BIOMASA

Formarea biomasei în natură

Biomasa reprezintă o sursă de materii prime regenerative obţinute prin fixarea carbonului din atmosferă (CO2) în produse organice bogate în carbon şi hidrogen numai prin intermediul energiei solare (fotosinteză):

hv6 CO2 + 6 H2O----► C6H12O6 + 6 O2

glucoza

nC6H2O6-----------> (C6H10O5) +nH2Oamidon

Pigmentul verde al frunzelor - clorofila - absoarbe radiaţiile solare, în special pe cele de culoare roşie, şi foloseşte energia lor în reacţia chimică de formare a amidonului din apa absorbită din sol şi din CO2 luat de plantă din aer şi parţial din sol. Fotosinteză este un proces complex la care contribuie un sistem de activatori fotochimici şi de enzime.

În fiecare an se produc prin fotosinteză la nivelul planetei cea. 173 miliarde tone substanţă uscată, echivalentul a peste 20 de ori energia consumată în lume.

Cantitatea de energie solară colectată anual prin fotosinteză este de 3x1021 J, reprezentând numai o miime din cantitatea totală de energie incidenţă.

Procesul de fotosinteză este declanşat prin absorbţia energiei solare la nivelul pigmenţilor clorofilieni şi caretenoizi din cloroplaste.

În unele ţări, cum este Japonia, s-au înfiinţat plantaţii energetice (ferme oceanice) în care se cultivă controlat diverse alge cu înmulţire rapidă, obţinându-se în acest fel mari cantităţi de biomasă folosită mai ales pentru fabricarea de proteine.

Surse de biomasă

Principalele surse de biomasă sunt pădurile, ecosistemele ierbivore (savanele), culturile - plantaţii de arbori cu creştere rapidă, bogate în glucide uşor hidrolizabile cu formare de amidon şi zaharoză, care prin fermentaţie cu ajutorul microorganismelor sunt convertite în alcool etilic. Pe lângă acestea mai sunt o serie de alte surse, de mai mică pondere, dar cu perspective pentru o participaţie importantă, cum sunt culturile de alge şi conversia unor deşeuri şi subproduse. În ceea ce priveşte algele reţine atenţia cultura algei unicelulare Botrycoccus Braunii, al cărei conţinut de hidrocarburi cu 25 - 38 atomi de carbon moleculă atinge 1 5 - 7 5 % din masa uscată. Alga menţionată se înmulţeşte spectaculos la suprafaţa apelor, atât în zone cu climă tropicală, cât şi în cele cu climă temperată. Cultura algei îşi dublează masa obţinută în 7 zile, iar prin alegerea unor condiţii favorabile de temperatură şi lumină această perioadă se scurtează la numai 2 zile, masa uscată de alge având un conţinut mediu de 35 % hidrocarburi.

Referitor la conversia deşeurilor menajere, industriale şi a altor subproduse, ele pot fi convertite în biomasă cu ajutorul culturilor de microrganisme celulare specializate (degradare microbiologică); se rezolvă în acest mod şi problemele legate de poluarea mediului ambiant.

Producţia de microorganisme este mai uşor de controlat decât cea de culturi agricole tradiţionale dependente de condiţiile geografice şi climaterice; viteza de creştere a microorganismelor este mult mai mare decât cea a plantelor.

1

Principalele produse obţinute din prelucrarea biomasei

a. Producerea de etanol reprezintă una din direcţiile principale de valorificare a biomasei; acesta se obţine prin fermentaţia biomasei cu ajutorulunor enzime şi celule fixate. Etanolul astfel obţinut îşi găseşte întrebuinţărinumeroase [5,6,7]: producerea de combustibil auto (gazohol), obţinerea deetenă, de la care pornesc o serie întreagă de sinteze. Etanolul se obţine dinplante alcooligene: manioc, nap, cartof; sorg, trestie de zahăr, sfeclă, porumb;s-au pus la punct tehnologii de fermentare continuă pentru obţinerea de etanolde concentraţie 12 %. Brazilia, ţară cu mare potenţial agricol fabrică anualcea. 120 000 tone etenă din etanolul obţinut din biomasă.

b. Producerea de metan din biomasa acvatică; prin bioconversia fi-tomasei de Pistia stratiotes, cu o producţie de 11 300 kg extract proteic/ha/an, se obţin 10 000 m3

N biogaz/ha/an, cu o concentraţie de 60 — 62 %metan, Carbonilarea metanului permite obţinerea de acid acetic.

c. Producerea de alcooli superiori din care se obţin olefine folosite ulterior pentru fabricarea carburanţilor sintetici.

d. Alte fabricaţii: din deşeurile de trestie de zahăr rezultate de la tratamentul fermentativ se poate fabrica furfurolul folosit ca solvent în industria deproducere a uleiurilor lubrifiante; prin acest procedeu se obţin anual înS.U.A. cca. 50 milioane tone furfurol.

Din gazeificarea şi piroliza deşeurilor de biomasă rezultă gaz de sinteză -materie prima pentru numeroase sinteze organice.

La nivelul fermelor zootehnice şi chiar al gospodăriilor individuale, s-au construit instalaţii de bioconversie a dejecţiilor rezultate, cu producerea de combustibil gazos {biogaz), care reuşeşte de multe ori să satisfacă necesităţile casnice de combustibil.

Perspectivele folosirii biomasei

Biomasa apare ca o alternativă atractivă a ţiţeiului şi cărbunilor ca sursă de combustibil având în vedere marea ei disponibilitate, regenerabilitatea ei, precum şi faptul că posibilităţile tehnologice sunt accesibile la nivelul tehnic actual. Totuşi, prelucrarea biomasei la nivel macroindustrial reclamă mărirea vitezei proceselor implicate, precum şi obţinerea unor randamente ridicate de valorificare şi o productivitate mare. Probabil, biomasa va putea concura combustibilii fosili (ţiţeiul şi cărbunele), în momentul în care preţul carbonului vegetal va egala pe cel al carbonului fosil. Având în vedere faptul că procesele biologice sunt mai lente decât cele mai multe reacţii chimice, se impune ca industria bazată pe biotehnologie sâ atingă gradul de intensitate al industriei petrochimice .

Se definesc drept biocombustibili, carburanţii obţinuţi din materii prime de origine animală sau vegetală, numite biomasă. Există trei mari categorii de astfel de carburanţi:

1. Alcoolii obtinuti din biomasa;2. Esterii metilici sau etilici;3. Biogazul.

Biomasa este materialul produs iniţial prin fotosinteză, partea biodegradabilă din produse, deşeuri şi reziduuri din agricultură (inclusiv substanţe vegetale şi animale), sectorul forestier şi industria aferentă şi parte din deşeurile industriale şi municipale, conform definiţiei date de Agenţia Internaţională de Energie. Aceste resurse se folosesc pentru a produce căldură, electricitate sau combustibili ce înlocuiesc petrolul, substanţele petrochimice şi alte produse energo-intensive.

2

Materii prime

Biocombustibilii se pot obţine dintr-o gamă largă de materii prime de origine vegetală şi animală.

Materiile prime din care se fabrică bioalcoolii sunt dintre cele mai variate: lemn, trestie de zahar, sfecla de zahar, porumb, cereale, diferite legume (sfecla roşie, gulii, ridichi, cartofi industriali), paie, coceni etc. Dintre toate acestea, lemnul s-a dovedit a fi materia prima cea mai eficienta, randamentul cu care se obtine metanolul din acesta fiind cel mai ridicat – 65 – 75%, fata de restul tipurilor de biomasa – 60% sau al plantelor uleioase – 43%.

Bioetanolul se obţine cu precădere pornind de la biomasa lignocelulozică, cuprinzand atat lemnul cat şi plante ierboase. Materia lignocelulozică reprezintă o resursă abundentă, neputând constitui hrană pentru om, deci pentru acest motiv nu intră în competiţie cu alimentele.

Pentru cea mai mare parte a speciilor vegetale, biomasa este compusă în special din celuloză, hemiceluloză şi lignină. Moleculele de celuloză, constituentul majoritar al peretelui celular la cea mai mare parte a plantelor, în proporţii de 35-50%, se prezintă sub forma unor lanţuri lungi de molecule de glucoză, monozaharidă cu 6 atomi de carbon în moleculă, lanţuri organizate în fascicule cristaline. Aceste molecule de celuloză sunt legate între ele prin intermediul unei alte molecule, hemiceluloza, care se prezintă sub forma unui lanţ de zaharide cu 5 atomi de carbon în moleculă, pentoza. Aceasta fracţiune are o pondere de 20-30%. Datorită reacţiei de hidroliză, celuloza şi hemiceluloza eliberează zaharide simple, monozaharide, care sunt ulterior convertite în etanol prin fermentaţie. În fine, lignina, cea de-a treia fracţiune, cu o concentraţie de 15-25%, face legături între fasciculele de celuloză şi conferă plantei structura sa particulară, fiind un polimer cu structura complexă, pe bază de grupe fenil.

Proporţiile din fiecare constituent pot varia considerabil în funcţie de tipul de biomasă.Intre materialele lemnoase ce pot suferi acest tratament se găsesc: lemnul de pin, orezul, paie, coceni, cerealele, resturi şi tăieturi de la întreţinerea peisajului. Alături de acestea mai pot fi folosite drept materii prime deşeuri biologice, deşeuri verzi, gunoi, resturi organice. În tabelul 2 este prezentat potenţialul energetic al unor tipuri de biomasă.

Tabelul 2. Potenţialul energetic al unor tipuri de biomasă (PJ/a)Biomasa Grad de utilizare Potenţial Lemn 96 – 152 120 – 230Paie 1 120 – 300Resturi şi tăieturi de la întreţinerea peisajului

0 10

Deşeuri verzi 1 30Gunoi 5 25Reziduuri organice 2 23Alte plante energetice 0 89 -175Suma 105 -162 417 - 793

În ceea ce priveşte biodieselul, se disting trei categorii de materii prime din care se poate fabrică biodiesel:

Prima categorie se referă la uleiurile extrase din plante, mai precis din seminţele acestora, în special din soia sau rapiţă. Aceste uleiuri sunt disponibile în cantitate

3

relativ ridicată şi având calităţi corespunzatoare. Prelucrarea acestui gen de materii prime reprezintă cea mai usoara cale de obţinere a biodiesel.

O a doua variantă are in vedere prelucrarea grăsimilor animale: grăsime bovină, considerată inacceptabilă pentru a fi utilizată în industria alimentară sau şunca de porc ca deşeu din procesele de prelucrare a cărnii. Avantajul utilizarii acestor materii prime îl reprezintă preţul scăzut în comparaţie cu cel al uleiurilor rezultate din prelucrarea seminţelor de soia şi rapiţă. Dezavantajul constă în necesitatea unor procesări suplimentare pentru obţinerea unui biodiesel de calitate.

Cea de-a treia categorie de materii prime o reprezinta uleiurile alimentare reziduale. Acesta inseamnă ulei de soia sau alte tipuri de ulei care au fost utilizate la gatit. Caracteristica importanta a acestei variante de materie prima o reprezinta cantitatea mare de acizi grasi liberi ce au fost eliberati pe durata procesului de gatire. Datorita variatiilor sezoniere, continutul de acizi grasi liberi variaza intre 2-20% in compozitia acestei materii prime.

Plantele ce pot fi utilizate in general pentru obtinerea biodiesel sunt grau, ovaz, palmier, seminte de la arborele de cauciuc, de bumbac, canepa, soia, rapita, masline, ricin, jojoba, cafea, in, alune, dovleac, susan, orez, floarea soarelui, arahide, avocado, nuci de cocos etc. Natura plantelor determina cantitatea de ulei vegetal ce va fi folosit la obţinerea de biodiesel.

Uleiurile vegetale se pot grupa în trei mari clase:- uleiuri saturate, printre care se găsesc uleiurile de coprah sau de palmier; acestea sunt

rezistente la oxidare şi au valori mari ale cifrei cetanice, dar sunt foarte viscoase, chiar semisolide la temperatura mediului ambiant;

- uleiurile semisicative sunt cele mai numeroase: uleiul de măsline, de arahide, de rapiţă – mediu vâscoase, şi uleiurile de floarea soarelui, de soia, porumb, bumbac – mai fluide;

- uleiurile sicative conţin lanţurile carbonate cele mai lungi, ca uleiul de in şi cel de peşte, despre care s-a dovedit experimental că nu pot asigura o ardere corectă în motor.

Biometanolul

Biometanolul este un combustibil oxigenat de tip alcool. Primul combustibil utilizat continand metanol a fost M85, un amestec ce contine 85% metanol si 15% benzina. Se preconizeaza insa utilizarea metanolului pur, M100.

Cantitatea de noxe esapate in atmosfera in urma arderii biometanolului este simtitor mai mica decat in cazul utilizarii benzinei. Emisiile ce conduc la formarea smogului sunt cu 30 – 50% mai mici, iar NOx si hidrocarburile nearse emise scad asemanator. Cantitatea totala de poluanti cancerigeni este cu 50% mai mica in cazul utilizarii M85, si este nula in cazul folosirii M100. Din pacate, emisiile de CO sunt asemanatoare cu cele rezultate in urma folosirii benzinelor clasice.

Unul din neajunsurile mari ale utilizarii biometanolului este gradul ridicat de toxicitate al acestuia, ridicand probleme la ingerare, contactul cu ochii sau pielea si la inhalare.

Luminozitatea scazuta a flacarii face dificila detectarea eventualelor incendii cauzate de metanol. Adaugarea benzinei coloreaza flacara, odorizeaza combustibilul si il coloreaza.

Conform statisticilor E.P.A. frecventa incendiilor provocate de utilizarea M85 in motoarele auto este mult mai scazuta, acest carburant aprinzandu-se mai greu decat benzina

4

(datorita temperaturii de imflamabilitate ridicate), iar odata aprins M85 arde controlat, degajand o cantitate de caldura mai mica decat alti combustibili. In plus, metanolul se stinge usor si repede, fiind suficienta doar pulverizarea apei.

Dezavantajul acestui combustibil consta in faptul ca are putere energetica mai mica decat benzina, la aceeasi cifra octanica, deci cu acceasi de biometanol se parcurge o jumatate sau cel mult doua treimi din drumul parcurs utilizand benzina in motor, un alt neajuns ar fi faptul ca masina porneste greu la temperaturi joase, datorita presiunii de vapori scazute a metanolului. Adaugarea de benzina in metanol rezolva insa aceasta problema.

Biometanolul are cifra octanica ridicata, 102, care determina cresterea puterii motorului cu 7 – 10% sau chiar mai mult, in functie de vehicul. Sunt necesare modificari minore ale motorului pentru a putea functiona cu metanol.

Metanolul este utilizat si sub alta forma drept combustibil, trecut in eter, MTBE, in amestec cu benzina da un combustibil cu cifra octanica ridicata, care insa nu e considerat combustibil alternativ si care, in plus, s-a dovedit a fi un poluant puternic pentru panza freatica.

Bioetanolul

Bioetanolul este un combustibil oxigenat de tip alcool, utilizat ca atare sau in amestec cu benzina. Bioetanolul se obtine prin fermentatie si distilare, folosind ca materii prime porumb, celuloza, lemn si alte deseuri agricole.

La utilizarea bioetanolului in motor nivelul smogului produs scade cu 30 – 50% fata de utilizarea benzinei obisnuite, poluantii din aer se reduc cu 50% in comparatie cu benzina. Bioetanolul aduce beneficii semnificative in special cand e produs din deseuri si alte surse reciclabile.

In urma proceselor de oxidare care au loc in motor vehiculele ce folosesc etanol drept combustibil emit mici cantitati de aldehide. Aceasta problema poate fi insa eliminata prin instalarea unor sisteme catalitice avansate pentru conversia combustibililor in produse de oxidare totala.

Din punct de vedere al puterii energetice bioetanolul este comparabil cu biometanolul, un motor putand rula 200 – 300 mile cu E85, fata de 280 – 400 mile cu benzina. Alta problema ridicat de utilizarea acestui combustibil o reprezinta materia prima din care sunt confectionate valvele, bioetanolul fiind corosiv, atacand plumbul, magneziul, cuprul, zincul, aluminiul. Din aceasta cauza valvele sunt de obicei acoperite cu material de protectie.

Există câteva diferenţe semnificative între caracteristicile de ardere ale alcoolilor şi cele ale hidrocarburilor. Alcooli au viteza de propagare a flăcării mai mare şi domeniul de explozie mai larg. În altă ordine de idei, alcoolii conduc la un număr mai mare de moli de produşi de ardere pe mol de combustibil alimentat, ceea ce determină o presiune mai mare în sistem.

Alcoolii se amestecă în orice proporţii cu apa, datorită grupărilor polare OH. O volatilitate redusă a acestora este indicată de temperaturile de fierbere ridicate şi de temperatura de inflamabilitate ridicată. Alcooli ard cu flacară incoloră şi nu produc detonanţă din cauza proporţiei scăzute de carbon, arderea devenind detonantă pe masura creşterii masei molare a alcoolului. La acelaşi raport de compresie amestecarea benzinei cu 0,1% etanol determina creşterea puterii motorului cu 0,1%.

Conţinutul de oxigen al alcoolilor determină scăderea cantităţii de căldură degajate prin ardere fară de hidrocarburi.

5

E85G este combustibilul ce conţine 85% etanol din biomasă şi 15 % benzină, iar E15D este carburantul având compoziţia 15% etanol din biomasă şi 85% motorină.

Utilizarea bioetanolului pur în vehiculele de serie nu este posibilă, caracteristicile alcoolului fiind prea diferite faţă de cele ale benzinei. Utilizarea sa necesită deci câteva precauţii, însemnând diferite soluţii de utilizare (amestecuri cu conţinut mic de etanol în benzină sau motorină, utilizare în vehicule speciale).

Cele mai importante proprietăţi ale etanolului sunt prezentate în tabelul 6 comparativ cu cele ale benzinei.

Tabelul 6. Comparaţie între proprietăţile etanolului şi benzineiProprietatea Etanol Benzină clasicăMasa molară (g/mol) 46,07 102,5C (% masă) 52,2 86,5H (% masă) 13,1 13,5O (%masă) 34,7 0Densitatea (kg/m3) 794 735-760Căldura latentă de vaporizare (kJ/kg) 854 289Distilare (°C) 78,4 30-190Putere calorică (kJ/kg) 26805 42690Putere calorică (kJ/l) 21285 32020Raport stoiechiometric 8,95 14,4COR 111 95COM 92 85

Acest tabel arată că etanolul are câteva proprietăţi interesante pentru un combustibil utilizat într-un motor cu aprindere prin scânteie: cifra octanică ridicată indică o rezistentă puternică la detonanţă, ceea ce face posibilă

optimizarea motorului (raportul de compresie, avans la aprindere); o densitate apropiată de cea a benzinei; prezenţa oxigenului în compoziţie poate determina o amestecare mai omogenă

combustibil /aer, respective o descreştere a particulelor nearse (hidrocarburi şi CO); latenta de vaporizare mai mare

Pe de altă parte, apar şi câteva dezavantaje: oxigenul inclus în molecule (30% masă) induce o creştere a consumului de carburant; valoarea mare a latentei de vaporizare poate determina dificultăţi în funcţionarea în

condiţii de temperatură scăzută, în special pornirea la rece; etanolul conduce la formarea azeotropilor cu fracţiunile petroliere uşoare, dând naştere

unor probleme legate de volatilitate; etanolul este miscibil cu apa, ceea ce poate determina separarea fazelor atunci când

este utilizat în amestec cu benzină clasică; conţinutul ridicat în oxigen al etanolului şi tendinţa acestuia de a se oxida la acid

acetic determină probleme de compatibilitate cu unele materiale utilizate în motor, ca metale sau polimeri;

arderea etanolului în motor dă naştere emisiilor aldehidice, care pot avea un impact negative asupra sănătăţii.Interacţiunea puternică a etanolului cu hidrocarburile poate conduce la formarea

azeotropilor. Amestecurile azeotrope sunt definite ca amestecuri lichide ce au puncte de

6

fierbere minime sau maxime la care distilă fără a se descompune. Caracteristica cea mai importantă a acestor amestecuri constă în faptul că au temperature de fierbere radical diferită de temperaturile de fierbere ale celor doi componenţi. Etanolul formează azeotropi cu temperatură de fierbere mai joasă decât temperature iniţială de fierbere a compuşilor. Pentru a evita formarea azeotropilor, este indicat să se folosească etanol pur drept carburant.

În ceea ce priveşte miscibilitatea apei cu etanolul, acestea două sunt total miscibile. Prezenţa apei până la 50 ppm la temperatura ambiantă în benzina clasică nu ridică probleme, acestea rămânând total miscibile. În schimb, în amestecurile cu etanol urmele de apă pot induce separarea fazelor: una de etanol cu apa, iar cea de-a doua conţinând doar hidrocarburi. Această problemă poate fi evitată prin utilizarea cosolvenţilor (alcool terţ-butilic), a etanolului pur sau prin controlul sever al stratului de apă în rezervoare.

La contactul cu cauciucul, etanolul poate determina slăbirea sau deteriorarea acestuia, prin absorbţia combustibilului în cauciuc. Oxigenul din alcool determină ruperea legăturilor duble carbon – carbon, consecinţa fiind deteriorarea pieselor confecţionate din acest material. Acest fenomen poate fi evitat prin utilizarea unor materiale compatibile precum cauciucul puternic fluorinat.

Oxidarea etanolului la acid acetic duce la creşterea conductivităţii electrice (41 S/cm la 0.1M sol. acetic acid), ceea ce antrenează probleme de coroziune şi atac chimic. Metalele recomandate a fi utilizate în contact cu etanolul sunt oţel carbonul, inoxul şi bronzul. Nu sunt recomandate magneziul, zincul, cuprul.

Biodiesel

Se numeşte biodiesel combustibilul alternativ, ecologic, produs din surse domestice, reciclabile. Este definit ca mono-alchil esterul unui acid gras cu catenă lungă, obţinut din uleiuri vegetale sau grăsimi animale, ale cărui proprietăţi sunt stabilite prin standarde. Biodiesel nu conţine produse petroliere, dar poate fi amestecat în orice proporţii cu motorina, obţinându-se diferite tipuri de amestecuri biodiesel. Aceste amestecuri cunt notate cu “BXX”, unde “XX” reprezintă procentul de biodiesel conţinut în amestec (B20 este un amestec cu 20% biodiesel şi 80% motorină).

Acest carburant poate fi folosit în motoarele cu aprindere prin compresie cu mici modificări ale acestuia sau chiar deloc. Este simplu de utilizat, biodegradabil, netoxic şi, cel mai important în condiţiile actuale referitoare la poluarea atmosferică şi combaterea acestui fenomen, liber de sulf şi de hidrocarburi aromatice.

În tabelul 6 sunt prezentate câteva proprietăţi fizico – chimice ale biodiesel. Natura materiei prime din care este obţinut combustibilul influenţează în proporţie foarte mică caracteristicile acestuia (tabel 7).

Tabelul 6. Proprietăţile fizico – chimice ale biodieselProprietatea ValoareDensitatea, 15°C 0,886Distilare, °C, iniţial 33110% 33350% 33690% 341Final 342Viscozitate cinematică, mm2/s 4,12Cifră cetanică 47,5

7

% carbon 77,3% hidrogen 11,8Apă şi sedimente, % vol. 0,02Cenuşă sulfat, % 0,001Căldură de ardere superioară, MJ/kg 39,8Caldura de ardere inferioară, MJ/kg 37,2Punct de tulburare, °C -3Punct de rouă, °C -1Indice de aciditate, mgKOH/g 0,21Punct de inflamabilitate, oC 130 min.Sulf, % masa 0.05 max.Coroziune pe lamela de Cu No. 3 max.Cifra cetanica 47 min.Reziduuri de carbon, % masa 0.050 max.Glicerina libera, % masa 0.020 max.Glicerina totala, % masa 0.240 max.Continut de fosfor, % masa 0.001 max.

Din punct de vedere al stabilităţii şi reactivităţii acest produs este stabil, nu dă reacţii de polimerizare în masa de lichid. Este de preferat să se evite contactul cu agenţi de oxidare puternici. Temperatura de inflamabilitate a biodiesel este de aproximativ 150°C, mult peste cea a motorinei clasice, 52°C. Pentru amestecurile de motorine cu biodiesel s-a constatat că temperatura de inflamabilitate creşte pe măsură ce creşte şi conţinutul de biodiesel în amestec.

De aceea, biodieselul pur B100 si amestecurile biodiesel sunt mai sigure din punct de vedere al stocarii, manevrarii si utilizarii decat combustibilii diesel convenţionali.

În ce priveşte utilizarea la temperaturi reduse, acestea pot determina congelarea combustibilului. Folosirea unui amestec cu 20% biodiesel determină o scădere a proprietăţilor de utilizare la rece – temperatura de filtrabilitate, punctul de rouă, punctul de congelare – cu 3-5 °C. Dar în cele mai multe cazuri acesta nu este un inconvenient real, B20 fiind utilizat la temperaturi de –30°C fără probleme. Totuşi, pentru a elimina orice posibil neajuns, soluţia este aceeaşi ca şi în cazul motorinelor – utilizarea depresanţilor de temperatură de congelare, utilizarea unor filtre cu sisteme de încălzire, parcarea vehiculelor lângă sau în clădiri.

Biodiesel are un nivel scăzut al emisiilor, ceea ce îl indică drept combustibil ideal în zone marine, păduri, rezervaţii naturale şi în oraşele intens poluate.

Tabelul 7. Caracteristicile Biodiesel obţinut din materii prime diferite

Proprietatea RapiţăGrasime reciclată

Soia Grasime Canola Seu

Masa molară 300 - 310 - - -% carbon 77-81 - 78 75,03 76,12 75,15% hidrogen 12 - 11-12 13,15 12,84 13,11% oxigen 9-11 - 10-11 11,82 11,04 11,74Raport C/H 0,15 - 0,14 - - -Densitate, 15°C 0,88 0,8767 0,8877 0,8762 0,8811 0,8708Temp. fierb,°C 330-350 - - - -Stoichiometria aer/combust.

12,3-

12,6- - -

8

Pres. vap.38°C <1 - <1 - - -Sulf, ppm <10 <decelabil <10 0 0 0Apă, ppm <200 - - - - -Dist.atm, °CInitial - 312,22 322,77 304,44 315,55 324,4410 - 328,33 339,44 322,22 323,88 334,4420 - 330,55 342,77 324,44 331,11 336,1150 - 333,33 345,55 328,88 335,55 341,1190 - 341,67 353,88 336,67 340,55 351,67Final - 352,77 356,11 354,44 355 361,11Recuperat,ml - 99 98 98,5 99 98,2Reziduu, ml - 0,7 1,1 0,5 0,5 1,8Pierderi, ml - 0,3 0,7 1 0,5 0Temp.inflam°C 91-179 147 110-174 96-128 163 173Temp.congelare,°C - 6 -4 13 -4 15,5Temp. Tulburare,°C -2 8 2 13 -3 19Coroziune 1A 1A 1A 1A 1APutere calorică inf. MJ/kg

37-38 17,428 32 17,084 17,074 17,283

Viscozitate la 40°C, cSt

6,70 4,66 4,546 4,85 4,63 4,908

Cenusa, % - 0 0 0 0,003 0,001Carbon rezid.% - 0,08 0,01 0,04 0,04 -C.C. 51-58 54 46-67 - 54 65Aciditate, mgKOH/g

- 0,44 0,32 0,76 0,13 0,34

Tensiune interfac, dyn/cm

- - 11,32 12,19 15,52 31,74

Dist. vacuum,°CInitial - 324,44 347,77 331,67 347,78 331,1110 - 345 350,55 343,33 350,55 342,2220 - 346,67 351,67 344,44 350,55 344,4450 - 348,89 353,89 348,33 351,11 35090 - 356,11 363,88 355,55 355,55 360Final - 444,44 472,78 408,89 434,44 422,78Recuperat - 99 97 99 99 98Reziduu+pierderi,ml - 1 3 1 1 0,2Sediment, % - 0,03 0 0,6 0 0,05Cifra de iod, ppm - 17,9 2,98 53 66 4,68Azot total, ppm - 48 3 3 0 77

Prin ciclul de producere şi utilizare a biodiesel se emit cu 80% mai puţin CO2 şi cu aproximativ 100% mai puţin SOx. Prin arderea biodiesel singur, se reduce cu 90% nivelul total al hidrocarburilor nearse şi cu 75 – 90% cel al hidrocarburilor aromatice. Prin utilizarea biodiesel se reduce considerabil nivelul emisiei de PAH, compuşi identificaţi drept potenţiali generatori de cancer. Conform ultimelor teste, concentraţia de PAH poate fi redusă cu până la

9

75-85%, cu excepţia benzoantracenului, care a fost redus doar cu 50%. Şi compuşi PAH nitraţi suferă o reducere severă a concentraţiei, 2 – nitrofluorena şi 1-nitropirenul fiind diminuate cu 90%, iar restul PAH nitrat găsindu-se doar la nivel de urme. Toate aceste efecte se reflectă în scăderea riscului de sănătate al populaţiei. Scade de asemeni nivelul de particule materiale emise în atmosferă. Singurul agent poluant emis rămâne NOx, a cărui concentraţie poate fi mai mare sau mai mică, în funcţie de natura motorului şi de metoda de testare. De asemenea, prin utilizarea acestui tip de carburant se reduce cu 90% riscul de cancer.

Biodiesel este singurul combustibil căruia i s-a facut o evaluare completă a emisiilor rezultate în urma arderii. Comparându-se cu emisiile rezultate în urma arderii unui combustibil clasic, s-a observat că majoritatea noxelor eşapate scad în mod apreciabil, cu excepţia NOx.

Tabelul 8. Reducerea nivelului emisiilor de noxe pentru diferite tipuri de biodieselNoxe B100 B20Hidrocarburi nearse -93% -30%CO -50% -20%Particule în suspensie -30% -22%NOx +13% +2%Sulfaţi -100% -20%PAH -80% -13%Nitrat PAH -90% -50%Ozon potenţial -50% -10%

Utilizarea biodiesel poate prelungi viaţa motorului, deoarece are lubricitate mai bună decât motorina clasică, iar consumul de carburant şi puterea dezvoltată de motor rămân relativ neafectate de utilizarea acestui carburant.

Biodiesel este un produs netoxic; doza letală la ingerare este mai mare de 17,4g/kg corp. Prin comparaţie, clorura de sodiu este de 10 ori mai toxică.

Un test de 24 de ore de iritabilitate a pielii, efectuat cu o soluţie nediluată de biodiesel a produs o uşoară iritaţie a pielii, ami puţin intensă ca cea provocată de o soluţie de 4% săpun în apă.

Biodiesel se degradează de 4 ori mai repede decât motorina. În 28 de zile, biodiesel pur se degradează în proporţie de 85 –88% în apă. Viteza de degradare este asemănătoare cu cea a dextrozei, utilizată ca etalon în testarea biodegradabilităţii zahărului.

Prin amestecarea biodiesel cu produse petroliere se accelerează biodegradabilitatea acestora. De exemplu, un amestec de 20% biodiesel şi 80% motorină se degradează de două ori mai repede faţă de motorina singură.

O caracteristica importanta a uleiurilor vegetale si grasimilor animale din care se fabrică biodieselul este aceea a lipsei sulfului si compusilor acestuia. De asemenea, faptul ca uleiurile se pot obtine din culturile de soia si de rapita, deci prin cultura agricola periodica, confera o deosebita atractivitate, prin faptul ca sursa primara a biodieselului este intr-o permanenta reinnoire (anuala) fiind dependenta numai de periodicitatea insamantarilor si de calitatea solului in care se fac aceste culturi.

B100 si amestecurile biodiesel sunt sensibile la vremea rece, necesitand masuri „anti-congelare” precum alte sortimente de motorina neaditivata in acest sens.

Biodieselul actioneaza ca un veritabil aditiv detergent, inlaturand sau dizolvand sedimentele din tancurile de stocare. Datorita calitatilor de solvent, B100 poate produce „gume” si alte componente, care pot infunda diferitele sisteme de alimentare fabricate inainte

10

de 1994. B20 minimalizeaza toate aceste probleme. De aceea atunci cand se trece de la functionarea cu combustibilul petrolier conventional trebuie avut in vedere ca la fundul rezervorului sau al tancului, exista de obicei sedimente care pot fi dizolvate si antrenate in sistemul de alimentare de catre biodiesel. De aceea, este necesara spalarea rezervorului sau tancului de depozitare de orice urma de motorina si inlocuirea filtrelor de combustibil, existand, in caz contrar, pericolul de infundare cu „gume” ce se pot produce prin dizolvarea sedimentelor de catre biodiesel. Acest fenomen nu se observa la motoarele care functioneaza numai cu biodiesel. Acelasi lucru este valabil si in cazul intrarii in contact cu suprafetele vopsite, care vor fi „decapate” cu siguranta de catre biodiesel.

Dintre avantajele utilizării biodieselului se pot enumera:- usurinta in utilizare: Biodieselul poate fi utilizat fara a modifica infrastructura de

alimentare a vehiculelor ce au in constructie motoare diesel, cu mici sau fara modificari ale motorului din acest punct de vedere;

- flexibilitate: Biodieselul este usor de introdus sau scos, astfel incat se poate mentine o flexibilitate in tehnologiile aflate in desfasurare.

- performante demne de incredere ale motoarelor care utilizeaza biodieselul: Biodieselul are o cifra cetanica ridicata si calitati de ungere ridicate, ceea ce confera performante, siguranta si economie de combustibil.

- mai curat si obtinut din resurse regenerabile: Biodieselul produce emisii de evacuare reduse,CO, CO2, micsoreaza fumul negru, efectul de sera si emisiile de particule, hidrocarburi grele si de noxe si nu produce SO2 (raspunzator de ploile acide). Testele au indicat insa o usoara crestere a NOx-urilor, dar cateva teste recente prin reducerea unor aditivi au aratat rezultate promitatoare. Deoarece biodieselul nu contine sulf, el nu contribuie la emisiile de SO2 si nici nu „otraveste” catalizatorii din traseul de evacuare, atunci cand se utilizeaza B100, imbunatatind in mod real eficienta catalizatorilor de oxidare. Potentialul de alterare a stratului de ozon prin formarea „smogului” este mai mic in cazul biocombustibililor diesel (B100 si B20) decat in cazul combustibilului diesel conventional, cu cca. 50%, prin scaderea nitratilor hidrocarburilor aromatice policiclice.

- biodieselul are o balanta energetica pozitiva: pentru fiecare unitate de energie necesara producerii unui galon de biodiesel se castiga 3,24 unitati de energie.

- avand in vedere ca biodieselul este legat de producerea uleiurilor vegetale si deci este regenerabil la preturi de productie reduse, comparativ cu preturile de producere a produselor petroliere, este clar ca acest combustibil devine din ce in ce mai „prietenos”. Este, de asemenea, foarte clar si ca biodieselul va utiliza toate surplusurile domestice vegetale sau animale, ceea ce confera o mare securitate din punct de vedere energetic. Deoarece biodieselul poate fi fabricat pe cale industriala folosind capacitatile industriale existente, acesta devine o foarte importanta problema legata de securitatea energetica a unei tari.Dezavantaje:

- creşterea emisiilor prin evaporare, cuantumul acestor pierderi putand atinge 50% din masa de hidrocarburi;

- un conţinut energetic slab, la o treime din potenţialul energetic al carburanţilor petrolieri;

Alte tipuri de combustibili

11

Etil – terţ - butil eterul (ETBE) este obţinut prin transformarea etanolului deshidratat pe cale chimică cu izobutenă. ETBE conţine aproximativ 47%masă etanol. Proprietăţile sale (nivelul de octan ridicat, presiunea de vapori joasă, toleranţa perfectă a apei) fac din acesta un carburant destul de apreciat. În defavoarea utilizării acestui carburant vin însă faptul că producţia de ETBE necesită o infrastructură şi o materie primă pe care, la ora actuală, doar marile rafinării o pot oferi şi, mai ales, efectele tocice ale eterilor.

Esterolul este un amestec de bioetanol şi biodiesel, prevăzut a funcţiona în motoarele diesel. Acesta ar trebui să combine avantajele bioetanolului cu ale biodieselului: mai puţine emisii, reducerea gazelor cu efect de seră, o mai bună densitate energetică pentru etanol, preţ competitiv, lipsa modificărilor la motor. Mai mult de atât, această filieră ar permite reducerea mai puternică a emisiilor prin utilizarea unui catalizator două căi.

12