Ο

Ο

Ο

OCR1

OCR2

OCR3

Τριγλυκερίνη

KOH/NaOH

3MeOHR1COOMe + R2COOMe + R3COOMe + C3H5 (OH)3

Μεθυλ-εστέρες λιπαρών οξέων ΓλυκερόληΤριγλυκερίδιο

Βιοκαύσιμα 1ης Γενιάς

Αποδοτικότητα πρώτων υλών παραγωγής βιοντίζελ

32-4827-41160-240Σόγια

(λίτρα/στρέμμα)(κιλά/στρέμμα)(κιλά/στρέμμα)

20-2717-23120-160Βαμβάκι

28-4124-36100-150Αγριαγκινάρα

58-11650-100150-300Ελαιοκράμβη

58-11650-100150-300Ηλίανθος

Σε βιοκαύσιμοΣε βιοκαύσιμοΣε προϊόνΠρώτη ύλη

Απόδοση

To 70% των πρώτων υλών εισάγεται (κυρίως σογιέλαιο και κραμβέλαιο) και το30% προέρχεται από ελληνικές καλλιέργειες (βαμβακέλαιο, ηλιέλαιο, κραμβέλαιο, χρησιμοποιημένα μαγειρικά λίπη και τηγανέλαια)(5η Εθνική Έκθεση για τα Βιοκαύσιμα, ΥΠΑΝ, 2009)

Πηγή: Καθ. Ε. Λόης, ΕΜΠ

Παραγωγή βιοντίζελ από εγχώριες πρώτες ύλες – κατανομή 2008

Απόδοσηβιοντίζελ

(χιλιόλιτρα)

Κατανεμόμενηποσότηταβιοντίζελ

(χιλιόλιτρα)

Ποσοστό επί τηςσυνολικής

κατανεμόμενηςποσότηταςβιοντίζελ

(123.000 χλτ)

Ενεργειακέςκαλλιέργειες(στρέμματα)

116.725 11.67236.900 30%

Βαμβακόσπορος(κιλά) 900.000 126

Τηγανέλαια,χρησιμοποιημέναφυτικά και ζωικάλίπη (τόνοι)

3.999 3.799 7.134 6%

Πηγή: 6η ΕΘΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ (ΕΤΟΥΣ 2009) ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣ ΤΩΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΝΉ ΑΛΛΩΝ ΑΝΑΝΕΣΙΜΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΣΤΗΝ ΕΛΛΑΔΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΔΟ 2005-2010 (ΑΡΘΡΟ4 ΤΗΣ ΟΔΗΓΙΑΣ 2003/30/ΕΚ)

Εγχώριες πρώτες ύλες για παραγωγή βιοντίζελ

Α/Α Εταιρία Προέλευσηβιοντίζελ

Συνολική ετήσια κατανεμόμενηποσότητα αυτούσιου βιοντίζελ

(Xιλιόλιτρα)

1 ΕΚΚΟΚΚΙΣΤΗΡΙΑ – ΚΛΩΣΤΗΡΙΑΒΟΡΕΙΟΥ ΕΛΛΑΔΟΣ Α.Ε. Ν. Ξάνθης 5.892

2 ΜΑΝΟΣ Α.Ε. Ν. Μαγνησίας 4.465

3 ΠΑΥΛΟΣ Ν. ΠΕΤΤΑΣ Α.Β.Ε.Ε. Ν. Αχαΐας 38.513

4 ΒΙΟΕΝΕΡΓΕΙΑ ΠΑΠΑΝΤΩΝΙΟΥ Α.Ε. Ν. Χαλκιδικής 3.801

5 STAFF COLOUR – ENERGY Α.Β.Ε.Ε. Ν. Λάρισας 5.284

6 ΒΙΟΝΤΗΖΕΛ Ε.Π.Ε. Ν. Θεσσαλονίκης 6.835

7 MIL OIL HELLAS Α.Ε. Ν. Σερρών 2.655

8 ΦΥΤΟΕΝΕΡΓΕΙΑ Α.Ε. Ν. Σερρών 11.706

9 ΕΛ.ΒΙ. – ΕΛΛΗΝΙΚΑ ΒΙΟΠΕΤΡΕΛΑΙΑΑ.Β.Ε.Ε. Ν. Κιλκίς 19.744

10 ΒΕΡΤ ΟΪΛ Α.Ε. Ν. Θεσσαλονίκης 2.230

11 GF ENERGY A.Β.Ε.E. Ν. Κορινθίας 20.269

12 AGROINVEST Α.Ε.Β.Ε. Ν. Φθιώτιδας 26.165

13 ΕΛΙΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ Α.Ε. Ν. Μαγνησίας 14.095

ΣΥΝΟΛΟ ΔΥΝΑΜΙΚΟΤΗΤΑΣ 161.654

Ελληνικές εταιρείες παραγωγής βιοντίζελ

Πηγή: Απόφαση κατανομής βιοντίζελ για το έτος 2009 – ΥΠΕΚΑ / Γενική Γραμματεία Έρευνας & Κλιματικής Αλλαγής, 10 Δεκεμβρίου 2009, Δ1/Α/25573

Α/Α Εταιρία Προέλευσηβιοντίζελ

Συνολική ετήσιακατανεμόμενη ποσότητααυτούσιου βιοντίζελ

(Χιλιόλιτρα)

1 ΜΟΤΟΡ ΟΙΛ (ΕΛΛΑΣ)ΔΙΥΛΙΣΤΗΡΙΑ ΚΟΡΙΝΘΟΥ Α.Ε.

Εισαγωγή απόΙταλία, Πορτογαλία, Ρουμανία, Βουλγαρία

5.874

2 BIODIESEL A.E. Εισαγωγή απόΙταλία, Βουλγαρία 7.270

3 DP LUBRIFICANTI SRL Εισαγωγήαπό Ιταλία 3.789

4 ΚΑΤΟΪΛ Α.Ε.Β.Ε. Εισαγωγήαπό Αυστρία 221

5 BIODIESEL VIENNA GmbH Εισαγωγήαπό Αυστρία 1.075

6 OIL.B SRL Εισαγωγή απόΙταλία 2.117

ΣΥΝΟΛΟ 20.346

Εταιρείες εισαγωγής βιοντίζελ

Πηγή: Απόφαση κατανομής βιοντίζελ για το έτος 2009 – ΥΠΕΚΑ / Γενική Γραμματεία Έρευνας & Κλιματικής Αλλαγής, 10 Δεκεμβρίου 2009, Δ1/Α/25573

Χημικά προϊόντα από γλυκερόλη (παραπροϊόνπαραγωγής βιοντίζελ)

Μεθανόλη

Φυτικά έλαια& Ζωικά λίπη

Καταλύτης

Βιοντήζελ

Γλυκερόλη

Εργαστήριο Πετροχημικής Τεχνολογίας, Τμήμα Χημικών Μηχανικών, ΑΠΘ

H2

+ H 2O OHHO

προπυλενογλυκόλη

OH

HO

OH γλυκερόλη

καταλύτης

Παραπροϊόν της διεργασίας παραγωγής βιοντίζελ (10kg/100kg καυσίμου) Η υπάρχουσα βιομηχανία παραγωγής έχει κορεστεί (δραματική μείωση της

τιμής της) Επί του παρόντος οι βιομηχανίες βιοντίζελ την χρησιμοποιούν εναλλακτικά

για παραγωγή θερμικής ενέργειας αντί των ορυκτών πηγών Ανάγκη για αξιοποίηση της με στόχο την αύξηση της κερδοφορίας και

ανταγωνιστικότητας των μονάδων βιοντίζελ

Συλλογή χρησιμοποιημένουτηγανελαίου εστιατορίωναπό το Δήμο Θεσ/κης

Αειφόρος παραγωγήκαι ποιοτικός έλεγχοςβιοντίζελ 2ης γενιάς

Χρήση βιοντίζελ απόαπορριμματοφόροτου Δήμου Θεσ/κης

Ερευνητικό έργο BIOFUELS-2G (www.biofuels2g.gr)

Δήμος Θεσσαλονίκης Ένωση εστιατόρων ψητοπωλώνΑριστοτέλειο Πανεπιστήμιο Θεσσαλονίκης

Εθνικό Κέντρο Έρευνας & Τεχνολογικής Ανάπτυξης (ΕΚΕΤΑ)Ευρωπαϊκό ΠρόγραμμαLIFE+ / DG Environment

Παραγωγή «πράσινου ντίζελ» μέσω καταλυτικήςυδρογοεπεξεργασίας τηγανέλαιων

2ο Βραβείο Καινοτομίας2ο Βραβείο Καινοτομίας

• Βιοαιθανόλη : αιθανόλη που παράγεται από σάκχαρα καιαμυλούχες πρώτες ύλες

Αραβόσιτος (καλαμπόκι)

Σιτάρι

Γλυκύ σόργο

Ζαχαρότευτλα

Πρώτες ύλες για τηνπαραγωγή βιοαιθανόληςστην Ελλάδα

Αιθανόλη(απόσταξη, αφυδάτωση)

Καλαμπόκι

Πολτός

ΔεξτρόζηΓλουτένη

Αιθανόλη

ΆλεσηΗ2Ο

ΕνζυμικήΥδρόλυση

Θέρμανση

Καλαμπόκι

Πολτός

Άμυλο

Η2Ο - αραιόΗ2SO4 1-2 ημέρες

Ζύμες

Πολτός

Γλουτένη

Η2Ο

ΕνζυμικήΥδρόλυση

ΘέρμανσηΠολτός

Άμυλο

Η2 -Η2SO4 1-2 ημέρες

ΖύμεςΖύμες

Ξηρή άλεση Υγρή άλεση

Καλαμπόκι

Δεξτρόζη

Καλαμπόκι

Ο αραιό

Αιθανόλη(απόσταξη, αφυδάτωση)

Βιοκαύσιμα 1ης Γενιάς:

Αποδοτικότητα πρώτων υλών παραγωγής βιοαιθανόλης

240-360189-284800-1200Αραβόσιτος

550-700435-5545.550-7.000Ζαχαρότευτλα

700-900553-7117.000-9.000Γλυκύ σόργο

(λίτρα/στρέμμα)(κιλά/στρέμμα)(κιλά/στρέμμα)

46-42336-192150-800Σιτάρι

Σε βιοκαύσιμοΣε βιοκαύσιμοΣε προϊόνΠρώτη ύλη

Απόδοση

(Πηγή: 5η Εθνική Έκθεση για τα Βιοκαύσιμα, ΥΠΑΝ, 2009)

Τεχνικές δυσκολίες στη ανάμιξη βιοαιθανόλης με βενζίνη στην Ελλάδα:• Διαχωρισμός παρουσία νερού υπό ψυχρές συνθήκες

• Υψηλή τάση ατμών (RVP) ειδικά στις βενζίνες θερινών προδιαγραφών

Μετατροπή βιοαιθανόλης σε ETBE (Ethyl Tertiary Butyl Ether / Αιθυλο-τριτοταγής-βουτυλαιθέρας) συστατικό ανάμιξης βενζινών, σε αντικατάσταση του MTBE

Ποσοστό ανάμιξης ΕΤΒΕ (και ΜΤΒΕ) σε βενζίνη: έως 15% κατ’ όγκο (για βιοαιθανόλη έως 5% κατ’ όγκο , πρότυπο ΕΛΟΤ ΕΝ 228:2004)

Μετατροπή βιοαιθανόλης σε ΕΤΒΕ μπορεί να πραγματοποιηθεί και στις υπάρχουσες μονάδεςπαραγωγής ΜΤΒΕ των διυλιστηρίων

Πηγή: Καθ. Ε. Λόης, ΕΜΠ

• Μείωση των «αερίων του θερμοκηπίου» (κυρίως του CO2)

• Ενίσχυση του αγροτικού τομέα μέσω προώθησης «ενεργειακώνκαλλιεργειών» - νέες θέσεις εργασίας, αύξηση εισοδήματος

• Σταδιακή απεξάρτηση από εισαγόμενο πετρέλαιο (κυρίως στηνπερίπτωση βιώσιμης λειτουργίας εγχώριων μονάδων παραγωγήςβιοντίζελ)

• Ανησυχία για την αύξηση στη ζήτηση γης για ενεργειακέςκαλλιέργειες

• Ανησυχία για την Προστασία της βιοποικιλότητας

• Ανταγωνισμός-διαθεσιμότητα προϊόντων ως τρόφιμα ή πρώτη ύληγια βιοκαύσιμα – αύξηση τιμών τροφίμων

Περιβαλλοντικά και Κοινωνικο-οικονομικάοφέλη και ανησυχίες

• Βιοκαύσιμα τα οποία παράγονται απόλιγνοκυτταρινούχες πρώτες ύλες, όπως:- αγροτικά και δασικά προϊόντα/υπολείμματα

(ξυλεία, άχυρα, κλαδέματα)- Παραπροϊόντα επεξεργασίας ξύλου- Βιομηχανικά και αστικά οργανικά απόβλητα- Ενεργειακές καλλιέργειες μικρού περίτροπουχρόνου ή ετήσιες με απόδοσεις 1-4 τον/στρ/χρόνο (ακακία, ιτιά, μίσχανθος,καλάμι)

• Αξιοποίηση παραπροϊόντων και αποβλήτων(συμπεριλαμβάνονται απόβλητα λίπη και έλαια)

• Τροφοδοσίες μη-ανταγωνιστικές των καλλιεργειώνπαραγωγής τροφίμων

Βιοκαύσιμα 2ης γενιάς

• Σχέδιο δράσης για τη Βιομάζα, com(2005) 628, 7/12/2005

• Στρατηγική για τα Βιοκαύσιμα, com(2006) 34, 8/2/2006

• Αναφορά προόδου στα Βιοκαύσιμα, com(2006) 845, 10/1/2007

• Ευρωπαϊκή Οδηγία 2009/28/ΕΚ (αντικατάσταση της Οδηγίας2003/30/ΕΚ)

• Προκηρύξεις προγραμμάτων έρευνας & τεχνολογίας στο 7οΠρόγραμμα Πλαίσιο στην θεματική ενότητα της «Ενέργειας»

Ευρωπαϊκή πολιτική προώθησης τωνβιοκαυσίμων 2ης γενιάς

Δομή Κυτταρίνη:γενικός τύπος (C6H10O5)n , ΜΒ: 300.000-500.000

Ημικυτταρίνη: γενικός τύπος (C5H8O4)n

C5 σάκχαρα C6 σάκχαρα

Λιγνίνη:

Σύσταση

Source: Ritter S.K., Lignocellulose: A Complex Biomaterial, Plant Biochemistry, 86(49) (2008) 15

Άλλα, 5-35%Στερεό υπόλλειμα 3-10% (Si,Al,Ca,Mg,K,Na)Εκχυλίσιμα: ρητίνες, φαινόλες, στερόλες, κα.

Λιγνίνη, 15-25%

Ημικυτταρίνη, 20-40%

Κυτταρίνη, 30-50%

γλυκόζη

Λιγνοκυτταρινούχος βιομάζα

• Μονάδες επίδειξης διεργασίας BtL για παραγωγή συνθετικούντίζελ και βιο-DME (διμεθυλαιθέρας) λειτουργούν στηνΓερμανία και Δανία

• Οι οι τεχνολογίες παραγωγής βιοκαυσίμων 2ης γενιάςβρίσκονται σε ερευνητικό / πιλοτικό επίπεδο εφαρμογής

• Στην Ελλάδα (ΕΚΕΤΑ/ΙΤΧΗΔ, Θεσσαλονίκη) έχει αναπτυχθείτεχνολογία BtL σε πιλοτικό επίπεδο

• Αιθανόλη (από κυτταρίνη)

• Συνθετικά καύσιμα (Ντίζελ, βενζίνη - BtL: Biomass to Liquid)

• Πυρολυτικό βιοέλαιο

• Βιοαέριο (Μεθάνιο) από οργανικά απόβλητα

• Βιομεθανόλη, βιο-DME, βιο-ΜΤΒΕ, βιο-ΕΤΒΕ, βιο-υδρογόνο

Ποια είναι τα Βιοκαύσιμα 2ης γενιάς ;

• Θερμοχημική μετατροπή βιομάζας προς συνθετικά καύσιμα –Τεχνολογία ΒΤL: Biomass to Liquids (Βιομάζα προς Υγρά)- Αεριοποίηση βιομάζας προς παραγωγή αερίου σύνθεσης (CO + H2)- Μετατροπή του CO + H2 προς συνθετικά καύσιμα (ντίζελ, βενζίνη) μέσω τηςκαταλυτικής σύνθεσης Fischer-Tropsch και αναβάθμισης με διεργασίες(υδρογονο)πυρόλυσης

Τεχνολογίες παραγωγής βιοκαυσίμων 2ης γενιάς

• Πυρόλυση βιομάζας προς παραγωγή βιο-ελαίου (μίγμαυδατικής και οργανικής φάσης)Αναβάθμιση βιο-ελαίου προς καθαρά καύσιμα και χημικά προϊόντα

• Παραγωγή βιοαιθανόλης μέσω βιοχημικής μετατροπήςλιγνοκυτταρινούχων πρώτων υλώνΕνζυματική υδρόλυση βιομάζας και ζύμωση παραγόμενων σακχάρων προςαιθανόλη

Διεργασία παραγωγής βιοαιθανόλης 2ης γενιάς

ΛιγνοκυτταρίνηΛιγνοκυτταρίνηΛιγνοκυτταρίνη

ΠροκατεργασίαΔιάσπαση της δομήςτης λιγνοκυτταρίνης

ΠροκατεργασίαΠροκατεργασίαΔιάσπασηΔιάσπαση τηςτης δομήςδομήςτηςτης λιγνοκυτταρίνηςλιγνοκυτταρίνης

ΥδρόλυσηΜετατροπή της

κυτταρίνης σε γλυκόζημε χρήση οξέων ή

ενζύμων

ΥδρόλυσηΥδρόλυσηΜετατροπή της

κυτταρίνης σε γλυκόζημε χρήση οξέων ή

ενζύμων

ΖύμωσηΜετατροπή των

σακχάρων σε αιθανόλη

ΖύμωσηΖύμωσηΜετατροπή των

σακχάρων σε αιθανόλη

Απόσταξη/ αφυδάτωσηΔιαχωρισμός καικαθαρισμός τηςαιθανόλης

ΑπόσταξηΑπόσταξη/ / αφυδάτωσηαφυδάτωσηΔιαχωρισμός καικαθαρισμός τηςαιθανόλης

Δασικά υπολείματα

Άχυρο

Μίσχανθος

Switchgrass

Παραπροϊόντα


Ενεργειακέςκαλλιέργειες

Ενεργειακέςκαλλιέργειες

ΒΙΟΜΑΖΑ

ΣΑΚΧΑΡΑ ΗΜΙΚΥΤΤΑΡΙΝΗΣ ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ ΚΑΙ ΛΙΓΝΙΝΗ

ΑΙΘΑΝΟΛΗΛΙΓΝΙΝΗ ΚΥΤΤΑΡΙΝΗ

ΑΙΘΑΝΟΛΗ

Διαχωρισμός λιγνίνης

Προκατεργασία με ατμό ή αραιό οξύ

Υγρό ρεύμα Στερεό ρεύμα

Ζύμωση C5, C6

Σακχάρων

Yδρόλυση καιζύμωση σε ένα(SSF) ή δύοστάδια (SHF)

Καύση

Παραγωγήενέργειας

Βιοαιθανόλη 2ης γενιάς: πιθανά σενάρια

• SEKAB E-TECHNOLOGY, NILE EU funded project, Örnsköldsvik,Sweden (December 2006)

Πιλοτική μονάδα παραγωγής βιοαιθανόλης 2ης γενιάς

Υλοτομίας

Αγροτικά (άχυρο)

ΒιομάζαΒιομάζαΒιομάζα




ΝέαΝέα υβριδικήυβριδικήυυδροθερμικήδροθερμική-- καταλυτικήκαταλυτικήδιεργασίαδιεργασία

Βιοαιθανόλη2ης ΓενιάςΒιοαιθανόληΒιοαιθανόλη

22ηςης ΓενιάςΓενιάς

Πρόσθετακαυσίμων

Βιο-πλαστικάΦάρμακα

ΠρόσθεταΠρόσθετακαυσίμωνκαυσίμων

ΒιοΒιο--πλαστικάπλαστικάΦάρμακαΦάρμακα

ΑναβάθμισηΑναβάθμιση

ΕνζυμικήΕνζυμικήυδρόλυσηυδρόλυση

& & ζύμωσηζύμωση

Υγρό προϊόνΥγρόΥγρό προϊόνπροϊόν

Στερεό προϊόνΣτερεόΣτερεό προϊόνπροϊόν

Νέα υβριδική διεργασία μετατροπής βιομάζας προςβιοαιθανόλης και άλλα χρήσιμα προϊόντα

• Εργαστήριο Γενικής & Ανόργανης Χημικής Τεχνολογίας, Τμήμα Χημείας, ΑΠΘ

1) Αεριοποίηση Βιομάζας, 2) Fischer-Tropsch σύνθεση, 3) Καταλυτική αναβάθμιση

Εξαεριωτής Καθαρισμόςαερίου

Αντιδραστήραςαιωρήματος (Co) ή σταθερής κλίνης (Fe)

Αντιδραστήραςρευστοστερεάς κλίνης (Fe)

Υδρογονο-πυρόλυση

ΟλιγομερισμόςΙσομερισμόςΥδρογόνωση

ΑέραςΑέρας, Οξυγόνο, , Οξυγόνο, ΑτμόςΑτμός

••ΑπομάκρυνσηΑπομάκρυνσησωματιδίωνσωματιδίων

••ΠλύσηΠλύση

••Καταλυτική Καταλυτική μετατροπή πίσσαςμετατροπή πίσσας

••Απομάκρυνση θείουΑπομάκρυνση θείου

••Μετάθεση νερού κλπΜετάθεση νερού κλπ

ΚαθαρόΚαθαρόαέριοαέριο

σύνθεσης σύνθεσης ΗΗ22//COCO

LTFTLTFT

HTFTHTFT

ΝτίζελΝτίζελ

ΟλεφίνεςΟλεφίνες((CC33 –– CC1111))

ΆνθρακαςΆνθρακας, , Φυσικό Φυσικό Αέριο ή Αέριο ή ΒιομάζαΒιομάζα

ΒενζίνηΒενζίνη

ΚηροίΚηροί ((>C>C2020))

Εξαεριωτής Καθαρισμόςαερίου

Αντιδραστήραςαιωρήματος (Co) ή σταθερής κλίνης (Fe)

Αντιδραστήραςρευστοστερεάς κλίνης (Fe)

Υδρογονο-πυρόλυση

ΟλιγομερισμόςΙσομερισμόςΥδρογόνωση

ΑέραςΑέρας, Οξυγόνο, , Οξυγόνο, ΑτμόςΑτμός

••ΑπομάκρυνσηΑπομάκρυνσησωματιδίωνσωματιδίων

••ΠλύσηΠλύση

••Καταλυτική Καταλυτική μετατροπή πίσσαςμετατροπή πίσσας

••Απομάκρυνση θείουΑπομάκρυνση θείου

••Μετάθεση νερού κλπΜετάθεση νερού κλπ

ΚαθαρόΚαθαρόαέριοαέριο

σύνθεσης σύνθεσης ΗΗ22//COCO

LTFTLTFT

HTFTHTFT

ΝτίζελΝτίζελ

ΟλεφίνεςΟλεφίνες((CC33 –– CC1111))

ΆνθρακαςΆνθρακας, , Φυσικό Φυσικό Αέριο ή Αέριο ή ΒιομάζαΒιομάζα

ΒενζίνηΒενζίνη

ΚηροίΚηροί ((>C>C2020))

Διεργασία BtL (Βιομάζα προς Υγρά)

• Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίμων & Υδρογονανθράκων, ΙΤΧΗΔ/ ΕΚΕΤΑ, Τεχνολογικό Πάρκο Θεσσαλονίκης

Πιλοτική μονάδα υδρογονοπυρόλυσης κηρώνFischer-Tropsch προς παραγωγή βιοκαυσίμων

• Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίμων & Υδρογονανθράκων, ΙΤΧΗΔ / ΕΚΕΤΑ, Τεχνολογικό Πάρκο Θεσσαλονίκης

min5 10 15 20 25 30 35 40

Norm.

4400

4600

4800

5000

5200

5400

5600

5800

ADC1 B, 1 GC Signal (REN2004A\BM000780.D)

5.1

60

10.

708

16.

353

22.

014

33.

303

C24

C20 C12

C9

ΒαθμόςΒαθμός μετατροπήςμετατροπής: 77.3 %: 77.3 %ΝάφθαΝάφθα: 11.7 %: 11.7 %ΚηροζίνηΚηροζίνη: 11.5 %: 11.5 %ΝτίζελΝτίζελ: 49.5 %: 49.5 %

Προϊόντα υδρογονοπυρόλυσης κηρών Fischer-Tropsch

Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίμων & Υδρογονανθράκων, ΙΤΧΗΔ / ΕΚΕΤΑ, Τεχνολογικό Πάρκο Θεσσαλονίκης

ΠυρόλυσηΠυρόλυση ((ταχείαταχεία) ) βιομάζαςβιομάζας (BFP)(BFP)

Κύριες παράμετροι διεργασίας: αδρανές αέριο (όχι οξυγόνο) αδρανή στερεά σωματίδια ωςφορείς θερμότητας (π.χ. άμμος)

μικρά σωματίδια βιομάζας (<3mm) υψηλές ταχύτητες θέρμανσης καιμετάδοσης θερμότητας

μέτριες θερμοκρασίες (400-500oC)αντίδρασης

πολύ μικρούς χρόνους παραμονής(0.5 – 2 sec)

ταχεία ψύξη των ατμών/προϊόντωνπυρόλυσης

Προϊόντα διεργασίας BFP:

10-20 wt.%Άνθρακας

10-25 wt.%, κυρίως CO, CO2;και ελάχιστα H2,C1-C6

Αέρια

έως 80 % κ.β. (νερό έως30 % κ.β.)

Βιο-έλαιο

Εργαστήριο Περιβαλλοντικών Καυσίμων & Υδρογονανθράκων, ΙΤΧΗΔ / ΕΚΕΤΑ, Τεχνολογικό Πάρκο Θεσσαλονίκης

ΧαρακτηριστικάΧαρακτηριστικά βιοβιο--ελαίουελαίου

Σκούρο (καφέ-μαύρο) υγρό, μίγμα ελαιώδους/οργανικήςκαι υδατικής φάσης, χαμηλού ιξώδες, σχετικά όξινο, ασταθές (λόγω πολυμερισμού συστατικών)

Ευκολότερο στη αποθήκευση/μεταφορά σε σύγκριση μετη στερεή βιομάζα

Ιδιότητες βιο-ελαίου (π.χ. από πυρόλυση ξύλου):

(pH) 2.5 – 3Οξύτητα

< 0.1 %κ.β.Στερεό υπόλειμμα

25 - 1000 cPΙξώδες

15 - 30 % κ.β.Περιεχόμενο νερό

17 - 20 GJ/m3Υψηλότερη θερμογόνος δύναμη

1150 - 1250 kg/m3Πυκνότητα

Φαινόλες, καρβονυλικές & καρβοξυλικές ενώσεις, αλκοόλες, φουράνια, σάκχαρα, (πολυ)αρωματικά

Σύσταση

• Χαμηλής ποιότητας «απευθείας» καύσιμο για παραγωγήενέργειας/ θερμότητας

• Δυνατότητα εκχύλισης χημικών ενώσεων υψηλήςπροστιθέμενης αξίας (π.χ. φαινόλες για παραγωγή ρητινών)

• Καταλυτική αναβάθμιση (αποξυγόνωση) προςυδρογονάνθρακες αναμίξιμους με πετρελαϊκές τροφοδοσίεςγια την παραγωγή βενζίνης και ντίζελ («πράσινα καύσιμα»)

ΑναβάθμισηΑναβάθμιση καικαι αξιοποίησηαξιοποίηση βιοβιο--ελαίουελαίου

Αναβαθμισμένοβιο-έλαιο

Μονάδα καταλυτικής πυρόλυσηςβιομάζας (ΕΚΕΤΑ/ΙΤΧΗΔ)Νέοι νανο-καταλύτες

(Τμήμα Χημείας, ΑΠΘ)

Βιομάζα

ΑπευθείαςΑπευθείας αναβάθμισηαναβάθμιση βιοβιο--ελαίουελαίου μέσωμέσω καταλυτικήςκαταλυτικήςπυρόλυσηςπυρόλυσης βιομάζαςβιομάζας

Πράσινα καύσιμα(βενζίνη, ντίζελ)Μέσω κλασσικώνδιεργασιώνδιυλιστηρίου

Βιοκαύσιμα 3ης γενιάς από μικροφύκη (algae)

• Μονοκύτταροιφωτοσυνθετικοίοργανισμοί• Έως 50% κ.β. λιπίδια

1. Καλλιέργεια 2. Εξαγωγή Ελαίων 3. Εκχύλιση 4. Καύσιμο έλαιο

5. Σύνθεση βιοκαυσίμων

• Βιοντήζελ• Πράσινο ντήζελ• Πράσινη βενζίνη• Πράσινη κηροζίνη

ΠΛΕΟΝΕΚΤΗΜΑΤΑ

ΜΙΚΡΟΦΥΚΗ

Διεργασία παρασκευής βιοκαυσίμων από μικροφύκη

H ιδέα του Βιο-διυλιστηρίου (Biorefinery)

• Συνδυασμός παραγωγικώνδιεργασιών μετατροπήςβιομάζας προς καύσιμα, ενέργεια και χημικάπροϊόντα

• Αξιοποίηση όλων τωνσυστατικών της βιομάζας

• Η βιομάζα είναι η μοναδική ανανεώσιμη πηγή ενέργειας πουμπορεί να οδηγήσει σε ταυτόχρονη παραγωγή υγρών, αερίων καιστερεών καυσίμων, φιλικών προς το περιβάλλον

Συνοψίζοντας ...

• Τα βιοκαύσιμα 2ης γενιάς αναμένεται να βελτιώσουν τις «επιδόσεις»των βιοκαυσίμων 1ης γενιάς αναφορικά με τους τομείςαποδοτικότητας/κόστους και συνδυασμένης μακροχρόνιαςπροστασίας του περιβάλλοντος και της γεωργίας, καθώς αξιοποιούνπαραπροϊόντα και απόβλητα ως πρώτες ύλες

Χρήσιμες πηγές:

1) 6η ΕΘΝΙΚΗ ΕΚΘΕΣΗ (ΕΤΟΥΣ 2009) ΣΧΕΤΙΚΑ ΜΕ ΤΗΝ ΠΡΟΩΘΗΣΗ ΤΗΣ ΧΡΗΣΗΣΤΩΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΝ Ή ΑΛΛΩΝ ΑΝΑΝΕΣΙΜΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ ΓΙΑ ΜΕΤΑΦΟΡΕΣ ΣΤΗΝΕΛΛΑΔΑ ΤΗΝ ΠΕΡΙΟΔΟ 2005-2010 (ΑΡΘΡΟ 4 ΤΗΣ ΟΔΗΓΙΑΣ 2003/30/ΕΚ)

2) ΟΔΗΓΙΑ 2009/28/ΕΚ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ, της 23ης Απριλίου 2009 (αναθεώρηση οδηγιών 2001/77/ΕΚ και 2003/30/ΕΚ)

3) NOMOΣ ΥΠ’ΑΡΙΘ. 3423 Εισαγωγή στην Ελληνική Αγορά των Βιοκαυσίμων και τωνΆλλων Ανανεώσιμων Καυσίμων, ΕΦΗΜΕΡΙΣ ΤΗΣ ΚΥΒΕΡΝΗΣΕΩΣ ΤΗΣ ΕΛΛΗΝΙΚΗΣΔΗΜΟΚΡΑΤΙΑΣ, ΦΕΚ 304/Α/13.12.2005

4) ΟΔΗΓΙΑ 2003/30/ΕΚ ΤΟΥ ΕΥΡΩΠΑΪΚΟΥ ΚΟΙΝΟΒΟΥΛΙΟΥ ΚΑΙ ΤΟΥ ΣΥΜΒΟΥΛΙΟΥ, της 8ης Μαΐου 2003 σχετικά με την προώθηση της χρήσης βιοκαυσίμων ή άλλωνανανεώσιμων καυσίμων για τις μεταφορές

5) COMMUNICATION FROM THE COMMISSION TO THE COUNCIL AND THE EUROPEAN PARLIAMENT, Biofuels Progress Report, Brussels, 10.1.2007, COM(2006) 845 final

6) “ EUR 22066 - Biofuels in the European Union. A vision for 2030 and beyond” Final report of the Biofuels Research Advisory Council Directorate-General for Research Sustainable Energy Systems, 2006

Ευχαριστώ για την προσοχή σας !

Documents

Εισήγηση Κωνσταντίνου Τριανταφυλλίδη