Skrypt szkoleniowy nr 1

TEMAT: BIOpaliwo – produkt naturalny

Autor opracowania:

Łukasz Wyka

Korekta:

Ewelina Borkowska

Informacje w skrypcie zostały przygotowane na podstawie wykładów przygotowanych w ramach Klubu

Młodego Naukowca.

Czym są BIOpaliwa? Czyli pomysł na wag ę złota dr inŜ. Agata Markowska, Zakład Biotechnologii,

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie

Po co i z czego produkujemy BIOpaliwa mgr inŜ. Łukasz Wyka, Instytut Geoekologii

i Geoinformacji, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

Jak wytwarza ć BIOpaliwa? mgr inŜ. Michał Łukasz Dworak, Rada MłodzieŜowa Ligii Ochrony

Przyrody

Energia z biomasy jako wizytówka Województwa Zachod niopomorskiego dr inŜ. Jarosław

Rzepa, Wydział Rolnictwa i Ochrony Środowiska, Urząd Marszałkowski Województwa

Zachodniopomorskiego

OPIS doświadcze ń przeprowadzonych podczas pokazu mgr inŜ. Łukasz Wyka

� �

śycie na Ziemi rozwija się dzięki zaspokojeniu potrzeb organizmów. Są nimi:

• odpowiednie warunki fizykochemiczne (temperatura, ciśnienie, skład otoczenia, światło),

• tlen,

• poŜywienie,

• woda,

Człowiek próbuje ułatwić sobie zaspokajanie powyŜszych potrzeb, by przetrwać w ekosystemie.

W tym celu wykorzystuje energię.

ENERGIA pomaga zaspokajać potrzeby, ale równieŜ stwarza nowe zachcianki, które uznajemy za

konieczne (komunikacja, TV).

ŹRÓDŁA ENERGII

Nieodnawialne

� Węgiel kamienny

� Węgiel brunatny

2

� Torf

� Ropa naftowa

� Gaz ziemny

Odnawialne

� Energia wiatru

� Energia Słońca

� Energia spadku wody

� Energia wody morskiej

� Energia geotermiczna

NajwaŜniejszym producentem energii na Ziemi jest Słońce! Gdyby nie ono, Ŝycie na Ziemi nie

istniałoby. Słońce wytwarza promieniowanie elektromagnetyczne o róŜnej długości fali. Część energii

słonecznej nie dociera do Ziemi, gdyŜ nasza planeta wykształciła warstwy, które pochłaniają lub

odbijają odpowiednie pasma promieniowania (m.in. warstwa ozonowa pochłania szkodliwe dla

organizmów Ŝywych promieniowanie ultrafioletowe).

Człowiek usilnie próbuje uzupełnić „braki energetyczne”, głównie promieniowania z zakresu

podczerwieni. SłuŜą do tego róŜnego rodzaju paliwa, które przetwarzamy na energię cieplną lub

elektryczną wg naszych zamierzeń.

Paliwo – substancja (GAZ, CIECZ lub CIAŁO STAŁE) wydzielająca przy intensywnym utlenianiu

(spalaniu) duŜe ilości ciepła.

Energia uzyskana ze spalania paliwa wykorzystywana jest:

� przez maszynę (silnik cieplny) do produkcji energii mechanicznej,

� przez kocioł do celów grzewczych lub procesów technologicznych.

PODZIAŁ PALIW

Ze względu na stan skupienia wyróŜniamy:

� paliwa stałe

� paliwa ciekłe

Rys.1 Rozkład (widmo) promieniowania słonecznego

3

� paliwa gazowe

Ze względu na zastosowanie wyróŜniamy:

• paliwa opałowe (do spalania zewnętrznego), np. węgiel, koks, drewno;

• paliwa napędowe (do spalania wewnętrznego), np. ropa,

• paliwo jądrowe

Ze względu na pochodzenie wyróŜniamy:

� paliwa naturalne: węgiel kamienny, brunatny, torf, drewno, ropa naftowa, gaz ziemny,

� paliwa sztuczne: wytwarzane przy przeróbce paliw naturalnych (koks, olej opałowy, olej

napędowy, benzyna, gaz drzewny).

Co złoto ma wspólnego z paliwami?

Kilka równa ń by dowie ść, Ŝe ropa naftowa to złoto

ZŁOTO = bogactwo = władza

Król = władca Szejk = władca

ROPA = CZARNE ZŁOTO

Jak wydobywa się „czarne złoto”?

Ropa naftowa wydobywana jest z głębi ziemi w wyniku wykonywania wierceń. Powstające

odwierty (otwory) sięgają nawet 1km głębokości. Miejsca prawdopodobnego zalegania złóŜ

ropy naftowej wyszukiwane są przez geologów. Rozwój technik poszukiwania złóŜ pozwala na coraz

precyzyjniejszą identyfikację miejsc występowania i wielkości zasobów. Tak samo rozwija się technika

wierceń. Początkowo poszukiwania i wiercenia prowadzono wyłącznie na lądach. Okazało się jednak,

Ŝe część światowych zasobów ropy zalega w obszarach szelfów mórz i oceanów. Ropa naftowa nie

nadaje się do bezpośredniego zastosowania technicznego jako paliwo. Po wydobyciu z otworu

=

=

4

wiertniczego jest ona oczyszczana z zanieczyszczeń mechanicznych, a następnie oddziela się od niej

wartościowe i łatwo wrzące składniki: propan, butan i benzyny oraz szereg gazów i olejów. Końcowymi

produktami rafinerii są takie paliwa ciekłe jak benzyny, oleje opałowe, oleje napędowe, nafta.

Oszacowano, Ŝe zasoby ropy naftowej na Ziemi wynoszą około 2000 miliardów baryłek ropy. Obecnie

zuŜyliśmy ok. 1000 miliardów baryłek. Groźba wyczerpania kopalin (paliw kopalnych) nie jest odległa

w czasie:

• złoŜa węgla – 220 lat

• gaz ziemny – 60 lat

• ropa naftowa – 30-40 lat

Sposobem , aby ograniczyć wykorzystanie zasobów paliw kopalnych jest stosowanie biopaliw .

Biopaliwo jest to paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów Ŝywych. Produktami tymi

mogą być resztki roślin, zwierząt lub mikroorganizmów (BIOMASA).

Biomasa – masa materii zawarta w organizmach.

Dlaczego warto stosować biopaliwa?

Rys.2. Destylacja ropy naftowej

Rys.3. Schemat obiegu materii w przyrodzie

5

• Dają energię,

• UŜywanie biopaliw słuŜy zmniejszeniu uzaleŜnienia od ropy naftowej,

• Stworzone zostają nowe miejsca pracy,

• SłuŜą zmniejszeniu ilości odpadów,

• Są sposobem do wypełnienia wymagań prawnych lub obietnic rządowych,

• Nie przyczyniają się do rozwoju efektu cieplarnianego,

• Pozostawione w środowisku szybko ulegną rozkładowi.

Dzięki biopaliwom moŜliwy jest rozwój zatrudnienia w:

- rolnictwie,

- przetwórstwie paliw,

- szkolnictwie

- branŜy badawczo-rozwojowej,

- branŜy komunalnej,

- branŜy reklamowej

- wydawnictwach.

Biopaliwa – wpływ na efekt cieplarniany

46%

6%

17%

19%

8%

4%

Rys.4. Efekt cieplarniany

6

Składnik Zawartość

% objętości %masy

Składniki główne

Azot (N2) 78,08 75,51

Tlen (O2) 20,94 23,14

Argon (Ar) 0,93 1,29

Dwutlenek węgla (CO2) 0,039

0,058

Woda jest ilościowo znaczącym składnikiem atmosfery (zawartość 0-5%). Jej stęŜenie w czasie

i przestrzeni podlega licznym zmianom. ZaleŜą one od temperatury, jak i od oddalenia od stanu

równowagi wyraŜonego przez wilgotność względną. Jednocześnie para wodna zawarta w powietrzu

jest najwaŜniejszym gazem odpowiedzialnym za efekt cieplarniany. JednakŜe człowiek nie ma

wielkiego wpływu na ilość pary wodnej, która znajduje się w atmosferze. Dlatego teŜ za gaz będący

„winowajcą” efektu cieplarnianego uwaŜa się dwutlenek węgla (CO2), który jest gazem cieplarnianym

występującym po parze wodnej w największej ilości. Działalność człowieka przyczynia się do wzrostu

stęŜenia CO2 zawartego w atmosferze.

UwaŜa się, Ŝe stosowanie biopaliw przyczynia się do zmniejszenia efektu cieplarnianego (oraz

globalnego ocieplenia) poprzez obieg zamknięty CO2 (zahamowanie emisji dodatkowego CO2

zawartego w skałach takich jak ropa naftowa czy węgiel kamienny).

Tab.1. Skład atmosfery ziemskiej

Rys.5. Obieg dwutlenku węgla

7

Fakty dotyczące fotosyntezy

• Z całkowitego strumienia słonecznego docierającego do Ziemi jedynie 46% moŜe zostać

zaabsorbowane przez jej powierzchnię. Z tego jedynie 43% moŜe być wykorzystane w

fotosyntezie przez zielone części rosnących roślin (promieniowanie między 400 a 700 nm -

PAR).

• Maksymalna wydajność fotosyntezy moŜe wynieść 29%.

• Spalając biomasę uzyskaną w procesie fotosyntezy uzyskujemy z 1 t ok. 1,5 x 1010 J energii

– 2 razy mniej niŜ przy spalaniu węgla kamiennego.

Wspólną cechą wszystkich biopaliw jest to, iŜ w swoim składzie zawierają atomy węgla i/lub wodoru,

gdyŜ powstały z biomasy, która złoŜona jest głównie z węglowodorów.

Węglowodany (cukry, cukrowce, sacharydy) – organiczne związki chemiczne składające się z atomów

węgla, wodoru i tlenu. Są one podstawowym budulcem organizmów Ŝywych, w tym równieŜ człowieka.

Wraz z pokarmem przyjmujemy cukry proste (np. glukoza, fruktoza) lub dwucukry (np. sacharoza,

laktoza).

Natomiast niejadane cukry złoŜone wykorzystujemy w inny sposób, np. w produkcji papieru, narzędzi,

mebli itd.

Rys.6. Przebieg procesu fotosyntezy

Rys.7. Węglowodany – główny składnik owoców i warzyw

8

NaleŜy zauwaŜyć, Ŝe węglowodany to takŜe cenne biopaliwo. Niewykorzystane często jest tylko

odpadem, który ulega rozkładowi! To utracona energia!

Rodzaje biopaliw

▪ DREWNO i SUCHE ODPADY DRZEWNE, takie jak: drewno kawałkowe, zrębki drewniane,

trociny, wióry, brykiet i pelet.

Brykiet drzewny to utworzona z suchego rozdrobnionego drewna

(trocin, wiórów czy zrębków) kostka lub walec sprasowane pod

wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. Podczas

tego procesu wydziela się lignina, która po obniŜeniu temperatury

zastyga, spajając surowiec. Wilgotność brykietu jest niewielka i

wynosi 6-8%, natomiast zawartość popiołu poniŜej 1% suchej

masy.

Pelety lub pellety (inaczej granulat) są rodzajem brykietu

produkowanego z odpadów drzewnych. Wytłoczone pod wysokim

ciśnieniem w postaci granulatu w kształcie kulek lub walców mają

średnicę 6-25 mm i długość do kilku centymetrów.

▪ ODPADY ROLNE Nieprzetworzone buraki cukrowe, słoma, siano, ziemniaki, rzepak czy pozostałości przerobu owoców

bądź zwierzęce odchody to cenne z energetycznego punktu widzenia surowce, które moŜna

wykorzystywać.

▪ ROŚLINY ENERGETYCZNE

Jedną z gałęzi rolnictwa stało się w ostatnich latach produkowanie roślin przeznaczonych do celów

energetycznych. Rośliny te zwane energetycznymi są bogate w związki celulozowe i ligninowe oraz

charakteryzują się szybkim przyrostem masy. Mogą być one wykorzystane do produkcji energii

cieplnej i elektrycznej, a takŜe do wytwarzania paliw: zarówno ciekłych jak i gazowych.

Produkty rolne oraz węglowodany i inne związki organiczne, które są odpadami mogą słuŜyć jako

substrat (składnik) do produkcji paliw ciekłych i gazowych, dzięki procesom fermentacji lub estryfikacji.

▪ BIOETANOL (alkohol rolniczy)

Odwodniony alkohol etylowy (etanol) otrzymywany z biomasy lub z biodegradowalnej części odpadów

(papieru, płyt drewnianych, itp.). Bioetanol moŜe być stosowany w czystej postaci (tzw. E100) lub

mieszany z innymi alkoholami (np. z metanolem). MoŜe równieŜ być składnikiem paliw do silników

spalinowych, jako biokomponent.

▪ BIODIESEL

Rys.8

Rys.9

9

Jest zastępczym paliwem do silników wysokopręŜnych, wyprodukowany z odnawialnych surowców,

np. olejów roślinnych czy tłuszczów zwierzęcych. MoŜe stanowić takŜe biokomponent do oleju

napędowego

Tab.2.Bioetanol i biodiesel jako biokomponent

▪ BIOGAZ

Zwany takŜe jako gaz wysypiskowy, jest to gazowy, palny produkt fermentacji beztlenowej związków

pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody

zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spoŜywczego, biomasa) a częściowo takŜe ich

rozpadu gnilnego, powstający w biogazowni.

E10 10% etanolu + 90% benzyna (USA)

E20 20% etanolu + 80% benzyna (Brazylia)

E85 85% etanolu +15-30% benzyna (Brazylia, USA, Szwecja)

E95 95% etanolu +5% benzyna (Szwecja)

E100 96% etanolu + 4% woda (Brazylia, Argentyna)

B 100 100% dodatku olejowego

B80 80% dodatku olejowego i 20% ON

B20 20% dodatku olejowego 80 % ON

Rys.10. Schemat estryfikacji olejów roślinnych

10

Rys.11. Schemat produkcji biogazu

Informacje o rozwoju aeroenergetyki w województwie zachodniopomorskim

Inwestycja w „zieloną energię” jest niezwykle waŜna na terenie województwa zachodniopomorskiego.

Największe zakłady przetwarzające biomasę na biopaliwa znajdują się na jego obszarze. Stąd istnieje

konieczność powoływania organów doskonalących i szkolących pracowników takich przedsiębiorstw.

Uczelnie

▪ Centrum Naukowo-Badawcze Energii Odnawialnej, Politechnika Koszalińska

▪ Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy – Ostoja, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny

Firmy doradcze

▪ CeDIR Sp. z o.o. – Koszalin

Instytucje wspierające rozwój

▪ Zachodniopomorski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Barzkowicach

▪ Stacja Doświadczalna Oceny Odmian w Białogardzie

DuŜo interesujących informacji na temat biopaliw moŜna znaleźć w następujących serwisach:

▪ www.biopaliwa.pl

▪ www.biopaliwa.org,

▪ www.e-biopaliwa.pl

Biopaliwa świetnie wspomagają gospodarkę energetyczną krajów, ale nie powinny być

produkowane z surowców Ŝywnościowych, lecz z części roślin niewykorzystywanych gospodarczo.

CAŁA BIOMASA, KTÓRĄ MOśNA SPALIĆ PRĘDZEJ CZY PÓŹNIEJ ULEGNIE BIODEGRADACJI

(rozkładowi na związki proste, w tym CO2 i CH4). Warto zatem spoŜytkować odpady biomasy

roślinnej i zwierzęcej, bo to cenne źródło energii.

▪ www.biomasa.org

▪ www.lop.szczecin.pl

11

POKAZY DOŚWIADCZEŃ NAUKOWYCH

1. ILE ENERGII SKRYWAJĄ DARY NATURY - jak za pomocą owocu orzecha zagotować wodę?

KaŜdy wie, Ŝe papier oraz suche drewno się dobrze pali. Gdy jednak porównamy

róŜne rodzaje biopaliw, wówczas zauwaŜymy, Ŝe wartość opałowa papieru lub odpadów

drewnianych jest duŜo niŜsza niŜ produktów takich jak brykiet lub pelet (ilość energii

wytwarzana na jednostkę masy, np. 10 MJ na kaŜdy kilogram). Dlaczego?

Przy spalaniu z róŜnych materiałów wydziela się energia w postaci promieniowania. To

promieniowanie moŜe być energią z zakresu światła widzialnego lub podczerwieni

(promieniowanie cieplne). Gdy zapalimy kartkę papieru, spala się ona szybko

z duŜym widocznym płomieniem. Natomiast jeśli tę samą kartkę mocno zgnieciemy lub

poskładamy, a następnie podpalimy, wówczas taki materiał nie spala się duŜym płomieniem,

lecz prawie niezauwaŜalnym. Ten rodzaj spalania nazywa się tleniem. Dzięki niemu surowiec

zamienia się w większości tylko na energię cieplną. Widoczny płomień to część energii, która

zazwyczaj jest zbędna – interesuje nas głównie ciepło.

„Upakowane materiały” są zatem bardziej poŜądanym produktem energetycznym.

Naturalnymi, zawierającymi znaczne ilości związków organicznych surowcami, które

posiadają zagęszczoną biomasę są róŜnego rodzaju nasiona. O tym, Ŝe moŜna z nich

uzyskać duŜą ilość energii świadczy ich kaloryczność sięgająca nawet 700 kalorii w 100 g

produktu.

W łatwy sposób to moŜna sprawdzić. Wystarczy zapalić orzech laskowy lub włoski by

zobaczyć jak się palą – ten czas jest na tyle długi by zagotować wodę w próbówce.

12

SPRZĘT I ODCZYNNIKI

- łapa bądź szczypce laboratoryjne do trzymania probówki, probówka, zapałki, orzech

laskowy, woda destylowana

PRZYGOTOWANIE

Do próbówki wlewamy kilka ml wody. Umieszczamy orzecha w szczypcach

laboratoryjnych i podpalamy go. Uzyskanym płomieniem podgrzewamy próbówkę. Po

krótkim czasie na ściankach naczynia zaczynają być widoczne pęcherzyki gazu. Dalsze

odgrzewanie naczynia, moŜe doprowadzić do efektownego zagotowania się wody.

2. ENERGIA UKRYTA W KRYSZTALE

W doświadczeniu z naczynia z bezbarwnym roztworem, po wrzuceniu kryształu silnego

utleniacza, wydobywa się olbrzymia ilość pary wodnej i tlenu. Eksperyment ukazuje, Ŝe

nawet niewielka ilość danego związku chemicznego w odpowiednich warunkach

fizykochemicznych moŜe przyspieszyć daną reakcję. Podobnym katalizatorem reakcji

spalania jest dodatek biokomponentów (np. bioetanolu, biometanolu), które poprawiają

jakość paliw (zmniejszenie emisji spalin, wyŜsza liczba oktanów) spalanych w silnikach.

SPRZĘT I ODCZYNNIKI

- Cylinder miarowy (1000 ml), lejek szklany, bagietka, szczypce laboratoryjne lub łyŜeczka,

przyłbica ochronna

- perhydrol (30%), nadmanganian potasu, woda destylowana

PRZYGOTOWANIE

Doświadczenie naleŜy wykonać pod wyciągiem, na świeŜym powietrzu lub w wysokim pomieszczeniu, gdyŜ

istnieje moŜliwość zabrudzenia ścian i sufitu związkami manganu. KONIECZNIE UBRAĆ RĘKAWICE

OCHRONNE!

Do cylindra miarowego ostroŜnie nalewamy 20 ml perhydrolu (H2O2). Następnie do naczynia

dolewamy podobną objętość wody. Za pomocą szczypiec lub łyŜeczki wybieramy jeden duŜy

kryształ nadmanganianu potasu, ewentualnie kilka mniejszych. Energicznym ruchem

wrzucamy kryształki nadmanganianu do cylindra z roztworem. Z naczynia zaczną

wydobywać się kłęby pary wodnej i tlenu.

13

3. PŁONĄCY śEL

Doświadczenie uzmysławia czym jest stan skupienia oraz rozpuszczalność substancji.

Związki dobrze rozpuszczalne w wodzie zazwyczaj słabo rozpuszczają się w cieczach

organicznych, do których zaliczyć moŜemy bioetanol.

SPRZĘT I ODCZYNNIKI

- Zlewka (500 ml), dwie zlewki (250 ml), palnik spirytusowy, łyŜka laboratoryjna, dwie bagietki

szklane

- Octan wapnia, etanol, wodorotlenek sodu, fenoloftaleina, woda destylowana, bioetanol

PRZYGOTOWANIE

Na początku sporządza się wodny roztwór nasycony octanu wapnia. Następnie naleŜy dodać

niewielką ilość wodorotlenku sodu, tak, aby pH reakcji było powyŜej 8,5. Aby określić czy pH

roztworu jest odpowiednie moŜna dodać kilka kropel odpowiedniego wskaźnika, np.

fenoftaleiny, która w optymalnych warunkach reakcji powinna zabarwić ciecz na róŜowo.

Dodatek alkoholu powoduje, Ŝe rozpuszczalność soli się zmniejsza, co uwidacznia się po

kilku sekundach. Wówczas to roztwór zamienia się w Ŝel, który po podpaleniu z łatwością się

spala. Spowodowane jest to obecnością uwięzionego w sieci krystalicznej octanu wapnia

etanolu. Doświadczenie ukazuje jak energetycznym komponentem jest bioetanol.

EKSPERYMENT DOMOWY

Doświadczenie polega na obserwacji parowania składników z róŜnych rodzajów

roztworów paliw: biodiesla, benzyny, oleju nap ędowego, bioetanolu . Zostały

przygotowane następujące roztwory wodne: bioetanolu 5%, bioetanolu 20%, biodiesla 5%,

biodiesla 20%, oleju napędowego 1%, oleju napędowego 5%, benzyny 1%, wody

destylowanej oraz wody z barwnikiem. Paliwa te róŜnią się rozpuszczalnością w wodzie, a co

za tym idzie róŜnie wpływają na parowanie cieczy. W celu wizualnej oceny zmian

zachodzących w roztworach naleŜy przeprowadzić proces krystalizacji z uŜyciem soli

o róŜnej rozpuszczalności w WODZIE.

Na podstawie obserwacji doświadczenia młodzieŜ ma za zadanie wysnuć wnioski, które

spośród paliw są bardziej ekologiczne. Szczegółowe informacje dotyczące przebiegu

eksperymentu domowego zawarte są w instrukcji.

14

Skrypt szkoleniowy nr 2

TEMAT: Jak wytwarza się biopaliwa

Autor opracowania:

Mgr inŜ. Łukasz Wyka

Produkcja biodiesla, dr inŜ. Agnieszka Gawska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny

w Szczecinie

Produkcja bioetanolu mgr inŜ. Aneta Sulecka, Pomorski Uniwersytet Medyczny w Szczecinie oraz

mgr inŜ. Łukasz Wyka, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu

Jak działa biogazownia. Układy kogeneracyjne mgr inŜ. Łukasz Wyka, Uniwersytet im. Adama

Mickiewicza w Poznaniu

Dystrybucja biopaliw płynnych w Polsce i na świecie mgr inŜ. Michał Łukasz Dworak, Rada

MłodzieŜowa Ligii Ochrony Przyrody

OPIS doświadcze ń przeprowadzonych podczas pokazu mgr inŜ. Łukasz Białek, mgr inŜ. Łukasz Wyka

� �

Znaczenie biopaliw w energetyce poszczególnych państw Unii Europejskiej rośnie z roku na rok. Jest

to związane nie tyle ze zwiększeniem świadomości mieszkańców, Ŝe biopaliwa mniej szkodzą

środowisku, co z deklaracją jaką podjęły kraje członkowskie UE. Do 2020 r. mają one spełnić

następujące postulaty:

− 20 % energii pochodzić ma ze źródeł odnawialnych

− 10% mają stanowić domieszki biopaliw do paliw kopalnych

15

2010 2011 2012 2013 2015 2020

0

2

4

6

8

10

12

14

16

NCW og.estry (objetosciowo)bioetanol (objetosciowo)

lata

Rys. 1. Wskaźniki NCW (Narodowego Celu Wskaźnikowego) na lata 2010-2020 - Rozporządzenie

Rady Ministrów 2007

BIODIESEL

Biodiesel jest biopaliwem powstającym z przetworzenia olejów roślinnych. Stanowi on zastępcze

paliwo do silników wysokopręŜnych (Diesla).

Biodieslem nazywamy: estry metylowe oleju rzepakowego (RME), estry metylowe (FAME) i etylowe

(FAEE) wyŜszych kwasów tłuszczowych oraz mieszanki paliwowe z olejem napędowym w celu

otrzymania paliwa zapewniającego lepsze warunki pracy silnika.

W odróŜnieniu od normalnego oleju napędowego, biodiesel jest paliwem biodegradowalnym

i nietoksycznym, jego wykorzystanie powoduje znaczne obniŜenie emisji szkodliwych substancji do

atmosfery. Nadaje się on do wykorzystania prawie wszędzie tam, gdzie dziś stosuje się olej

napędowy.

Rośliny oleiste wykorzystywane do produkcji biodiesla:

▪ Rzepak ▪ Słonecznik ▪ Len ▪ Konopie ▪ Soja ▪ Palma kokosowa

− Wysokie wymagania pokarmowe – duŜe zapotrzebowanie na N i Ca;

− Odczyn gleby: 6 - 7;

− Wysiew nie częściej niŜ co 4 lata

2008 2009 2010 2013

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

na cele energetycznena estryna cele spoz

lata

tys.

ton

16

Rys. 2. Ilość produkowanego w Polsce oleju

Produkcja biodiesla z oleju rzepakowego

Rzepak inaczej kapusta rzepak (Brassica napus var. oleifera), to jednoroczna roślina zielna. Jest to

najczęściej uprawiana roślina oleista w Polsce, której nasiona są waŜnym surowcem do produkcji

oleju jadalnego.

Liście i łodyga z sinawym nalotem, kwiaty zebrane w groniasty kwiatostan, Ŝółte lub białe, owocem

jest łuszczyna, nasiona czarne lub czerwonawe o duŜej zawartości oleju (ponad 40 %).

Wymagania siedliskowe rzepaku:

▪ wysokie wymagania pokarmowe – duŜe zapotrzebowanie na N i Ca;

▪ odczyn gleby: 6 - 7;

▪ wysiew nie częściej niŜ co 4 lata

Czynniki ograniczające areał uprawy rzepaku:

▪ jakość gleby

▪ niebezpieczeństwo wymarzania

▪ struktura agralna

▪ dopuszczalny udział w strukturze zasiewu

Etapy produkcji biopaliwa z nasion rzepaku:

▪ skup, przygotowanie i magazynowanie nasion;

▪ tłoczenie i wstępne oczyszczanie oleju;

▪ rafinacja oleju przed przemianami estrowymi;

▪ przemiany estrowe oleju rzepakowego i końcowa filtracja biopaliwa.

Przy otrzymywaniu biopaliwa z zachodzi jednoczesna hydroliza tłuszczu i estryfikacja kwasów

tłuszczowych metanolem.

3 H2O + tłuszcz → kwasy tłuszczowe + gliceryna

kwasy tłuszczowe + 3 MeOH → biodiesel + 3 H2O

sumarycznie:

Rys. 3. Rzepak

17

tłuszcz + metanol → biodiesel + gliceryna

Szybkość powyŜszych reakcji jest zaleŜna od temperatury, pH i intensywności mieszania. Mieszanina

poreakcyjna rozdziela się samoczynnie: biodiesel stanowi lŜejszą frakcję niemieszającą się z wodą,

natomiast dolna cięŜsza frakcja zawiera glicerynę, katalizator (wodorotlenek potasu lub sodu) i wodę.

W skali przemysłowej separacja moŜe być przyspieszona przez przepływowe wirowanie mieszaniny

poreakcyjnej.

Rys. 4. Schemat produkcji biodiesla z oleju rzepakowego

Najczęściej spotykane odmiany biodiesla:

▪ B100 - 100% stanowią metylowe (lub etylowe) estry kwasów tłuszczowych;

▪ paliwo zawierające biologiczny komponent w postaci metylowych (lub etylowych) estrów

kwasów tłuszczowych:

- B20 (20% Biodiesla w postaci estrów i 80% oleju napędowego

- B80 (80% Biodiesla i 20% oleju napędowego)

- mieszanki estrów i oleju napędowego w innych proporcjach

Wady stosowania biodiesla:

▪ niŜsza wartość opałowa powoduje większe zuŜycie paliwa;

▪ wyŜsza lepkość wpływa na pogorszenie rozpylania paliwa i ciśnienie wtrysku;

18

▪ obniŜenie trwałości elementów stykających się z paliwem, a wykonanych z typowych

elastomerów (elastycznych tworzyw sztucznych) i gum

▪ korozja pokryć lakierniczych elementów stykających się z paliwem;

▪ silne działanie korozyjne na stopy zawierające miedź;

▪ tworzenie osadów blokujących filtry paliwa;

▪ pogorszenie właściwości paliw podczas przechowywania.

BIOETANOL

Bioetanol – odwodniony etanol otrzymywany z podatnych na rozkład biologiczny frakcji odpadów

przemysłowych i miejskich. Proces otrzymywania tego paliwa zachodzi dzięki fermentacji alkoholowej

biomasy lub biodegradowalnej części odpadów (papieru, pozostałości po obróbce drewna, itp.).

Przebiega ona z wykorzystaniem mikroorganizmów, które przetwarzają cukry na etanol. MoŜe być

stosowany w czystej postaci (tzw. E100) lub mieszany z innymi alkoholami (np. z metanolem) lub

paliwami. W Polsce północnej do jego produkcji wykorzystuje się nadwyŜki Ŝywności i słomy.

Za początki wykorzystania bioetanolu w Polsce uwaŜa się rok 1993, kiedy to dodawanie etanolu

w ilościach maks. 5% obj. zostało zawarte w nowej normie na paliwa benzynowe.

Wyniki badań - benzyna z 5% zawartością bioetanolu posiada identyczne właściwości jak benzyna

węglowodorowa, a większość pojazdów moŜe korzystać z paliwa zawierającego 15% etanolu bez

Ŝadnych modyfikacji silnika.

W USA stosuje się 10% dodatek etanolu do benzyny albo paliwa E85, stanowiącego w 85% etanol.

Zakłady samochodowe Ford i Chrysler produkują silniki przystosowane do tego rodzaju paliwa (m.in.

Ford Taurus, Ford Ranger Pickup, Chrysler 3.3L Minivan).

Etapy produkcji bioetanolu

19

Rys. 5. Schemat produkcji bioetanolu cz. I

śywność jest niezbędna do Ŝycia, z pewnością bardziej niŜ paliwa. Stąd istnieje konieczność

ograniczenia produkcji bioetanolu z surowców Ŝywnościowych. Obecnie trwają prace nad rozkładem

cukrów złoŜonych, takich jak celuloza, które posłuŜyłyby jako substrat do syntezy biopaliw. Biomasa

celulozowa - moŜe być przechowywana przez wiele lat nie tracąc wartości energetycznej. Dostępne

są dwie główne ścieŜki jej rozkładu:

▪ Proces chemiczny

▪ (silne kwasy, zasady)

▪ Procesy enzymatyczne (celulazy)

płynny surowiec rolniczy

zwierający cukry

pszenica

burak

mielenie, rozpuszczanie

ekstrakcja, zagęszczanie, krystalizacja

kukurydza ziemniaki Ŝyto

fermentacja etanolowa

DROśDZE

Właściwości celulaz:

▪ proces ma charakter hydrolizy

▪ drobnoustroje celulolityczne - grzyby i bakterie

▪ warunki tlenowe i beztlenowe

Inne zastosowanie celulaz:

▪ zwiększanie stopnia odwodnienia suszonych warzyw;

▪ ulepszanie pasz;

▪ klarowanie soków owocowych, wzmocnienie aromatu win;

▪ wygładzanie tkanin sporządzonych z włókien celulozowych;

▪ enzymatyczne ścieranie jeansu;

▪ „biologiczne proszki do prania”( pielęgnacja kolorów, usuwanie brudu cząstkowego,

utrzymywanie bieli wyrobów, działanie zmiękczające).

20

W wyniku fermentacji powstaje alkohol etylowy, ale jego zawartość w roztworze nie przekracza 10-

15% (w zaleŜności od jakości mikroorganizmów rozkładających cukry). Pozostałe produkty w brzeczce

to kwasy organiczne, nierozłoŜone cukry, barwniki, pozostałości substratów i same nagromadzone

mikroorganizmy. Taki produkt nie moŜe być paliwem.

Rys. 6. Schemat produkcji bioetanolu cz. II

Etanol przy stęŜeniu 40% pali się z łatwością. Ale w komorach zamkniętych proces ten przebiega

w sposób niebezpieczny. Stąd nawet niewielki dodatek wody sprawia, Ŝe roztwór taki powodowałby

niszczenie silnika. Dlatego naleŜy pozbyć się wody do wartości poniŜej 1%. Nie jest to takie proste, bo

powyŜej 95% etanol twory mieszaninę azeotropową, tzn. ilość parującej wody jest taka sama jak ilość

parującego alkoholu.

Metody separacji etanolu

▪ Destylacja azeotropowa (najczęściej stosowana, najdroŜsza)

▪ Perwaporacja (coraz częściej stosowana, znacznie tańsza)

▪ Destylacja membranowa (praktycznie nieuŜywana, mało poznana)

GGlluukkoozzaa 22 EEttaannooll ++ 22 CCOO22

21

Rys. 7. Schemat odwadniania etanolu metodą destylacji azeotropowej z uŜyciem benzenu, jako

czynnika rozdzielającego E – etanol, B – benzen, W – woda

Perwaporacja jest to techniką, stosującą membrany polimerowe, jako selektywne separatory

i słuŜąca ogólnie do rozdziału mieszanin ciekłych, np. do odwadniania cieczy organicznych,

szczególnie tych tworzących z wodą azeotropy. NaleŜy podkreślić, Ŝe proces odwadniania przebiega

bez udziału dodatkowych składników.

Mieszaninę po przeprowadzeniu fermentacji kieruję się na instalacje odzysku alkoholu. Roztwór

pofermentacyjny zawierający 6-8 % etanolu poddawany jest wstępnie destylacji na kolumnie

odpędowej i rektyfikacyjnej, a produktem jest mieszanina o zawartości 90-95 % etanolu. Mieszanina ta

transportowana jest następnie do instalacji membranowej, gdzie ulega końcowemu odwodnieniu,

zwykle do stęŜenia powyŜej 99,8% etanolu.

Rys. 8. Schemat odwadniania etanolu metodą perwaporacji

22

Destylacja membranowa

Destylacja membranowa (MD) jest procesem, w którym następuje odparowanie składników roztworu

zasilającego przez porowatą membranę hydrofobową, za którą ma miejsce kondensacja wydzielonych

składników. Membrana to półprzepuszczalna bariera rozdzielająca dwie fazy ciekłe lub gazowe, a

transport cząsteczek przez nią zachodzi dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły napędowej, którą moŜe

być róŜnica temperatur.

Siłą napędową procesu jest róŜnica ciśnień, wynikająca z róŜnicy temperatury

i składu roztworów przymembranowych.

Rys. 9. Schemat działania membrany

Zalety bioetanolu :

▪ zmniejszają liczbę gazów cieplarnianych emitowanych do atmosfery,

▪ stanowią dobrą alternatywę dla państw rozwijających się - poprzez ich produkcję moŜliwe jest

zwiększenie liczby miejsc pracy oraz wysokości pensji dla rolników,

▪ są odnawialne i biodegradowalne,

▪ zapewniają bezpieczeństwo energetyczne - umoŜliwiają uniezaleŜnienie od importu energii

spoza kraju.

Wady bioetanolu :

▪ jedynie bioetanol lignocelulozowy zmniejsza emisję gazów cieplarnianych,

▪ przy produkcji biopaliw emitowane są WWA,

▪ korzystanie z gruntów rolnych prowadzi do wzrostu cen podstawowych artykułów

Ŝywnościowych,

▪ produkcja biomasy przeznaczonej do produkcji biopaliw powoduje konkurencję o źródła

i dostawy wody,

▪ uprawa roślin na cele bioenergetyczne zmniejsza bioróŜnorodność biologiczną i prowadzi do

powstania gatunków endemicznych na określonych terenach.

Biogazownia rolnicza

23

Biogazownia rolnicza jest instalacją słuŜącą do produkcji biogazu. Powstaje on w wyniku

rozkładu przez mikroorganizmy materii organicznej. Proces ten przebiega w warunkach beztlenowych

i nazywany jest fermentacją metanową. Głównymi surowcami uŜywanymi do wytworzenia biogazu są

odpady rolnicze takie jak słoma, trawa, zgniłe owoce i warzywa, odchody zwierzęce oraz inne odpady

organiczne. W procesie rozkładu tych surowców powstaje gaz, który jest mieszaniną metanu

i dwutlenku węgla, a takŜe innych lotnych składników, które powstają w wyniku biodegradacji.

ŚwieŜo przygotowaną mieszankę przygotowanej biomasy pompuje się do zbiorników

fermentacyjnych. W rozdrobnionej postaci mieszanina trafia do pompy i jest tłoczona za pomocą

przepływomierzy. Na kaŜdy ze zbiorników fermentacyjnych określona jest z góry ilość trafiającej tam

mieszanki.

W zbiornikach fermentacyjnych zachodzi proces fermentacji. W miejscu tym stale mierzy się

parametry procesu takie jak: ciśnienie, temperatura, wysokość wkładu biomasy czy ilość piany.

Wytworzony tutaj biogaz zbiera się w górnej części zbiornika pod charakterystyczną, wypukłą

membraną, utrzymującą określone ciśnienie.

Rys.10. Wewnątrz biogazowni – schemat technologiczny

Kolejną czynnością jest przepompowanie biomasy ze zbiorników fermentacyjnych do

pofermentacyjnych, gdzie następuje odzysk biogazu.

Ta sama przepompownia transportuje pofermentacyjne pozostałości wkładu biomasy na

lagunę osadową. Jest to zbiornik magazynowy, w którym po odpowiednim odwodnieniu gromadzi się

materiał będący cennym nawozem organicznym przeznaczonym do uŜyźniania gleb rolniczych.

Wyprodukowany biogaz ze zbiorników fermentacyjnych i pofermentacyjnych odbiera się za

pomocą dmuchaw. Gaz kieruje się na odsiarczalnik. To urządzenie słuŜące do usuwania

zanieczyszczeń związków siarki, które nadają biogazowi nieprzyjemny zapach. W kolejnym etapie gaz

jest dalej oczyszczany. Proces ten polega na podgrzaniu go do odpowiedniej temperatury i zraszaniu

24

wodą, która pochłania pozostałe zanieczyszczenia. Osuszony gaz miesza się z niewielką ilością

powietrza i wprowadza do silnika.

Zadaniem silników gazowych jest pozyskanie energii. Maszyny napędzają potęŜny agregat,

który produkuje prąd. Natomiast chłodzenie silników pozwala ogrzewać zakład, poniewaŜ woda

podgrzewa się do temperatury 90 stopni. Ciepło jest zatem produktem ubocznym. Układ ten, w którym

uzyskujemy zarówno energię elektryczną jak i cieplną nazywamy kogeneracyjnym . Silniki są zdalnie

sterowane, operator pracujący przy pulpicie ma pełną kontrolę nad tym, co dzieje się w kaŜdym

momencie procesu.

Wytwarzana w biogazowni energia w pełni zaspokaja potrzeby energetyczne zarówno instalacji jak

i pomieszczeń socjalnych. Powstałe nadwyŜki energii są przekazywane za pomocą sieci

energetycznej do pobliskich miejscowości.

Produkcja biogazu z odchodów zwierzęcych, biomasy roślinnej lub organicznych odpadów jest bardzo

popularna na zachodzie Europy, gdyŜ wspomaga gospodarkę energetyczną. NaleŜy przy tym

pamiętać, iŜ biogaz nie powinien być wytwarzany z surowców Ŝywnościowych tylko z surowców

organicznych niewykorzystanych gospodarczo.

Istnieje wiele zalet produkcji biogazu w biogazowniach, do których zaliczyć moŜna:

▪ produkcję energii elektrycznej i cieplnej oraz nawozu organicznego;

▪ ograniczenie zapotrzebowania na paliwa kopalne, a tym samym realne zwiększenie

niezaleŜności energetycznej;

▪ uniknięcie emisji metanu do atmosfery, który mógłby samoistnie powstawać w wyniku

rozkładu odpadów organicznych;

▪ redukcję emisji związków azotu i siarki, a takŜe zamknięty obieg dwutlenku węgla.

WaŜnym czynnikiem socjologicznym jest zmniejszenie bezrobocia na obszarach wiejskich, dzięki

rozwojowi biogazowni rolniczych. Ponadto wytwarzanie biogazu powoduje wzrost opłacalności

produkcji rolnej, co powoli zachęca coraz większą grupę rolników do inwestowania tą ekologiczną

technologię.

Biopaliwa w Polsce i na świecie

W ostatnich latach zostały ustanowione w Polsce mechanizmy prawne i fiskalne zmierzające

do wprowadzenia na rynek biokomponentów i biopaliw ciekłych. Istotnymi elementami tych

uregulowań są: przepisy zezwalające na dodawanie biokomponentów w wysokości do 5% do benzyn

i oleju napędowego; przepisy dopuszczające do powszechnego obrotu biopaliw typu B-20 i B-100;

moŜliwość wytwarzania biopaliw dla wybranych flot pojazdów transportowych; moŜliwość wytwarzania

biopaliw na potrzeby własne producentów rolnych.

25

W Polsce zagadnienia związane z biopaliwami płynnymi reguluje przede wszystkim ustawa

z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania, jakości paliw oraz ustawa

o biokomponentach i biopaliwach ciekłych. Ustawa ta, obowiązująca od dnia 1 stycznia 2007 r.,

umoŜliwia produkcję biopaliw zarejestrowanym rolnikom indywidualnym, jednakŜe w ograniczonej

ilości 100 l/ha lub w energetycznym ekwiwalencie innego paliwa, np. gazowego. Technologia do

produkcji biodiesla są doskonale opracowane jak równieŜ urządzenia do tłoczenia oleju są łatwo

dostępne. Jednak przepisy zezwalające na produkcję biodiesla na własne potrzeby są bardzo

restrykcyjne, co bardzo ogranicza a wręcz uniemoŜliwia jego popularyzację wśród rolników.

Wykorzystanie biopaliw z kaŜdym rokiem na świecie wzrasta. Przyjmuje się, Ŝe największy wzrost

powinien nastąpić w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej gdzie wykorzystanie biopaliw

powinno wzrosnąć o 30 %. Najprawdopodobniej Brazylia zwiększy swą moc produkcyjną równieŜ

o 30%, przez co podwoi ilość biopaliwa, które obecnie eksportuje, pozostając największym na świecie

eksporterem biopaliw.

W Europie, Niemcy pozostaną nadal największym europejskim producentem biopaliw.

W Polsce podobnie do innych krajów przewiduje się, Ŝe zwiększenie zastosowanie oraz zwiększenie

ilości biopaliw w transporcie do 2020 r. będzie miało duŜe znaczenie w wielu dziedzinach gospodarki.

Zwiększenie udziału biopaliw będzie stwarzać moŜliwość rozwoju wielu sektorów gospodarki, między

innymi rolnictwa. Wprowadzone środki będą zasilać rolnictwo, a takŜe inne działy gospodarki, poprzez

rozwój produkcji w działach wspierających te sektory. Ponadto zgodnie z unijnym programem oraz

załoŜeniami przyjętymi w kraju około roku 2015 rozpocznie się produkcja biopaliw drugiej generacji,

która do roku 2020 powinna osiągnąć, co najmniej 20% całości wytwarzanych biopaliw ciekłych.

Fakty dotycz ące dystrybucji biogazu

▪ Obecnie w Niemczech jest 4,5 tysiąca biogazowni. Polska ma ich niewiele ponad 100, ale

w budowie i na róŜnych etapach przygotowań jest kolejnych 200.

▪ Większość juŜ działających w naszym kraju biogazowni to dość niestandardowe jak na tę

branŜę instalacje. Instalowane są na wysypiskach śmieci, a wykorzystują tzw. gaz

składowiskowy i osady ściekowe.

▪ Typowych biogazowni, przerabiających odpady rolne i z zakładów, zajmujących się produkcją

spoŜywczą, jest na razie ledwie kilkadziesiąt. Nie mamy ani jednej instalacji biogazowej

wykorzystującej rośliny energetyczne, a dopiero rozwój takich obiektów mógłby ulokować

Polskę w europejskiej czołówce tej branŜy.

26

Inwestowaniem w biogazownie w Polsce interesują się juŜ dziesiątki firm. Wśród nich są duŜe

koncerny, m.in. Polska Grupa Energetyczna, Energa, Enea, PGNiG, Krajowa Spółka Cukrowa. Ale i

znaczący inwestorzy prywatni: Polski Koncern Mięsny Duda, BBI Zeneris, Biopower (kontrolowany

przez izraelskiego biznesmena, Aleksandra Rechtera) czy Agrogaz, której współwłaścicielem jest

Gdańska Energia.

Rys. 11. Rozmieszczenie biogazowni w Polsce

Dystrybucja biodiesla i bioetanolu

JeŜeli chodzi o dostęp do biopaliw zasilających samochody z silnikiem wysokopręŜnym to na polskich

stacjach benzynowych moŜna bez większego kłopotu kupić prawdziwy biodiesel B100. Paliwo to

znajdziemy na stacjach marki Bliska, naleŜących do koncernu PKN Orlen, pod nazwą Bioester .

E10

Jest biopaliwem zawierającym 10% obj. bioetanolu i 90% obj. benzyny. Paliwo to oferowane

jest m.in. w USA jako alternatywa dla konwencjonalnej benzyny. MoŜe być stosowane

zarówno w amerykańskich FFV oraz w standardowych pojazdach wyposaŜonych w silniki

benzynowe, które uzyskały dopuszczenie producenta do stosowania takiego paliwa.

E20 Biopaliwo składające się z 20% obj. bioetanolu i 80% obj. benzyny oferowane jest głównie

w Brazylii do silników niskopręŜnych.

E85

Jest biopaliwem do silników benzynowych składającym się z bioetanolu z 15-30% domieszką

benzyny. Na świecie popularność paliwa E85 ciągle wzrasta. Stosowane jest na szeroką

skalę m.in. w Brazylii oraz w USA. W Europie trwają prace nad jego większym

upowszechnieniem, w czym duŜy udział ma Szwecja. E85 moŜe być uŜywane tylko

27

Jeśli chodzi o jakość paliwa, stacja Bliska zapewnia, Ŝe ich biodiesel spełnia standardy jakościowe

zawarte w normie PN EN 14214 i doskonale nadaje się do samochodów cięŜarowych, osobowych

i ciągników rolniczych.

Tab. 1. Rodzaje paliw zawierających bioetanol

POKAZY DOŚWIADCZEŃ NAUKOWYCH

1. WIELKA PIANA

Eksperyment ukazuje wpływ stęŜenia reagentów na szybkość reakcji chemicznej. Doświadczenie

moŜna odnieść równieŜ do reakcji spalania określonych paliw. Dodatek niektórych biokomponentów

ma za zadanie polepszyć właściwości palne paliw, które mają pozytywny wpływ na środowisko oraz

silniki maszyn.

SPRZĘT I ODCZYNNIKI

- dwa cylindry miarowe (500 ml), lejek szklany, bagietka, łyŜeczka

- perhydrol (30%), jodek potasu, woda destylowana, barwnik, płyn do mycia naczyń

w pojazdach z silnikiem FFV

E95

Jest to biopaliwo zawierające 95% bioetanolu oraz 5% benzyny przeznaczone dla silników

z zapłonem samoczynnym. Ze względu na szczególnie niski poziom emisji spalin winno być

stosowane w transporcie miejskim oraz w strefach szczególnie chronionych. Paliwo to jest

produktem oferowanym na małą skalę. W Europie E95 stosowane jest w Szwecji.

E100

E100 oferowane jest wyłącznie w Brazylii i Argentynie. Paliwo to składa się z samego

bioetanolu o czystości 96% obj. bez domieszki benzyny. Pozostałą ilość 4% obj. stanowi

woda, której całkowite wydzielenie w procesie destylacji nie jest moŜliwe.

28

PRZYGOTOWANIE

KONIECZNIE UBRAĆ RĘKAWICE OCHRONNE!

Do cylindra miarowego ostroŜnie nalewamy 20 ml perhydrolu (H2O2). Następnie do naczynia

dolewamy 40 ml wody oraz 5 ml płynu do mycia naczyń, po czym uzyskany roztwór dokładnie

mieszamy. W kolejnym kroku wsypujemy niewielką ilość jodku potasu. Momentalnie rozpoczyna się

reakcja, w której wydziela się duŜa ilość ciepła i produkty rozkładu perhydrolu, co uwidacznia się przez

wytworzenie piany.

Reakcję powtarzamy, lecz tym razem nie dodajemy wody do perhydrolu. Porównujemy czas

wytworzenia się piany, który powinien tym razem być krótszy.

2. ŁÓDŹ PAROWA

Doświadczenie przedstawia, w jaki sposób działa najprostszy silnik cieplny, czyli silnik parowy, na

przykładzie łódki napędzanej świeczką. PoniŜej zamieszczamy krótki opis, w jaki sposób przygotować

układ napędowy, który moŜe wprawiać w ruch dowolną rzecz, pływającą na wodzie i utrzymującą się

na powierzchni wraz z silnikiem.

ELEMENTY DO BUDOWY SILNIKA

- puszka aluminiowa (330ml), klej dwuskładnikowy epoksydowy szybkoschnący, słomki do picia dł. ok.

200mm, świeczka

PRZYGOTOWANIE

Wycinamy z puszki aluminiowej górną jej część, następnie przecinamy puszkę w dół (patrz Rys. 12.),

a na końcu odcinamy dolną część puszki tak, aby został nam kawałek blachy aluminiowej.

Wyrównujemy brzegi puszki, aby nie było ostrych kantów.

Zginamy otrzymany kawałek aluminium na pół zgodnie, a następnie zaginamy dwa dłuŜsze boki do

środka tak jak na rysunku 13. Szerokość środka powinna wynosić około 1-1,5cm. NaleŜy dogiąć

zagięte boki.

Rys. 12.

Rys. 13.

29

UŜywając słomek formujemy wnękę, która powinna wyglądać tak jak poniŜej. Słomki wkładamy

krótszym końcem w taki sposób, aby zagięcie słomek znajdowało się 4mm od blachy.

NaleŜy teraz zabezpieczyć nasz kociołek, w którym juŜ jest uformowana wnęka (zgodnie ze zdjęciem)

za pomocą kleju epoksydowego. Zaklejamy wszystkie dziury, przez które moŜe uciec powietrze. Klej

epoksydowy zaczyna wiązać ze sobą łączone elementy juŜ po 10 minutach, jednak zalecane jest, aby

odczekać parę godzin przed pierwszym testowaniem szczelności silnika.

W przypadku spostrzeŜenia jakiejś otworu naleŜy zakleić to miejsce, aby nasz silnik pozostał szczelny,

bo tylko to pozwoli na jego prawidłowe funkcjonowanie.

W celu przetestowania działania naszego silnika naleŜy zamontować go w łódce tak, aby koniec

silnika znajdował się 52mm od poziomu podłogi, do której go montujemy. Przez otwór w łodzi, który

został zrobiony do zamocowania mechanizmu przekładamy słomki i przyklejamy je od spodu za

pomocą taśmy klejącej. Uszczelniamy klejem miejsce otworu, by łódka nie zatonęła.

Przy pierwszym uruchomieniu silnika naleŜy zalać rurki wypływowe, wstrząsnąć silnikiem, aby

rozprowadzić wodę po części aluminiowej, wylać wodę i ponownie napełnić rurki – układ musi być

„zalany”. Następnie umieszczamy łódkę na wodzie i zapalamy znajdujący się pod silnikiem

podgrzewacz (Rys. 17.). Zbudowana przez nas łódka powinna samodzielnie pływać do momentu

wypalenia się podgrzewacza.

Rys. 17.

WYJAŚNIENIE

Rys. 14.

Rys. 15.

Rys. 16.

30

Nasza łódź zasilana jest przez bardzo prosty silnik cieplny. Silnik ten zamienia energię

termiczną na energię mechaniczną. Składa się on z małej kotłowni podłączonej do rury wydechowej

(słomki). Kiedy podpalamy podgrzewacz/świeczkę, nasz kocioł nagrzewa się powodując powstanie

pary wodnej wewnątrz. Wypycha ona wodę z rurki wprawiając w ruch łódź przez impuls wodny

kierunkowy. Para wodna wewnątrz tworzy podciśnienie, co sprawia, Ŝe silnik pobiera wodę

z powrotem przez rurki wypływowe zalewając chłodną wodą układ. W ten sposób cykl się powtarza.