carte.biocarburanti.pdf

I

BIOCARBURAN�II ÎN

ROMÂNIA

BUCURE�TI, 2004

II

BIOCARBURAN�II ÎN

ROMÂNIA Monografia a fost realizat� de S.C. CHIMINFORM DATA S.A.

BUCURE�TI, 2004

III

BIOCARBURAN�II ÎN ROMANIA Coordonatori:

Biochim. Diana Dragot�, CHIMINFORM DATA �i ing. Valeriu Moisescu, MASTER SA

Consultan�i: Gen lt. (r) Prof. univ. dr. H.C. Vasile Cândea

Prof. Dr. ing. Valeriu Tab�r�

Conf. Dr. Ing. Horia Victor H�lm�jan

Prof. Dr. Cordo� Emil

Dr. ing. Emil Buzdugan

Ing. Sanda Velea

Dr. ing. Mircea Vân�toru

Dr. ing. Grigore Pop

Dr. ing. Emil Stepan

Dr. ing. Nicolae Lu��

Dr. ing. Eugen Marica

Prof. Du Ruiheng

Prof. Boguslaw Bieda

Prof. Costas Drainas

Ing. Constantin En�chioiu

Dr. ing. Mircea Chintoanu

Ing. Dana Marinescu

Dr. ing. Ioan Antohe

Drd. ing. Daniela Mihaela Mih�ilescu

Ing. Petre Petrescu Prodan

Ing. Gheorghe Manea

Ing. �tefan Manea

Ing. Constantin Ianculescu

Ing. Petre Alb�stroiu

Ec. Rodica Buzdugan

Dr. Giuliano Grassi

Adresa: Calea Plevnei 139, 060011, Sector 6, Bucure�ti, C.P. 12-202 Tel: 40-(0)21-224-8332; Fax: 40-(0)21-222-9165; Adresa Internet: http://www.chiminform.home.ro; http://www.asticontrol.ro; E-mail: [email protected] Cont IBAN RO12 RNCB 5065 0000 0144 0001, BCR Sucursala Plevna, Bucure�ti; Reg. Com.: J40/11709/1991 Cod fiscal: R434344

EDITAT CU SPRIJINUL MINISTERULUI

EDUCA�IEI �I CERCET�RII

ISBN 973 – 87023 – 2 - 1

Tirajul: 200 exemplare

Pre� de vânzare: 200 000 lei

Cuprins

II

CUPRINS

BIOCARBURAN�II TREBUIE PRODU�I �I FOLOSI�I ÎN ROMÂNIA................................. i

Capitolul I . ASPECTE GENERALE, biochimist Diana Dragot� ................................................ 1

1. Biocarburan�ii - stadiul actual �i de perspectiv�.................................................................... 1

1.1. Politicile �i reglement�rile în domeniul biocarburan�ilor ....................................... 2

2. Tipuri de biocarburan�i existen�i........................................................................................ 4

2.1. Etanolul �i ETBE ...................................................................................................... 4

2.2. Biodieselul ................................................................................................................. 5

2.3. Biogazul .................................................................................................................... 6

3. Poten�ialul biocarburan�ilor �i cerin�ele viitoare .............................................................. 6

Bibliografie................................................................................................................................ 7

Capitolul II. PROCESE �I TEHNOLOGII DE OB�INERE A BIOCARBURAN�ILOR ....... 9

1. Procese �i tehnologii de ob�inere a bioetanolului prin fermenta�ie,

biochimist Diana Dragot� ...................................................................................................9

1.1. Aspecte generale .................................................................................................. ....9

1.2. Materii prime utilizate în fabricarea etanolului .................................................... 11

1.3. Tehnologia de ob�inere a etanolului din biomas� celulozic�................................ 13

1.3.1. Hidroliza acid� ............................................................................................ 13

1.3.2. Hidroliza enzimatic�.................................................................................... 15

1.4. Exemple de proiecte europene pentru fabricarea etanolului benzin� .................. 16

2. Procese �i tehnologii de ob�inere a biogazului, biochimist Diana Dragot� ................... 18

2.1. Importan�a biogazului ............................................................................................ 19

2.2. Tehnologia de fermentare anaerob� ...................................................................... 20

2.2.1. Concep�ia procesului de fermentare anaerob�............................................. 20

2.2.2. Tipuri de fermentatoare �i sisteme de amestecare....................................... 22

2.3. Stadiul actual �i perspectivele utiliz�rii biogazului ............................................... 26

2.4. Aspecte economice �i legislative ............................................................................. 29

3. Procese �i tehnologii de ob�inere a biometanolului, biochimist Diana Dragot� ........... 32

3.1. Aspecte tehnice ale ob�inerii biometanolului......................................................... 33

3.1.1. Ob�inere de biometanol prin îndep�rtarea CO2-ului, utilizând

Biocarburan�ii în România

III

hidrogen/oxigen ob�inut electrolitic(V1) ................................................... 34

3.1.2. Ob�inere de metanol din biomas� �i hidrogen / oxigen electrolitic,

f�r� îndep�rtare de CO2 (V2)................................................................... 35

3.1.3. Ob�inere de biometanol cu separare de CO2 �i furnizare de oxigen

printr-un proces de adsorb�ie prin modificarea periodic� a

presiunii (V3)........................................................................................... 36

3.1.4. Compara�ie între diferitele procese de ob�inere a metanolului .................... 37

3.1.5. Ob�inere de metanol din alte surse de CO2 ................................................ 40

3.1.6. Ob�inerea metanolului prin tehnologia Battelle Columbus ......................... 41

4. Procese �i tehnologii de ob�inere a biodieselului, biochimist Diana Dragot� ............... 44

4.1 Chimismul biodieselului .......................................................................................... 45

4.1.1. Cataliza bazic� ............................................................................................. 47

4.1.2. Cataliza acid� �i combinarea catalizei acide cu cea bazic� ......................... 51

4.1.3. Instala�ii continue folosite în procesul de transesterificare.......................... 52

4.2. Rela�ia dintre compozi�ia materiei prime �i caracteristicile biodieselului .............. 55

4.3. Noi materii prime aflate în cercetare ...................................................................... 57

4.4. Industria biodieselului ............................................................................................. 58

4.5. Performan�ele biodieselului în motoarele diesel ..................................................... 59

4.6. Tehnici de extrac�ie a uleiului vegetal .................................................................... 60

4.7. Inconvenientele tehnologiei ..................................................................................... 64

4.8. Substan�e reziduale �i produse secundare rezultate în timpul procesului de

fabrica�ie a biodieselului ....................................................................................... 65

4.8.1. Glicerina ..................................................................................................... 65

4.8.2. F�ina �i turtele furajere ................................................................................ 66

4.8.3. Lecitina ........................................................................................................ 66

4.8.4. Solven�ii....................................................................................................... 66

4.8.5. Alcoolul ....................................................................................................... 67

4.8.6. Acidul sau baza............................................................................................ 67

4.8.7. S�punul ........................................................................................................ 67

4.8.8. Alte produse................................................................................................. 67

4.9.Proces continuu pentru producerea biodieselui ..................................................... 67

4.10. Utilizarea biodiesulului în Rom�nia, ing. Valeriu Moisescu .............................. 70

Cuprins

IV

5. Procese �i tehnologii de ob�inere a uleiului vegetal presat la rece, biochimist

Diana Dragot� .................................................................................................................... 84

5.1. Aspecte generale ..................................................................................................... 84

5.2. Compara�ie între presarea descentralizat� la rece �i extrac�ia industrial�

pe baz� de solven�i................................................................................................... 85

5.3. Presarea descentralizat� la rece a semin�elor uleioase .......................................... 86

5.3.1. Considera�ii generale privind procesul de extrac�ie .................................... 86

5.3.2. Instruc�iuni generale privind o instala�ie de ulei complet�.......................... 86

5.3.3 Factori care influen�eaz� calitatea produsului în morile

descentralizate de ulei .................................................................................. 90

5.3.4. Aspecte economice...................................................................................... 95

5.3.5. Exemple de moar� de ulei complete............................................................ 97

5.4. Prese pentru semin�e uleioase ............................................................................... 101

5.4.1. Echipament de pretratare a semin�elor ...................................................... 103

5.4.2. Produc�tori de instala�ii de presare pentru ob�inerea uleiului ................... 104

5.5. Purificarea uleiului ob�inut din plante .................................................................. 111

5.5.1. Produc�tori de filtre................................................................................... 115

5.6. Accesorii ................................................................................................................ 117

5.6.1. Pompe........................................................................................................ 117

5.6.2. Rezervoare................................................................................................. 118

5.7 Standardizarea uleiului presat la rece ob�inut din semin�e de rapi�� .................... 118

6. Ob�inere de biocarburan�i din gazul de sintez� rezultat prin gazificarea

biomasei, ing. Dana Marinescu....................................................................................... 120

6.1. Ob�inerea Hidrogenului......................................................................................... 126

6.2. Ob�inerea metanolului �i a deriva�ilor s�i ............................................................ 130

6.3. Ob�inerea etanolului .............................................................................................. 139

6.4. Ob�inerea amestecurilor de alcooli superiori ....................................................... 145

6.5. Sinteza Fischer - Tropsch ..................................................................................... 151

6.6.Randamente, consumuri energetice �i eficien�e ale reac�iilor de conversie a

gazului de sintez�........................................................................................................... 161

Bibliografie ........................................................................................................................... 169

Capitolul III. Lucr�rile prezentate la diferitele simpozioane interna�ionale

organizate de CHIMINFORM DATA .............................................................................. 170

Biocarburan�ii trebuie produ�i �i folosi�i în România

i

BIOCARBURAN�II TREBUIE PRODU�I �I FOLOSI�I ÎN ROMÂNIA

Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a – Pre�edintele Asocia�iei Biocombustibilii în România

În ultimii ani, au fost cercetate exhaustiv �i bine definite cele trei mari pericole ce amenin��

întreaga omenire, indiferent de particularit��ile ��rilor componente:

1) poluarea tot mai grava a aerului, apei �i solului, care contribuie hot�râtor la deteriorarea

s�n�t��ii popula�iei (în special a copiilor �i vârstnicilor);

2) înc�lzirea global� a Terrei, care provoac� deja fenomene meteorologice catastrofale �i

amenin�� cu schimbarea complet� a condi�iilor ce fac posibil� via�a pe planeta noastr�;

3) epuizarea apropiat� în timp a rezervelor cunoscute de combustibili fosili (gaze naturale,

petrol �i c�rbuni), care a dus la scumpirea continu� �i rapid�, în ultimii treizeci de ani, a pre�ului lor pe

pia�a mondial� �i va face, peste câteva decenii, s� dispar� principalele ramuri economice actuale.

Transportul rutier, feroviar �i naval, împreun� cu termoenergetica, chimia �i metalurgia, sunt

mari consumatori de carburan�i procesa�i din combustibili fosili �i, deci, principali responsabili de

agravarea, pe zi ce trece, a celor trei pericole semnalate mai sus. Iat� de ce, înc� de la începutul anilor

1980, în ��rile dezvoltate �i nu numai, s-au întreprins ac�iuni pentru a pune la punct, a produce �i

consuma carburan�i alternativi celor clasici, fosili. �i în �ara noastr� s-au întreprins �i se fac cercet�ri în

acest domeniu, dar rezultatele practice las� loc pentru mai bine.

Pentru a intensifica atât activitatea de cercetare, dar �i aplicarea rezultatelor ob�inute în

practic�, în luna iulie 2003, un grup de speciali�ti inimo�i au constituit „Asocia�ia Biocombustibilii în

România”, care a c�p�tat personalitate juridic� �i a reu�it, în scurt timp, s� determine cre�terea

interesului pentru producerea �i folosirea biocarburan�ilor atât din partea administra�iei centrale �i

locale, a mass-media, a societ��ii civile, cât �i a posesorilor de autovehicule.

Pentru a r�spunde complet la toate întreb�rile posibile ale acestor factori, s-a elaborat, editat �i

tip�rit, cu sprijinul financiar al Ministerului Educa�iei �i Cercet�rii, aceast� monografie. Tot tirajul

disponibil al acesteia a fost achizi�ionat de Asocia�ia Biocombustibilii în România în scopul punerii ei

gratuite la dispozi�ia factorilor de decizie la toate nivelurile, bibliotecilor universitare �i a institutelor

de cercetare. În plus, Asocia�ia Biocombustibilii în România a editat un tiraj suplimentar, pe suport

electronic, din aceast� monografie, pentru a satisface numeroasele solicit�ri ale persoanelor de

autovehicule.

Prezent�m în continuare câteva date privind scopul, obiectivul �i activit��ile preconizate ale

Asocia�ia Biocombustibilii în România.


ii

SCOPUL ÎNFIIN��RII ASOCIA�EI:

Sprijinirea logistic� a producerii �i utiliz�rii biocombustibililor în România, ca alternativ� ecologic� la

combustibilii fosili.

OBIECTIVUL ASOCIA�IEI:

Dezvoltarea de surse de energie noi �i regenerabile, ca alternativ� la cele tradi�ionale, în

vederea reducerii majore a consumului de combustibili fosili �i a emisiilor de gaze de ser�, conform

angajamentelor asumate de �ara noastr� în respectarea protocolului de la Kyoto.

SITUA�IA PRODUCERII �I UTILIZ�RII BIOCOMBUSTIBILILOR PE PLAN

INTERNA�IONAL

Combustibilii fosili de tipul �i�eiului �i gazelor naturale sunt în prezent una dintre principalele

surse energetice exploatate ale planetei. Conform ultimelor evalu�ri, rezervele certe de �i�ei sunt de

cca. 1000 miliarde barili. Se estimeaz� c� la nivelul actual de consum, rezervele de �i�ei ar putea

acoperi necesarul mondial pentru cel mult 44 ani. Resursele fosile sunt neuniform repartizate pe glob �i

limitate cantitativ, în timp ce consumul anual este în cre�tere. Analizând distribu�ia pe glob a

rezervelor de �i�ei, s-a constat o situa�ie alarmant� în unele zone mari consumatoare de deriva�i

petrolieri, ca spre exemplu Europa de vest.

Criza �i�eiului, început� în octombrie 1973, urmat� de cre�teri semnificative ale pre�urilor

derivatelor petroliere de la începutul lui ‘80 a declan�at interesul general pentru sursele alternative de

energie �i pentru materii prime de provenien�� ne-petrochimic�. Dup� criza din Golf, a anului 1990,

astfel de preocup�ri au devenit majore, la nivel de politici de stat.

Pe plan interna�ional, sc�derea rezervelor de �i�ei �i major�rile consecutive ale pre�ului acestuia,

au creat premize favorabile abord�rii fabrica�iei de combustibili alternativi.

În acela�i sens benefic ac�ioneaz� �i legisla�iile antipoluare, care limiteaz� sever cantitatea de

emisii poluante din gazele de e�apament ale motoarelor cu ardere intern�. Oxizii de azot �i de sulf,

fumul �i hidrocarburile incomplet arse din gazele e�apate de motoarele care utilizeaz� combustibili

clasici, sunt agen�i poluan�i majori ai atmosferei. De asemenea, acumularea în atmosfer� a bioxidului

de carbon rezultat din arderea combustibililor clasici, contribuie la amplificarea efectului de ser�. Se

impunea astfel ob�inerea unor combustibili alternativi prin a c�ror ardere s� se diminueze sensibil

cantitatea de emisii poluante evacuate în atmosfer�, �i prin utilizarea unor resurse de materii prime re-

înnoibile s� se elimine efectul de ser� datorit� acumul�rii de bioxid de carbon în atmosfer�.

Unul dintre cei mai consuma�i �i recunoscu�i biocarbura�i este Biodiesel-ul, combustibil de

origine fie vegetal� ob�inut din ulei de rapi��, floarea soarelui, soia sau palmier, sau de origine animal�

ob�inut din uleiuri arse �i materii UFO (resturi animaliere, gr�simi, p�r, etc.)


iii

La crearea actualului concept de " Biodiesel Word " au contribuit, �i concur� din ce în ce mai

mult, atât reprezentan�i ai mediului �tiin�ific mondial din varii sectoare, tehnicieni de înalt�

profesionalitate din domeniul motoarelor Diesel, clasa politic� a curentului „verzilor", cât �i

consumatorii direct interesa�i, de la fermieri �i angrosi�ti agricoli, cresc�tori de animale �i produc�tori

de vehicule �i ma�ini agricole, pân� la utilizatorii din sectorul transporturilor urbane, transportului

naval, etc.

În S.U.A. protejarea rezervelor strategice de �i�ei �i asigurarea protec�iei mediului ambiant,

constituie factori determinan�i ai politicii administra�iei de stat. În 1993, Bank of America era

proprietara celui mai mare parc de vehicule particulare din lume, care func�ionau cu combustibili

alternativi. O solu�ionare pozitiv� a acestor probleme s-a ivit o dat� cu introducerea în fabrica�ie a

combustibililor pentru motoarele diesel, ob�inu�i prin chimizarea uleiurilor vegetale. în prezent, clasica

dar poluanta motorin�, poate fi înlocuit� cu succes de astfel de biocombustibili ecologici f�r� a fi

nevoie de modific�ri ale motoarelor diesel. Produsele respective care s-au impus cu rapiditate pe pia��,

�i sub diverse denumiri ca Biodiesel, Petrole vert, LKW diesel, se pot achizi�iona de la benzin�rii din

��ri ale Europei �i S.U.A., la acelea�i pre�uri cu cel al motorinei (în unele locuri chiar u�or mai

sc�zute).

Pe plan interna�ional au existat �i exist� numeroase preocup�ri legate de ob�inerea �i utilizarea

combustibililor alternativi din uleiuri vegetale. Preocup�ri de acest gen exist� deja în multe ��ri

europene, care a crescut la 1 800 000 t/an în 2003.

Astfel, în anul 2000 în 10 ��ri din Europa func�ionau instala�ii produc�toare de biocombustibili

diesel, ob�inu�i prin procesarea chimica a uleiurilor vegetale, cu o capacitate total� de 1.210.000 t/an.

În tabelul 1 se prezint� situa�ia din anul 2000 a produc�torilor de biocombustibil diesel din

Europa, cu referire la capacit��ile instala�iilor produc�toare �i cantit��ile vândute pe categorii de

utiliz�ri: biocombustibil ca atare, amestec cu combustibil clasic �i intermediari pentru industria

oleochimic�.

Dintre ��rile Europei se deta�eaz� net Germania, cu o capacitate productiv� de 550.000 t/an �i o

produc�ie realizat� de 415.000 t/an.

Preocup�ri sus�inute în domeniu exist� �i în unele ��ri din fostul lag�r socialist. Astfel, în

Ungaria exist� o instala�ie industrial� de biocombustibil la Babolna, iar în Cehia la Olmutz.

Lansarea în fabrica�ie a biocombustibilului a fost sus�inut� pe lâng� asocia�ia produc�torilor

agricoli �i de fabrican�ii de autovehicule, deoarece normele “EURO III” �i “EURO IV”, care

reglementeaz� sever nivelul emisiilor poluante, vor putea fi respectate �i în condi�iile utiliz�rii acestui

tip de combustibil.


iv

TABEL 1

�ara / Produc�ie Firma Localitatea Capacitate

(t/an) Cantit��i vândute (t/an)

Produc�ie din anul

Henkel Dusseldorf 200.000 160.000 0 0 -

Connemann / OMH Keer 100.000 10.000 75.000 10.000

1991 /1993 /1995

Oelmuehle Hbg / ADM Hamburg 100.000 10.000 60.000 20.000 1999/

2000 Bio-diesel Wittemberg 50.000 0 20.000 0 1999

VNR Ochsenfurt 50.000 0 20.000 0 1999/ 2000

L.U.T. Rudisleben 40.000 0 20.000 0 1999/ 2000

Hallertauer/ Agrana Mainburg 5.000 0 4.000 0 1996

ADIBAPV Henningsleben 3.000 0 2.000 0 1997 Vogtlander Grossfriesen 2.000 0 2.000 0 1997

GERMANIA/ 415.000

Total 550.000 180.000 205.000 30.000

Robbe/Diester Compiegne 40.000 0 0 40.000 1994/ 1996

Diester Rouen 120.000 0 0 120.000 1995

Sdobre-Srnova Boussens 70.000 30.000 0 40.000 1993/ 1995

Novaol/ICI Verdun 60.000 0 5.000 55.000

FRAN�A / 266.000

Total 290.000 5.000 70.000 255.000

Bakelite Solbiate 30.000 0 0 5.000 1996 Novaol / altii Livorno 90.000 0 0 20.000 1993 Oleofici Italiani Bari 20.000 0 0 0 1995

Distillerie Parma Napoli 30.000 0 0 0 1995

Focus Petroli Ancona 20.000 0 0 0 Sisas / altii Milano 50.000 0 0 10.000 1995

ITALIA / 160.000

Total 240.000 0 0 35.000 BELGIA / 85.000 Sisas Feluy 80.000 0 10.000 20.000 1995

Oleofina Ertvelde 30.000 30.000 0 0 Total 110.000 30.000 15.000 DANEMARCA Otterup 0 0 0 0

FINLANDA 0 0 0 0 NORVEGIA 0 0 0 0

United Oil Seed Liverpool 2.000 0 1.000 0 1996 ANGLIA /

2.000 Cargill Hull

AUSTRIA/ 20.000 RME Bruck Bruck 15.000 0 15.000 0 1994

SPANIA Biocat Barcelona 0 0 0 0 1999


v




Ecobransle Skive 6.000 0 6.000 5.000 1992 SUEDIA / 6.000 Altii 5.000 0 2.000 1.000 1996

Milo Olomouc Olmutz 30.000 0 0 30.000 1995 CEHIA / 32.000 Altii 17.000 0 0 1992/

1994 UNGARIA Babolna 20.000 0 0 1995

TOTAL Anul Capacitate total� (t/an)

Total esteri metilici (t/an)

Biodiesel in motoare (t/an)

Amestec (t/an)

EUROPA 2000 1.200.000 1.020.000 245.000 390.000

Utilizarea biocombustibilului din uleiuri vegetale este aprobat� pentru toate modelele de

automobile �i autoutilitare AUDI �i VW, pentru MERCEDES C 220 si E 220, pentru toate modelele

FORD echipate cu motoare 1,8 si 2,5l, pentru unele modele MAN, pentru toate modele de tractoare

fabricate de ISEKI, HOLDER, KHD, FENDT, FIAT, AGRI, CASE, JOHN DEER, MASSEY-

FERGUSON, RENAULT, STEYER.

Deoarece cererea are tendin�a de a dep��i oferta de biocombustibil, strategiile de dezvoltare

direc�ioneaz� utilizarea lui în prezent spre zonele sensibile din punct de vedere ambiental ca de

exemplu:

- transportul public local: taxi, autobuze, servicii po�tale;

- vehicule municipale: salubrizarea str�zilor, colectarea gunoiului menajer, între�inerea spa�iilor

verzi;

- vehicule ale armatei �i c�ilor ferate;

- naviga�ia pe apele interioare;

- vehicule agricole �i de transport în zonele agricole

„Biodieselul” este un produs „domestic”, un combustibil regenerabil ce poate fi utilizat în

motoare diesel care nu necesit� modific�ri asupra sistemului de alimentare. Este un produs sigur,

biodegradabil reducând serios produ�ii poluan�i ca: cenu�a, particulele solide, monoxidul de carbon,

hidrocarburile �i noxele. Performan�ele, cerin�ele legate de stocare, precum �i cele legate de între�inere,

sunt similare combustibililor petrolieri. Biodieselul nu con�ine aromatice �i nici sulfuri, are o cifr�

cetanic� destul de ridicat� �i are calit��i de ungere superioare combustibilului petrolier.

Beneficiile Biodiesel-ului

Biodiesel-ul – un combustibil ultra curat – nu con�ine nici sulf �i nici aromatice, ceea ce

contribuie la reducerea emisiilor poluante. Un studiu al Departamentului pentru Energie al Statelor

Unite arat� c� produc�ia �i utilizarea Biodiesel-ului în compara�ie cu combustibilul diesel petrolier,


vi

conduce la o reducere cu 78,5% a emisiilor de CO2. Mai mult, Biodiesel-ul are o balan�� energetic�

pozitiv�: pentru fiecare unitate de energie necesar� producerii unui galon de biodiesel se câ�tig� 3,24

unit��i de energie.

Având în vedere c� Biodiesel-ul este legat de producerea uleiurilor vegetale �i deci regenerabil

la pre�uri de produc�ie reduse, comparative cu pre�urile de producere a produselor petroliere, este clar

c� acest combustibil devine din ce în ce mai „prietenos”. Este, de asemenea, foarte clar �i c� Biodiesel-

ul va utiliza toate surplusurile domestice vegetale sau animale, ceea ce confer� o mare securitate din

punct de vedere energetic. Deoarece Biodiesel-ul poate fi fabricat pe cale industrial� folosind

capacit��ile industriale existente, acesta devine o foarte important� problem� legat� de securitatea

energetic� a unei ��ri.

Dac� avem în vedere costurile petrolului importat �i deci dependen�a energetic� de pia�a

mondial� a petrolului, este evident c� importan�a combustibililor re-înnoibili de tipul biodieselului

cre�te exponen�ial, mai ales pentru domeniul securit��ii na�ionale militare. De asemenea, Biodiesel-ul

va aduce beneficii importante pe pia�a muncii, �tiut fiind c� de exemplu în S.U.A. la fiecare miliard de

dolari cheltuit pentru importul de petrol se pierd 10000 – 25000 de locuri de munc�.

De asemenea, Biodiesel-ul aduce beneficii semnificative din punct de vedere microeconomic,

atât în sectorul urban, cât �i în cel rural. Departamentul Agriculturii din Statele Unite a demonstrat c� o

cre�tere a cererii medii anuale echivalente a 200 milioane de galoane de biodiesel bazat pe uleiul de

soia, va însemna o produc�ie cumulat� pân� în 2010 de 5,2 miliarde de dolari, ceea ce înseamn� o

cre�tere net� a produc�iei în ferme de circa 300 milioane de dolari pe an. Pre�ul fasolii soia ar putea

cre�te cu o medie de 17 cen�i anual pe o perioad� de 10 ani, datorit� cre�terii cererii de Biodiesel.

Toxicitatea: Biodiesel-ul pur nu este toxic. Doza letal� LD 50, este mai mare de 17,4 g/kg corp

omenesc. Prin compara�ie de exemplu sarea de buc�t�rie este de 10 ori mai toxic� decât Biodiesel-ul

pur.

Iritarea pielii umane: aplicarea timp de 24 de ore unei comprese cu Biodiesel pur a produs o iritare

u�oar�. Iritarea pielii a fost mai mic� decât cea produs� de o solu�ie apoas� de 4% s�pun.

Biodegrabilitatea: Biodiesel-ul este de 4 ori mai biodegradabil decât combustibilul diesel petrolier. În

timp de 28 de zile biodieselul pur s-a degradat în procent de 85 – 88% în ap�. De exemplu dextroza –

care este folosit� pentru comparare – se degradeaz� în aceea�i rat�.

Punctul de inflamabilitate: punctul de inflamabilitate al unui combustibil este definit ca fiind

temperatura la care acesta se aprinde atunci când este expus unei scântei sau unei flame. Punctul de

inflamabilitate al Biodiesel-ului este peste 300 ºF (130 ºC), în timp ce al unui combustibil diesel

petrolier este de 125 ºF. Test�rile au ar�tat c� punctul de inflamabilitate al amestecurilor biodiesel


vii

cre�te cu cre�terea procentajului de biocombustibil diesel. De aceea, Biodiesel-ul pur �i amestecurile

Biodiesel cu motorina sunt mai sigure din punct de vedere al stoc�rii, manevr�rii �i utiliz�rii decât

combustibilii diesel conven�ionali.

Nivelul emisiilor poluante ale combustibilului biodiesel, dup� National Biodiesel Board

Combustibilul Biodiesel este primul �i singurul combustibil alternativ care are o evaluare

complet� a emisiilor poluante produse prin arderea sa în motoarele cu ardere intern�. Agen�ia Statelor

Unite privind protec�ia mediului (EPA) a evaluat în cadrul sec�iunii privitoare la „cur��enia aerului” –

211(b), efectele asupra s�n�t��ii produse de arderea biocombustibilului diesel. În acest sens s-au

derulat în ultimii 2 ani o serie de programe referitoare la cele mai stringente protocoale de testare

cerute de EPA pentru certificarea combustibililor �i/sau aditivilor. S-a realizat un inventar complet al

opiniilor culese de la marii produc�tori de motoare referitor la utilizarea biocombustibilului diesel. De

asemenea s-au efectuat teste de laborator care au pus în eviden�� nivelul emisiilor poluante �i care sunt

sintetizate în tabelul 2:

TABEL 2

Compararea emisiilor poluante produse de BIODIESEL cu combustibilul conven�ional

Tipul emisiilor poluante B100 B20

Regulate

HC nearse -68% -14%

CO -44% -9%

Particule solide -40% -8%

NOx +6% +1%

Neregulate

Sulfa�i -100% -20%*

Hidrocarburi aromatice policiclice (HCAP)** -80% -13%

Nitri�i ai hidrocarburilor aromatice policiclice (nHCAP)** -90% -50%***

Poten�ial asupra nivelului de ozon indus de HC -50% -10% * Estim�ri fa�� de rezultatele ob�inute pentru B100 **Reducere medie privind toate componentele m�surate ***2-nitrofluorine-le rezultate au fost testate prin metoda varia�iei

B100 – biocombustibil diesel 100%

B20 – amestec format din biocombustibil diesel 20% (ca aditiv) �i 80% combustibil diesel

conven�ional


viii

Concluzii

1. Poten�ialul de alterare a stratului de ozon prin formarea „smogului” este mai mic în cazul

biocombustibililor diesel (B100 �i B20) decât în cazul combustibilului diesel conven�ional, cu cca.

50%, prin sc�derea nitra�ilor hidrocarburilor aromatice policiclice.

2. Emisiile de sulfuri sunt eliminate complet prin utilizarea B100. Emisiile poluante din gazele de

evacuare nu mai con�in oxizi sulfurici �i nici sulfa�i (componente importante ale ploilor acide),

deoarece în structura molecular� nu se mai g�se�te sulful, în cazul B100 comparativ cu motorina.

3. Criteriile de apreciere a emisiilor poluante pun în eviden�� reducerea puternic� a acestora în

raport cu combustibilul diesel conven�ional.

4. Biocombustibilul diesel reduce riscurile de îmboln�vire asociate motorinei. Emisiile produse de

biodiesel pun în eviden�� reducerea HCAP �i a nitri�ilor – nHCAP, r�spunz�tori ai producerii

cancerului. Cercet�rile recente au condus la reducerea cu 75 – 85%, cu excep�ia benzo(a)antracene-lor

care s-au redus cu cca. 50%. De asemenea, s-au redus 2-nitrofluorine-le �i 1-nitropirene-le s-au redus

cu 90%, în timp ce celelalte nHCAP s-au redus la nivelul unor „vagi urme”.

Biodieselul, produs prin procedee chimice relativ scumpe, fiindc� folose�te temperaturi �i

presiuni mari, iar catalizatorii au pre�uri ridicate, are în ultimii ani un rival direct, redutabil datorit�

pre�ului sc�zut. Acest rival este chiar uleiul vegetal crud, ob�inut prin presarea la rece a semin�elor

oleaginoase, excluzându-se folosirea solven�ilor organici. Spre deosebire de biodiesel (care este, de

fapt, esterul uleiurilor vegetale), aceste uleiuri crude nu sunt miscibile cu motorina (adic� nu dau

amestecuri perfect omogene, condi�ie strict obligatorie pentru buna func�ionare a motoarelor diesel).

Ele însele sunt perfect omogene �i pot fi folosite ca atare (100%, adic� neamestecate cu motorina) în

motoarele diesel. Evident c� ele sunt mai ieftine decât biodieselul, inclusiv pentru c� la esterificarea lor

în biodiesel o parte important� se pierde sub forma glicerinei, care are alte utiliz�ri decât alimentarea

motoarelor diesel.

Trebuie s� reamintim cititorilor no�tri c� de la inventarea lor �i pân� prin 1910, motoarele

diesel au func�ionat numai cu ulei vegetal crud. Inventatorul lor, genialul inginer neam� Diesel, a

gândit func�ionarea acestui motor numai pe ulei vegetal crud (pentru c� deriva�ii petrolieri au fost

produ�i începând cu anul 1907), adic� cu un carburant diferit de cel pentru motoarele cu aprindere cu

ajutorul scânteii electrice produse de bujii. Aceste motoare se numesc „motoare otto” tot dup� numele

inventatorului lor german. În aceea�i perioad� de timp (de început: 1860 - 1907), motoarele otto

func�ionau toate cu etanol (adic� alcool etilic sau, mai popular, spirt). La începutul producerii lor,

deriva�ii petrolieri (benzina �i motorina) erau de câteva ori mai ieftini decât concuren�ii lor (etanolul �i


ix

uleiul vegetal). De aceea, au fost promova�i rapid �i lumea a uitat de primii carburan�i. A venit acum

vremea revenirii (din motivele ar�tate) la vechii carburan�i (etanol sau ulei vegetal crud sau esterificat).

SITUA�IA PRODUCERII �I UTILIZ�RII BIOCOMBUSTIBILILOR PE PLAN NA�IONAL

În timp ce în ultimele decenii, restul lumii de la Europa �i Asia pân� la continentul american, a

dezvoltat o concertat� �i serioas� activitate de cercetare �i implementare a proiectelor destinate

biocombustibililor, v�zu�i ca o alternativ� tot mai probabil� �i iminent� a combustibililor tradi�ionali,

societatea româneasc� continu� s� ignore o realitate c�reia nici politicul, nici mass-media sau

societatea civil� nu îi în�eleg importan�a �i relevan�a.

Cele câteva organiza�ii a c�ror activitate vizeaz� problemele de mediu se concentreaz� mai

mult asupra unor solu�ii destinate îns�n�to�ii sectorului industriilor poluante, nici una neavând

preocup�ri legate de poluarea indus� prin combustie, cu toate c� recent, în cea ce prive�te pericolul

deterior�rii mediului ambiant, sectorul transporturilor a trebuit, în fa�a Comisiei Europene, s� î�i asume

o clar� responsabilitate, având în vedere c�, în ultimii 15 ani, acesta a contribuit substan�ial la cre�terea

înc�lzirii globale a Terrei, dep��ind în acest sens sectorul industrial �i cel domestic, 75% din poluarea

acid� fiind rezultatul emisiilor de motoare.

Din acest motiv, reac�ia Comisiei Europene a fost aceea de instituire a noi directive privind

calitatea combustibililor, prin impunerea de noi specifica�ii privitoare la emisiile din e�apamente.

Nici activitatea aferent� integr�rii europene desf��urat� în prezent de Guvernul României, prin

agen�iile, departamentele �i ministerele sale, nu vizeaz� punctual strategii destinate inov�rii, cercet�rii

�i producerii de biocombustibili, cu toate c�, din ce în ce mai multe fonduri europene, au drept subiect

de aplica�ie resursele regenerabile.

În perspectiva iminentei integr�ri europene, sectorul transporturilor romane�ti nu a f�cut

nici un efort de creativitate sau de investi�ie pentru îmbun�t��irea calit��ii combustiilor, marile

aglomer�ri urbane continuând a fi din ce în ce mai sufocate de poluarea acid� rezultat� din emisiile de

motoare.

În timp ce în lume marii produc�tori �i distribuitori de combustibili, dar �i produc�tori de

motoare diesel, au investit în ultima decad� de timp sume considerabile �i un apreciabil efort de

inventivitate, atât pentru produc�ia de biocombustibili în sine cât �i pentru rentabilizarea acestui sector,

principalii operatori români în domeniu, PETROM, ROMPETROL, ca produc�tori-distribuitori de

combustibili pentru motoarele cu ardere intern�, sau ARO, ROMAN sau TRACTORUL nu au nici

m�car o schi�� de strategie menit� a polariza, în mediul cercet�rii �i proiect�rii, în cel de afaceri, dar

mai ales în cel politic, un curent de opinie �i de preocup�ri pe aceast� tem�.


x

Cu toate c� perspectivele actuale ale unei dezvolt�ri institu�ionalizate �i generalizate ale acestui

produs, sunt înc� condi�ionate de ob�inerea unor costuri ale materiilor prime agricole rezonabile, în

viitor, societatea interna�ional� are de înfruntat problema stringent� a dependen�ei de importurile de

combustibili fosili, trebuind s� fac� fa�� riscurilor securit��ii aprovizion�rilor cu energia necesar�

sectorului transporturilor.

INSTITU�IONALIZAREA ACTIVIT��ILOR DE PRODUCERE �I UTILIZARE A

BIOCARBURAN�ILOR

Raportul prezentat UNIUNII EUROPENE de c�tre Agen�ia Interna�ional� de Energie pune în

eviden��:

•••• Declinul comer�ului mondial posibil datorit� nivelului coborât al produc�iei de combustibil fosil în

raport cu cererea;

•••• Sc�derea treptat� a extrac�iei de petrol din Marea Nordului, preconizat� a se reduce drastic pân� la

epuizarea rezervelor înainte de anul 2010;

•••• Cre�terea dramatic� a cererii de energie din partea tarilor non-OECD; ex. China �i India;

•••• ��rile europene se confrunt� deja cu o sim�itoare cre�tere a cererii de combustibili alternativi în

sectorul transporturilor, biocarburan�ii fiind unii dintre ace�tia.

Scenariul prezentat la Forumul Comisiei Europene preconizeaz� c� pân� în anul 2010, cel pu�in

12% din pia�a resurselor energetice va fi ocupat� de biocombustibili.

Având în vedere c� ultimii 15 ani au demonstrat: o impresionant� cre�tere mondial� a

produc�iei de biocombustibili, o puternic� preocupare de reînnoire a resurselor energetice, o agresiv�

activitate civic� de impunere a conceptului de „salvgardare a mediului înconjur�tor", precum �i o

preocupare deosebit� pentru rea�ezarea politicii agricole mondiale, biocarburan�ii au �anse deosebite

pentru a deveni un subiect atractiv �i pregnant la nivelul clasei politice mondiale, lumii afacerilor �i, nu

în ultimul, la nivelul opiniei publice generale.

Comunitatea european� cunoa�te de mult timp o efervescent� �i avansat� activitate de

promovare a conceptului de „combustibil ecologic", produc�ia, standardizarea �i consumul de

biocarburan�i devenind priorit��i ale politicilor de mediu, agricultur� �i transporturi.

Atât activitatea institu�ionalizat� dedicat� biocarburan�ilor, materializat� prin înfiin�area

unor departamente �i agen�ii guvernamentale, cât �i structurarea intereselor tehnico-economice din

mediile: cercet�rii �tiin�ifice (în special universit��i �i institute de cercetare de profil), afacerilor

(produc�tori �i consumatori) �i societ��ii civile în organiza�ii non-guvernamentale �i asocia�ii au

condus la crearea unui for european în materie - EUROPEAN BIODIESEL BOARD.


xi

Principala activitate a EEB este aceea de a canaliza �i fructifica orice ini�iativ� de

dezvoltare a produc�iei �i consumului de biocarburan�i în Europa, dar �i aceea de a se constitui într-un

interlocutor cu autoritate �i greutate în fa�a guvernelor majorit��ii ��rilor europene �i a Comisiei

Uniunii Europene.

Rapoartele �i studiile întocmite de acest for sunt dezb�tute �i analizate de c�tre Comisiile

Uniunii Europene, concluziile ce se desprind din acestea fiind premize importante în luarea unor

decizii referitoare la politicile stabilite de c�tre U.E.

�i Statele Unite ale Americii au institu�ionalizat în ultimele decenii activit��ile legate de produc�ia �i

consumul de biocarburan�i, pe întreg cuprinsul continentului american activând multe �i puternice

asocia�ii ce deservesc atât interesele locale �i regionale aferente, cât �i interesul na�ional al USA.

În anul 2000 a luat fiin�� THE NATIONAL BIODIESEL BOARD, for a c�rui imagine �i

influen�� a impus senatului american �i Casei Albe recunoa�terea biocarburan�ilor drept combustibil

ecologic de importan�� strategic� în dezvoltarea viitoare a politicilor energetice �i agrare.

Rostul acestei introduceri este s� fac� o scurt� prezentare a temei biocarburan�ilor, a

biodiesel-ului în particular, cu scopul de a demonstra, nu numai necesitatea coagul�rii timidelor

preocup�ri din domeniu în România pentru producerea �i consumul acestuia, dar �i necesitatea cre�rii

unei „voci" pertinente �i autoritare ce poate �i trebuie s� dialogheze, s� informeze �i chiar s� se impun�

în fa�a unor interlocutori considera�i actori de frunte în societatea noastr�, de la mediile

guvernamentale �i preziden�iale, la cele de cercetare �tiin�ific�, pân� la cel de afaceri �i mass-media.

O ROMÂNIE ce se preg�te�te asiduu s� fac� fa�� exigen�elor integr�rii europene are nevoie

de un climat efervescent �i matur în care activit��ile creative �i de produc�ie în domeniul

biocarburan�ilor ecologici s� constituie o component� cu semnifica�ie, european� �i progresist�.

Demararea în concret a unor activit��i de produc�ie �i consum de biocarburanti are îns�

nevoie de reglement�ri legislative apriori stabilite, de o cunoa�tere profund� a avantajelor ce urmeaz� a

decurge din atare activitate, de o punctual� �i pertinent� informare a mediilor române�ti asupra

beneficiilor economice, de mediu, dar �i de imagine pe care le poate avea întreaga societate.

Eventualele strategii guvernamentale ce vor viza o politic� punctual� de dezvoltare �i de

implementare a biocarburan�ilor pot avea în ASOCIA�IA BIOCOMBUSTIBILII ÎN ROMÂNIA, un

partener de discu�ii �i de conlucr�ri avizat, cunosc�tor al situa�iei interna�ionale din acest sector, un

operator capabil s� întocmeasc� �i s�-i pun� la dispozi�ie rapoarte �i studii pertinente în domeniu.

Viitoarea asocia�ie va putea, în numele �i în interesul societ��ii române�ti, s� încheie

acorduri de colaborare �i de parteneriat cu asocia�iile omonime europene �i nu numai. Asocia�ia se va


xii

constitui într-un veritabil sprijin al celor ce doresc s� demareze activit��i de cercetare �i de

implementare în sectorul biocombustibililor.

Printr-o concertat� �i asidu� activitate de promovare a conceptului de „combustibili

ecologici" (simpozioane, expozi�ii, interviuri, publica�ii etc.), ASOCIA�IA BIOCOMBUSTIBILII IN

ROMÂNIA, va fi în m�sur� s� disemineze în plan na�ional toate cuno�tin�ele sale din acest domeniu,

s� sensibilizeze �i s� conving� opinia public� româneasc� asupra necesit��ii întocmirii unui Plan

Na�ional de stimulare �i de implementare a produc�iei �i consumului de biocombustibili.

Raportul de activitate pe anul 2003 al

ASOCIA�IEI BIOCOMBUSTIBILII ÎN ROMÂNIA

A. Înfiin�area Asocia�iei, ob�inerea personalit��ii juridice, înregistrarea fiscal�.

În urma hot�rârii Adun�rii grupului de ini�iativ� din 30 iulie 2003 de a se înfiin�a Asocia�ia

noastr�, am ac�ionat cu hot�râre, perseveren�� i promptitudine pentru parcurgerea întregului lan� de

formalit��i în vederea ob�inerii autoriza�iilor legale de func�ionare a Asocia�iei �i anume:

1. La data de 19.08.2003 s-a ob�inut dovada disponibilit��ii denumirii Nr. 20945 de la Ministerul

Justi�iei.

2. La data de 07.09.2003 s-a ob�inut avizul favorabil al Ministerului Economiei �i Comer�ului Nr.

192.054.

3. La data de 16.09.2003 s-au autentificat (cu nr. 3508 �i 3509) la Notarul Public Actul Constitutiv

�i Statutul ABR, definitivate în Adunarea General� ABR din data de 20.08.2003.

4. La data de 25.09.2003 s-a pronun�at în �edin�a public� a Judec�toriei Sectorului 6 Bucure�ti

hot�rârea privind acordarea personalit��ii juridice c�tre ABR (dosar 103 PJ/203).

5. La data de 22.10.2003 Judec�toria Sectorului 6 Bucure�ti ne-a eliberat Certificatul de înscriere a

persoanei juridice f�r� scop patrimonial.

6. La data de 04.11.2003 am ob�inut de la Administra�ia Financiar� Sector 6 Bucure�ti Certificatul

de înscriere fiscal�.

7. La data de 13.11.2003 s-a deschis la BCR Sucursala Plevnei contul ABR nr. 2511.1-8492.1/ROL.

Rezult� c� din data de 13.11.2003 s-au îndeplinit toate formalit��ile legale pentru buna

desf��urare a activit��ii ABR.

B. Organizarea activit��ii ABR.

Elaborarea proiectelor Actului Constitutiv �i al Statutului ABR, discutarea lor aprofundat�

(Adunarea de constituire din 30 iulie) �i aprobarea final� în Adunarea General� din 20 august au dus la


xiii

adoptarea unanim� a concep�iei de baz� c� suntem o asocia�ie format� numai din membrii activi,

hot�râ�i s�-�i consacre timp, energie �i competen�� pentru transpunerea în via�� a obiectivelor din

Statut. Ca urmare, fiecare membru, persoan� fizic�, a completat în adeziunea scris� rubricile: „doresc

s� m� ocup de:

a) bunele rela�ii ale Asocia�iei cu organele locale din jude�ele …….

b) bunele rela�ii ale Asocia�iei cu asocia�ii (federa�ii, uniuni) din ��rile …….

c) Organizarea �i buna activitate (Participarea la activitatea) grupei de studiu …….”

Pe baza acestor op�iuni, Adunarea general� din 29.10.2003 a aprobat organizarea grupelor de

activitate pe jude�e, ��ri �i probleme. Este necesar ca în perioada urm�toare s� activiz�m toate grupele

de lucru �i, deci, pe to�i membrii ABR, persoane fizice. Ca urmare, este necesar ca fiecare dintre noi s�

informeze asocia�ia, prin intermediul domnului ing. Constantin Ianculescu, asupra dorin�ei lor concrete

de a activa în grupele dorite de lucru, r�spunzând astfel la sugestiile noastre cuprinse în circulara nr.

38/ 10.10.2003. V� rug�m s� face�i aceste inform�ri cât mai repede cu putin�� i nu mai târziu de data

de 15 martie 2004.

C. Activitatea din anul 2003 în scopul promov�rii producerii �i utiliz�rii biocombustibililor în

România va fi prezentat� conform fluxurilor tehnologice �i apoi celor informa�ionale.

a) Grupa pentru intensificarea culturilor agricole care asigur� biomateria prim� pentru

producerea biocombustibililor, condus� de dl. Dr. Ing. Ion Antohe a desf��urat o ampl� �i intens�

activitate pentru intensificarea cultiv�rii sorgului zaharat �i pentru organizarea unei mari culturi ( pe

20000 ha) în România.

În acest sens, a preg�tit con�inutul monografiei “Sorgul Zaharat, cultura �i industrializarea lui

total�” pe care CHIMINFORM DATA a editat-o în 200 exemplare, cump�rate de ABR pentru a fi

distribuite gratuit atât factorilor de decizie, care pot contribui la r�spândirea culturilor de sorg zaharat

cât �i de�in�torilor de suprafe�e agricole care î�i exprim� interesul s� înceap� asemenea culturi.

Aceast� grup� desf��oar� o activ� campanie de popularizare a culturii sorgului zaharat

folosind re�eaua de îndrumare a fermierilor din jude�ele din sudul ��rii.

De asemenea, aceast� grup� a participat activ la preg�tirea unor informa�ii în limba englez� (

cuprinsul �i con�inutul capitolelor din Monografia tip�rit�, tabelele cu datele de baz� etc) pe care le-am

trimis în Italia, d-nei Angela Grassi, responsabila proiectului UE de preg�tire a unor mari culturi

demonstrative ( 20000 ha) în Italia �i în China (dou� culturi), preg�tind astfel posibila acceptare a

României în proiectul UE. Datorit� începerii tratativelor dintre ABR �i un important grup de firme

germane doritoare s� importe, începând cu primul semestru 2006, din România mari cantit��i de

bioetanol ( 2 milioane tm/an), activitatea acestei grupe a devenit prioritar� pentru urm�torii ani, fiind


xiv

necesar� sus�inerea ei de c�tre toate celelalte grupe tehnologice, a�a cum s-a stabilit la dezbaterea

comun�, organizat� în luna decembrie 2003, a tuturor acestor grupe, la dezbatere participând

conducerea fermei Doroban�u (comuna Mihail Kog�lniceanu) de�in�toare, prin arendare, a suprafe�ei

necesare pentru cultura sorgului zaharat avut� în vedere.

Men�ion�m c� laboratorul din cadrul Institutului de la Fundulea (condus de dl. Dr. Ing. Ion

Antohe) dispune �i de s�mân�a necesar� pentru trei soiuri diferite de sorg zaharat (române�ti) cu care

se vor face culturile mari. În paralel se vor face �i culturi duble (cu s�mân�� chinezeasc�, cump�rat� de

ABR în cazul când vom fi accepta�i drept parteneri în proiectul UE).

Am�nuntele importante acestei activit��i au fost prezentate în informarea f�cut� de dl. Dr. Ing.

Ion Antohe în Adunarea General� ABR din 25 februarie 2004.

b) Grupa pentru promovarea tehnologiilor de extragere din biomaterii prime a

precursorilor de biocombustibili, condus� de dl. Prof. Dr. ing. Gheorghe Mencinicopschi, Directorul

General al Institutului de Cercet�ri Alimentare, a desf��urat, de asemenea, o ampl� �i intens� activitate.

I. I.C.A. �i membrii Asocia�iei BIOCOMBUSTIBILII ÎN ROMÂNIA au participat activ la

toate manifest�rile organizate de asocia�ie, cea mai important� fiind participarea la Simpozionul

Interna�ional «BIOENERGY – ENLARGED PERSPECTIVES» de la Budapesta, în perioada 16 – 17

octombrie 2003.

Institutul de Cercet�ri Alimentare a participat la prestigioasa manifesta�ie �tiin�ific� de mai

sus, organizat� cu scopul de a permite ��rilor candidate la UE s�-�i etaleze realiz�rile în domeniul

surselor bioenergetice, subiect de mare perspectiv� pe plan european �i mondial.

La acest simpozion au participat, din partea ICA :

• Prof. dr. Mencinicopschi Gheorghe, directorul Institutului;

• Prof. dr. Stroia Alexandru, �eful Laboratorului de Procese Extractive;

• Ing. Nikoli� Vasilie, �eful Laboratorului de Inginerie Ecologic�;

• Ing. Burcea Dan, �ef Compartiment Marketing-Rela�ii.

În cadrul Simpozionului de la Budapesta, delega�ia I.C.A. a participat activ la toate conferin�ele �i

�edin�ele organizate cu acest prilej.

În vederea particip�rii a fost elaborat �i realizat un Poster în conformitate cu modelul transmis de c�tre

organizatori.

Posterul ICA a cuprins trei p�r�i distincte:

� Realiz�ri în domeniul Biogazului

� Realiz�ri în domeniul Alcoolului carburant

� Realiz�ri în domeniul carburan�ilor tip „BIODIESEL”


xv

BIOGAZ

În domeniul Biogazului posterul a indicat, în primul rând, poten�ialul bioenergetic al

României rezultat în urma ultimelor evalu�ri. Acest poten�ial se cifreaz� la 23,9 x 106 GJ pe an.

În continuare au fost prezentate tiposeriile de instala�ii de biogaz pentru gospod�rii

individuale �i mici colectivit��i precum �i instala�ii industriale de mare capacitate. Acestea au fost

prezentate sub form� tabelar�, desigur în limba englez�. În prezentul material ele vor fi prezentate în

limba român�.

Atât pentru instala�iile mici cât �i pentru cele industriale, au fost prezentate în poster imagini

color ilustrând principiile de realizare a lor pentru a se în�elege modul lor de func�ionare.

Instala�ii pentru gospod�rii individuale �i mici colectivit��i :

CARACTERISTICI U.M. TIPOSERIA DE INSTALA�II Volum util de fermentare m3 5 10 25 50

1,6 3,2 30 60 Produc�ia de biogaz: - brut� - net� m3/zi

1,6 3,2 23,7 47,4 Autoconsum % -- -- 21 21 Energie ob�inut� GJ/an 13,16 26,33 182,8 365,7 Dejec�ii necesare (porc) m3/zi 0,083 0,166 0,830 1,660 Durata medie de fermentare zile 60 60 30 30 Regim termic de fermentare --- criofil criofil mezofil mezofil

11 22 165 330 Animale necesare: - porci, sau - vaci capete

2 4 30 60

Instala�ii pentru producerea industrial� a biogazului :

Caracteristici U.M. Tiposeria de instala�ii industriale proiectate Volum util fermentare m3 100 200 500 1400 2000 3000

120 240 600 1800 2570 3850 Produc�ia de -brut� biogaz -net� m3/zi

90 180 450 1400 2000 3000 Autoconsum % 25 25 25 22 22 22 Energie net� GJ/an 693,4 1387 3450 10830 15420 23140 Rata de alimentare m3/zi 3,3 6,6 16,5 80 117,6 176 Durata de fermentare zile 30 30 30 17 17 17 Regim termic --- mezofil inferior mezofil superior

660 1320 3330 10000 14280 21390 Necesar de -porci animale -vite capete

120 240 450 1400 2000 3000

Realiz�rile ICA în domeniul biogazului sunt de cert� originalitate fiind brevetate la OSIM, pe

m�sura conceperii lor.


xvi

ALCOOL CARBURANT

Pentru realizarea alcoolului carburant au fost indicate, ca resurse, materialele cu con�inut

ridicat de hidra�i de carbon de provenien�� preponderent agricol�. A fost prezentat� schema de ob�inere

a alcoolului carburant �i anume:

Materii prime Procesare enzimatic� Procesare bio - fizic�

Celuloze Celulaz�

Hemiceluloze Hemicelulaz�

Produse con�inând Amilaze

amidon Amiloglucozidaze

Polifructozane Inulinaz�

BIODIESEL

Pentru realizarea combustibililor tip BIODIESEL au fost indicate ca resurse :

� Uleiurile vegetale (rapi��, in etc.)

� Floarea soarelui

� Soia

� Gr�simile animale

Ca mod de procesare a fost indicat� ESTERIFICAREA FILM

Participarea la Simpozionul de la Budapesta a fost filmat� rezultând un film cu o durat� de

cca. 60 minute. În film au fost înregistrate cele mai reprezentative momente ale Simpozionului.

II. În cadrul uneia din ultimele dezbateri din decembrie 2003 organizat� de ABR, la care au

participat reprezentan�i ai mai multor grupe tehnologice, precum �i, în mod special, produc�torii direc�i

de sorg, membrii ABR din I.C.A. s-au angajat s� colaboreze la valorificarea sorgului în bio-alcool,

precum �i a de�eurilor rezultate prin procesare în biogaz.

De asemenea I.C.A. s-a angajat s� elaboreze o lucrare privind poten�ialul bioenergetic al

României.

III. Dup� începerea tratativelor dintre ABR �i grupul de firme germane, viitoare importatoare

de bioetanol din România, membrii ABR din I.C.A., ac�ioneaz� pentru antrenarea unor investitori

Fermentare – Distilare ALCOOL CARBURANT


xvii

români la investi�ii de instala�ii pentru extragerea sucului dulce din sorg, fermentarea �i distilarea

bioetanolului �i pentru esterificarea acestuia.

c) Grupa pentru promovarea tehnologiilor de esterificare a bioetanolului, condus� de dl.

Ing. Grigore Pop de la Institutul Zecasin a participat la dezbaterea din decembrie 2003, împreun� cu

celelalte grupe tehnologice �i cu conducerea fermei Doroban�u, asigurând asisten�a tehnic� necesar�

pentru acest proces tehnologic.

Dl ing. Grigore Pop a elaborat capitolul corespunz�tor din Monografia “Sorgul Zaharat,

cultura �i industrializarea lui total�” �i a elaborat în limba englez� informarea pentru coordonatoarea

proiectului european, dna. Angela Grassi.

d) Grupa pentru promovarea producerii biodieselului,condus� de dl. Sever �erban,

Directorul General al ICECHIM, a efectuat un important volum de activitate �tiin�ific� pentru

desf��urarea fazei definitive pilot pentru punerea la punct a acestei tehnologii industriale la

Combinatul Chimic “VIROMET S.A.” din ora�ul Victoria, jude�ul Bra�ov.

e) Grupa pentru producerea industrial� pe scar� mare a biodieselului, condus� de dl.

Ing. George Colcea, Director General al VIROMET S.A. �i-a propus, cu ajutorul �tiin�ific al

ICECHIM, ca în scurt timp s� asimileze în fabrica�ia curent�, ob�inerea biodieselului. Pentru realizarea

acestui lucru, în cursul anului 2003 s-au ini�iat o serie de ac�iuni, din rândul c�rora men�ion�m:

♦ Elaborarea unui program de activitate, a c�rui finalitate vizeaz� asimilarea �i fabricarea

biodieselului în produc�ie industrial�;

♦ Întocmirea de c�tre compartimentele de specialitate a unui Buletin de informare despre

biodiesel care s� l�mureasc� mai multe aspecte, cum ar fi: materii prime necesare fabric�rii

biodieselului, tehnologii de fabrica�ie, tendin�e în acest domeniu �i perspectivele reale în România,

costuri estimative, aspecte calitative etc;

♦ Experiment�ri în faz� de laborator, stabilindu-se parametrii procesului tehnologic, tipul de

materie prim� optim� pentru acest scop etc;

♦ În paralel cu experimentele de laborator, s-a trecut la proiectarea �i adaptarea unei instala�ii

pilot existente, în vederea fabric�rii biodieselului. Pe instala�ia pilot s-au realizat încerc�ri pe mai

multe tipuri de materii prime, precum ulei de floarea soarelui, ulei de soia �i ulei de rapi��;

♦ Testele specifice realizate la institute �i societ��i de profil au ar�tat c� produsul ob�inut de c�tre

noi corespunde cerin�elor Uniunii Europene în scopul lans�rii lui pe pia��;

♦ Pentru anul 2004 se prevede omologarea produsului (program în derulare cu INMA Bucure�ti),

continuarea finaliz�rii tehnologiei �i realizarea unei microproduc�ii pentru promovarea produsului.


xviii

Dup� începerea tratativelor ABR cu grupul de firme germane, încerc�m s� le interes�m într-un

eventual import din România �i de biodiesel. În acest scop, grupa condus� de domnul Ing., George

Colcea întocme�te documenta�ia necesar�.

f) Grupa pentru promovarea combustibililor ecologici în transportul urban, condus� de

dl. Dr. ing. Mircea Chintoanu, Directorul ICIA Cluj Napoca, a avut urm�toarele activit��i:

I. Participare la Simpozionul BIO-ENERGY Enlarged Perspectives, Budapesta 16-17 oct. 2003

1. s-a participat la conferin�a BIO-ENERGY Enlarged Perspectives, Budapesta 16-17 oct. 2003 cu

lucrarea ECOLOGICAL BIODIESEL AND GLYCERINE OBTAINED THROUGH CHEMICAL

PROCESSING OF THE RENEWABLE RESOURCES.

2. s-au stabilit contacte cu unit��i cu preocup�ri similare (bioenergie, biocombustibili) din Ungaria,

Germania, Italia, Letonia.

3. se lucreaz� la propunerea unor proiecte comune prin PC6 cu unit��i din Ungaria, Italia, Germania �i

Anglia.

II. Participarea la misiunea economic� LOOK EAST NET, 12-13 dec. 2003, Friuli-Vene�ia-Giulia

(Italia)

ICIA a participat la misiunea economic� LOOK EAST NET având ca domeniu de activitate

“mediu”.

Programul de lucru a avut ca desf��urare participarea la întâlniri bilaterale cu firme care

activeaz� în domeniul mediului precum �i participarea la workshop-uri sus�inute de exper�i ai Comisiei

Europene DG Enlargement. Printre firmele contactate enumer�m:

SW UMWELTTECHNICK Austria

Sector: Managementul tehnologiilor de mediu

Domeniu de activitate: biogaz, biocombustibili

CONTENTO TRADE SRL Italia


Domeniu de activitate: Tehnologii inovative de mediu, neutralizarea de�eurilor industriale

IRIS – I SONTINA RETI INTEGRARE E SERVIZI SPA


Domeniu de activitate: Managementul integrat al resurselor biologice de energie

LABOR SRL Italia


Domeniu de activitate: Cercetare dezvoltare în bioenergie

LINFA SRL Italia


xix


Domeniu de activitate: Mediu – ecologie – resurse naturale

În urma întâlnirilor s-au convenit urm�toarele:

- participarea ca parteneri ai României la proiecte finan�ate de UE în domeniu;

- informarea reciproc� a rezultatelor deosebite ob�inute în domeniu;

- schimburi de experien�� în domeniu;

III. Centrul de transfer tehnologic

În cadrul I.C.I.A. se lucreaz� la acreditarea unui Centru de transfer tehnologic, CENTI, în

domeniul MEDIULUI incluzând �i domeniul BIOENERGIE �i BIOCOMBUSTIBIL.

IV. Proiectul TUCA

S-a propus �i s-a ob�inut finan�area în cadrul programului AMTRANS a proiectului

Utilizarea combustibililor alternativi ecologici în transportul urban pentru limitarea efectelor

poluante în marile ora�e, TUCA.

Proiectul are ca obiectiv general propunerea utiliz�rii combustibililor alternativi ecologici în

transportul urban pentru limitarea efectelor poluante în marile ora�e în cadrul dezvolt�rii unui sistem

de transport eficient �i sigur, care s� protejeze mediul înconjur�tor. În acest scop, în cadrul proiectului

se va determina �i recomanda tipul optim de combustibil ecologic ales pe baza valorii noxelor emise,

precum �i proiectul de adaptare a motorului pentru func�ionarea cu noul tip de combustibil la

randament maxim �i cu emisii nocive sc�zute.

g) Grupa pentru standardizarea, caracterizarea �i cuantificare utiliz�rii

biocombustibililor în motoare termice, condus� de domnul ing. Valeriu Moisescu, Directorul

Executiv al Institutului MASTER S.A. a participat foarte activ la Conferin�a BIO-ENERGY Enlarged

Perspectives, Budapesta 16-17 oct. 2003, stabilind numeroase contacte cu cercet�torii din ��rile

membre �i candidate la Uniunea European�.

A continuat activitatea de cercetare pentru caracterizarea, standardizarea �i cuantificarea

utiliz�rii biocombustibililor în motoare termice, precum �i în stabilirea regl�rilor / modific�rilor

necesare la aceste motoare.

A fost prima grup� tehnologic� care a prezentat în adunarea general� a ABR din 29 octombrie

2003 o informare privind începerea activit��ii sale în cadrul ABR.

Domnul Ing. Valeriu Moisescu �i-a onorat din plin func�ia de prim-vicepre�edinte ABR

participând direct la luarea tuturor hot�rârilor de organizare �i func�ionare a ABR.

h) Grupa de cercet�ri economice în favoarea promov�rii biocombustibililor, condus� de

domnul Dr. Ing. �tefan R�g�lie, Directorul Centrului de Cercet�ri Economice pentru Industrie �i


xx

Servicii din cadrul Academiei Române a asigurat contactele necesare între ABR �i cercet�torii

economi�ti ai Academiei Române, inclusiv cu colectivul care elaboreaz� capitolul „Politici energetice

�i resurse naturale” din cadrul „Strategiei Na�ionale de Dezvoltare Durabil� a României cu Orizontul

2025”.

Astfel ABR a c�p�tat posibilitatea promov�rii prin pre�edintele s�u, Prof. Dr.doc. Ing. Iosif

Trip�a a propunerilor �tiin�ifice, tehnice �i economice (inclusiv de facilit��i) necesare promov�rii

biocombustibililor în România, începând cu bioetanolul.

Grupa economic� este antrenat� în elaborarea schemei practice de finan�are a programului

ABR, de cultur� mare demonstrativ� pe 20000 ha a sorgului zaharat �i de industrializare total� a

recoltelor respective.

Grupa economic� va sprijini, de asemenea, tratativele ABR cu grupul de firme germane,

viitoare importatoare de bioetanol �i eventual de biodiesel.

i) Grupa de stimulare a activit��ii membrilor ABR persoane juridice, condus� de domnul

Ing. Constantin Ianculescu a antrenat �apte societ��i pentru a deveni membrii persoane juridice �i

anume: ULLPROD (Uniunea Patronal� a Produc�torilor de Ulei), INTEGRA S.A., ENERGI-CO

HOLDING SRL, RATACFL Turda, CHIMINFORM DATA, MASTER S.A., VIROMET Victoria,

Bra�ov. Urmeaz� s� se întocmeasc� programe speciale de activitate cu fiecare dintre membrii persoane

juridice.

j) Grupa de pres�, condus� de Dr. Ec. Ioan Erhan, pre�edintele grupului de pres�

„Economistul” a asigurat publicarea tuturor materialelor informative elaborate de ABR, inclusiv

anun�urile privind constituirea ABR �i convocarea tuturor adun�rilor generale ale ABR.

Grupa de pres� a asigurat, de asemenea, publicarea în „Economistul”, în „Profitul Agricol” �i

în „Albina” a mai multor �tiri despre activitatea ABR �i în special despre cultura �i industrializarea

sorgului zaharat. S-a convenit cu revista „Albina” s� se publice pe foiletoane (câte dou� pagini pe

num�r) monografia “Sorgul Zaharat, cultura �i industrializarea lui total�”.

De�i domnul Prof. Dr. Ing. Napoleon Antonescu, rectorul Universit��ii de Petrol �i Gaze

Ploie�ti, ne-a invitat c�lduros s� public�m studiile ABR în “Revista Petrolului”, deocamdat� nu s-a

reu�it elaborarea unor asemenea articole �tiin�ifice. Rug�m grupele tehnologice, în special cele care se

ocup� direct cu biocombustibilii s�-�i prevad� în planul de lucru pe anul 2004 elaborarea acestor

materiale.

k) Grupa de lobby parlamentar în favoarea biocombustibililor, condus� de domnul Prof.

Dr. Ing. Napoleon Antonescu, deputat în Parlamentul României, a preg�tit traducerea Directivei

Uniunii Europene pentru promovarea biocombustibililor, urmând s� întocmim adresa de înso�ire c�tre


xxi

factorii de decizie �i s� distribuim traducerea Directivei Uniunii Europene în vederea adopt�rii ei

urgente �i în România.

l) Grupa pentru colabor�ri cu organiza�ii române�ti condus� de doamna ec. Rodica

Buzdugan a început activitatea pentru asigurarea colabor�rii cu organiza�ii române�ti prin invitarea la

Adunarea General� din 29 octombrie 2003 a doamnei Speran�a Râ�an care a prezentat succint

activitatea Centrului de Rela�ii pentru Întreprinderile Mici �i Mijlocii, precum �i posibilit��ile de

colaborare cu ABR.

A doua ac�iune a acestei grupe a constat în invitarea la Adunarea General� a ABR din 25

februarie 2004 a domnului Ing. Mihai Cristian �ân��reanu, Director Executiv care a prezentat pe scurt

activitatea Centrului pentru Promovarea Energiei Curate �i Eficiente în România �i posibilit��ile

colabor�rii cu ABR.

m) Grupa de colaborare cu organele locale este în curs de organizare �i va trebui s�-i

acord�m mai mult� aten�ie în viitorul apropiat. Propunem ca aceast� grup� s� fie condus� de doamna

Mariana Pa�ac.

n) Grupa de rela�ii interna�ionale condus� de doamna Dr. Ing. Ioana Andrea�, a desf��urat

o intens� activitate de informare a membrilor ABR despre manifest�rile �tiin�ifice interna�ionale ce s-

au desf��urat în perioada sfâr�itului anului 2003, ca urmare, ABR a fost prezent� cu zece din membrii

s�i la Conferin�a – brokeraj „BIO-ENERGY Enlarged Perspectives”, Budapesta 16-17 octombrie

2003; despre activitatea delega�ilor ABR la aceast� conferin�� s-a prezentat o informare în Adunarea

general� din 29 octombrie 2003, men�ionându-se faptul c� to�i delega�ii ABR �i-au suportat cheltuielile

din fonduri proprii �i c� rezultatele au fost importante prin documenta�iile adunate �i prin contactele

personale stabilite. De altfel, activitatea important� desf��urat� pe linia sorg – bioetanol – biobenzin�

n-ar fi fost posibil� f�r� participarea ABR la conferin�a de la Budapesta �i de la urm�toarele conferin�e

europene, la care a participat pre�edintele ABR, Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a �i anume la Bled,

Slovenia, în 3 – 5 noiembrie 2003, la Viena 4 – 6 decembrie �i la Bergen, Olanda, în 9 – 11 decembrie

2003. La ultima manifestare, în fapt o dezbatere între exper�i prezentând proiecte de bioenergie, au

participat, de asemenea, �i membrii ABR domnul Dr. Ing. Nicolae Sdrula �i domnul Ing. Gabriel

Lazlu.

A doua mare direc�ie pe care s-a ac�ionat de grupa de rela�ii interna�ionale a constat în

afilierea ABR la institu�ii europene �i mondiale. Astfel, ABR a devenit membr� cu depline drepturi la

urm�toarele institu�ii:

1. World Council for Renewable Energy, cu sediul la Bonn, Germania.

2. EUROSOLAR, cu sediul la Bonn, Germania.


xxii

3. VIEWLS (Centrul European de Diseminare a Cuno�tin�elor despre Biocombustibili), Olanda, la care

ABR este membru în categoria DIAMOND VIP.

o) Grupa financiar contabil�, condus� de doamna ec. Roxana Boencu a reu�it s� determine

încasarea în anul 2003 a contribu�iei de înscriere de 200000 lei pentru to�i membrii persoane fizice �i

contribu�ia de minimum 2000000 lei pentru fiecare dintre cei 7 membrii persoane juridice. În plus, a

reu�it s� ob�in� o sponsorizare de 40 milioane lei din partea CHIMINFORM DATA. Situa�ia

financiar� anual� pentru 2003 �i bugetul de venituri �i cheltuieli pe 2004 vor fi expuse separat, ca �i

Raportul Comisiei de Cenzori.

p) Activitatea Consiliului Director al ABR

Deoarece îndeplinirea formalit��ilor legale pentru înfiin�area ABR a durat din 30 iulie 2003

pân� în 13 noiembrie 2003, fiind necesar s� desf��ur�m trei adun�ri generale (din care prima adunare a

fost de constituire), întreaga activitate a Consiliului Director ABR s-a desf��urat în aceste adun�ri

generale, foarte deschis �i pe deplin transparent. Am apreciat în mod deosebit colaborarea marii

majorit��i a membrilor înscri�i înainte de 31 decembrie 2003, c�rora li s-a acordat titlul �i diploma de

membrii fondatori, conform prevederilor articolului 7 din Statutul ABR, cu men�iunea statutar� c�

viitorii membrii ABR vor fi primi�i numai cu recomandarea a doi membrii fondatori.

x

x x

În concluzie, de�i foarte scurt �i aglomerat cu formalit��ile legale de înfiin�are, anul 2003 a

reprezentat un succes pentru activitatea ABR dovedindu-i vitalitatea acestei Asocia�ii.

Anul 2003 ne-a convins c� Asocia�ia noastr� poate deveni un membru important al societ��ii

civile române�ti.

Succint� prezentare a activit��ii Asocia�iei Biocombustibilii în România în anul 2004

În urma aprob�rii în Adunarea General� a planului de activitate pentru anul 2004, s-au stabilit,

ca obiective prioritare pentru urm�toarea perioad�, patru carburan�i alternativi, care au cele mai bune

condi�ii pentru implementarea urgent� în România, �i anume: bioetanolul, uleiul vegetal crud presat la

rece �i gazul petrolier lichefiat.

Pentru promovarea acestor carburan�i alternativi s-au publicat mai multe articole în cotidianul

„Econiomistul” �i în revista s�pt�mânal� „Profitul agricol”.


xxiii

S-au organizat �i desf��urat, împreun� cu Camera de Comer� �i Industrie C�l�ra�i, o

consf�tuire jude�ean� cu investitorii doritori s� abordeze cultura plantelor (sorg �i rapi��) �i producerea

biocarburan�ilor respectivi.

La Arad, împreun� cu Universitatea de Vest „Vasile Goldi�”, a avut loc o consf�tuire

interjude�ean� la care au participat factorii interesa�i din jude�ele Timi�, Arad, Bihor, Satu Mare �i

S�laj. Principalul subiect abordat (Prof. Dr. A. Ardelean, rectorul universit��ii �i colaboratorii s�i) s-a

referit la cultura sorgului zaharat, în special pe soluri s�r�turate. Se cunoa�te faptul c� sorgul zaharat

este printre pu�inele plante care pot fi cultivate pe soluri s�r�turate �i c� aria acestor soluri se apropie

de 500 000 ha situate, mai ales, în partea de vest a ��rii. Dar, cultura de sorg zaharat �i industrializarea

lui în zona de vest a ��rii are o importan�� deosebit� determinat� de necesitatea exportului masiv de

bioetanol în vestul Europei, obiectiv deosebit de important, care va face ca România, primul exportator

de carburan�i în Europa secolului dou�zeci, s� devin� în secolul dou�zeci �i unu un mare exportator de

biocarburan�i. Dou� zone ale ��rii corespund bine acestui obiectiv: zona din vest (pentru exportul

biocarburan�ilor pe calea ferat�) �i zona de sud �i est (pentru exportul de biocarburan�i pe Dun�re).

La a treia consf�tuire interjude�ean�, consacrat� culturii rapi�ei �i producerii biodieselului �i

uleiului vegetal crud presat la rece, au participat reprezentan�i din zece jude�e din sudul �i estul ��rii.

Consf�tuirea a fost organizat� de Dl. Dr. Ing. H. V. H�lm�jan de al Universitatea Agronomic� �i

Veterinar� Bucure�ti �i de Dl. Conf. Univ. Dr. Victor Ciupin�, prorectorul Universit��ii Ovidius din

Constan�a, în ale c�rei amfiteatre s-au desf��urat lucr�rile, deschise de Dl. Prof. Dr. H.C. Vasile

Cândea, pre�edintele Academiei Oamenilor de �tiin�� din România.

La toate aceste consf�tuiri, din partea ASOCIA�IEI BIOCOMBUSTIBILII ÎN ROMÂNIA

(ABR) au participat pre�edintele ABR, Prof. Dr. Doc. Ing. Trip�a Iosif, Dl. Dr. Ing. Antohe Ion, dl ing.

Cazan Lauren�iu.

În aprilie 2004, a avut loc la Weimar, în Germania, prima rund� de tratative cu grupul german

de firme, care au transmis oficial scrisoarea lor de inten�ie de a importa din România, începând cu

aprilie 2006, câte 80 000 tone de bioetanol pe lun�, timp de zece ani, cantitatea exportat� putând s� se

dubleze în acest timp.

A doua rund� de tratative a avut loc la Bucure�ti, în luna iunie, �i în prezent se preg�te�te

contractul cadru pentru întreaga opera�ie.

În cadrul celei de a doua Conferin�e Mondiale „Biomas� pentru energie, industrie �i protec�ia

climatului” (care a avut loc la Roma, în zilele de 10 – 14 mai 2004, cu peste 1200 participan�i din 70

��ri, inclusiv România) s-a desf��urat �i Adunarea de constituire a consor�iului mondial pentru

finan�area „Proiectului bioetanol produs în România din sorg zaharat”. Ini�iativa convoc�rii acestei


xxiv

adun�ri a apar�inut domnilor Dr. Ing. Giuliano Grassi, secretar general al EUBIA (Asocia�ia European�

pentru industrializarea biomasei), �i Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a, pre�edintele Asocia�iei

Biocombustibilii în România. Adunarea a fost onorat� de participarea unor personalit��i mondiale,

precum: H. Scheer, Pre�edintele World Council Renewable Energies; D. Richardson din U.S.

Department of Energy, Washington, D.C.; B. Utria, World Bank General Council; Prof. Dr. H. C. S.

Kyritos, pre�edintele Academiei Elene de �tiin�e Agronomice; Dr. R. N. R. Jaussen, vicepre�edintele

WIP Muenchen, RFG; Prof. Dr. Liu Ronghou, Ministerul Agriculturii din Regiunea N – E a Chinei;

Prof. Dr. N. Sviridov din Ministerul Rus al Industriei; L. C. C. Carvalho, Directorul CANAPLAN din

Brazilia; Dr. E. Tzimas din J. R. C. al Uniunii Europene �.a. Dup� o am�nun�it� �i temeinic� dezbatere

a principalilor indicatori �tiin�ifici, tehnici �i economici ai proiectului prezentat de cei doi ini�iatori,

adunarea a hot�rât înfiin�area Consor�iului pentru finan�area acestui proiect cu sediul la Bruxelles,

având ca Guvernator General firma francez� PARAGON LITWIN, copre�edin�i ai Consiliului Director

pe cei doi ini�iatori �i ca secretar general firma belgian� de avoca�i Berwin Leigton Paisner. S-a

hot�rât, de asemenea, ini�ierea subscrib�iei capitalului social în valoare de minimum 85 milioane euro,

din care viitorii asocia�i români au drept de preem�iune pentru participarea total� de 22 milioane euro

(reprezentând circa 50% din cheltuielile de 44 milioane euro ce se vor efectua în România, restul de 29

milioane euro reprezentând importul de ma�ini �i utilaje). Exercitarea dreptului de preem�iune al

viitorilor asocia�i români expir� la ora 24 în ziua de 7 iunie 2004.

Oferta se adreseaz� în special investitorilor din jude�ele Timi�, Arad, Oradea �i Satu Mare,

zon� în care se prefer� construirea sediului central al viitoarei biorafin�rii, obiectul proiectului

prezentat; precum �i investitorilor din jude�ele din sudul ��rii unde se vor construi câteva centrele

zonale. Sunt prefera�i membrii Asocia�iei Biocombustibilii în România. Atât biorafin�ria central�, cât

�i centrele zonale se vor afla în mijlocul unor planta�ii de sorg zaharat, fiecare pe câte o suprafa�� mai

mare de 20000 ha.

Ideea de baz� a proiectului este transformarea în viitorul apropiat a României din tradi�ionalul

prim exportator de benzin� din Europa în viitorul mare exportator european de bioetanol, poten�ialul

înlocuitor modern al benzinei.

În final s-a toastat, în cinstea construirii consor�iului financiar, cu câte o cup� dintr-un

excelent vin românesc, oferit de investitorul c�l�r��an Gh. Popescu.

Împreun� cu Dr. G. Grassi, Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a a participat la prezentarea oficial�

a programului Federa�iei Ruse pentru promovarea surselor regenerabile de energie, care a avut loc în

luna iunie la Râbinsk, 350 km la nord de Moscova. Scopul particip�rii acestora a fost atragerea

speciali�tilor ru�i în activitatea de punere la punct a unor tehnologii inovative, cu consum mic de


xxv

energie, necesare perfec�ion�rii fabrica�iei de etanol din sorgul zaharat în viitoarele unit��i finan�ate de

consor�iul înfiin�at la Roma �i înregistrat la Bruxelles. Mai multe institute de cercet�ri din Federa�ia

Rus� �i-au exprimat inten�ia de a participa la cercet�rile preconizate. Aceea�i inten�ie �i-au exprimat-o

valoro�i cercet�tori canadieni cu ocazia discu�iilor special organizate pe acest subiect în ora�ul

Montreal, la sfâr�itul lunii august 2004.

În cadrul mesei rotunde, organizate în data de 23 septembrie 2004, la Institutul Na�ional de

Cercetare - Dezvoltare pentru Chimie �i Petrochimie – ICECHIM, din Bucure�ti, cu tema „Cultura �i

Industrializarea Total� a Sorgului Zaharat” s-au dezb�tut aprofundat toate posibilit��ile de

îmbun�t��ire a principalelor procese tehnologice, subliniindu-se necesitatea valorific�rii tuturor

subproduselor �i a func�ion�rii instala�iilor industriale tot timpul anului (nu numai în perioada de 90 de

zile a recolt�rii sorgului) pentru ieftinirea costului etanolului carburant.

Acelea�i probleme, sintetizate în mod corespunz�tor, au fost prezentate într-un atelier de lucru

organizat în luna octombrie în cadrul Institutului pentru energie al Uniunii Europene, situat în

localitatea Petten, în Olanda. Cu aceast� ocazie, s-a hot�rât constituirea unei echipe europene de

cercet�tori care s� întocmeasc� o propunere de proiect pentru producerea, în România, a etanolului din

sorg zaharat, în vederea ob�inerii unor fonduri europene pentru cercetare, dezvoltare �i inovare.

În iunie 2004, sub egida ASOCIA�IEI BIOCOMBUSTIBILII ÎN ROMÂNIA s-a ini�iat

ac�iunea na�ional� „Aer curat în toate ora�ele României”, s-a lansat chemarea c�tre to�i factorii de

decizie din societatea civil� �i din administra�ia central� �i local� pentru aderarea la coali�ia care va

determina refacerea aerului curat �i s�n�tos în toate ora�ele României. În data de 16 noiembrie 2004 s-

a ob�inut hot�rârea judec�toreasc� pentru acordarea personalit��ii juridice c�tre aceast� coali�ie. Între

timp, organizarea coali�iei a fost adus� la cuno�tin�a celor 240 coali�ii similare din toat� lumea.

Urmarea s-a produs destul de repede prin invitarea prim�riilor din Bucure�ti, Cluj-Napoca �i Constan�a

s� participe la un program demonstrativ al mai multor ora�e europene pentru trecerea treptat� la

folosirea carburan�ilor alternativi pe taxiuri �i autobuze. De asemenea, Asocia�ia Biocombustibilii în

România �i Coali�ia au fost invitate s� participe activ la mi�carea european� a „ora�elor cu

biocarburan�i” („Biofuels Cities”). În conformitate cu protocolul încheiat la Beijin, China, în luna

noiembrie, a început colaborarea Asocia�iei Biocombustibilii în România cu Institutul de Cercet�ri

Agronomice al Academiei de Agricultur� �i Silvicultur� din Hebei. La început, se vor face schimburi

de semin�e �i documenta�ii �tiin�ifice privind sorgul zaharat. În viitor, se preconizeaz� �i activit��i

practice comune.


xxvi

Cele mai importante sunt îns� rezultatele practice. În 2004, s-au cultivat peste 800 ha cu sorg

zaharat, folosind toat� s�mân�a existent� la Institutul de plante tehnice Fundulea, în scopul principal de

a produce s�mân�� pentru culturile mari viitoare. S-a ob�inut s�mân�� pentru 70 000 ha.

Tot în 2004 s-a recoltat s�mân�� de rapi�� de pe 5 000 ha (din care 3000 ha în Insula Marea a

Br�ilei, unde s-au ob�inut 3 600 kg s�mân�� la hectar, cu 20% mai mult decât media european�). În

septembrie 2004, s-a îns�mân�at rapi�� de toamn� pe 8 000 ha (din care 6 000 ha în Insula Mare a

Br�ilei ).

Se poate spune c� activit��ile Asocia�iei Biocombustibilii în România au avut un bun început.

Judecând îns� dup� num�rul mare de vizitatori care au studiat exponatele noastre despre biocarburan�i,

din standurile Asocia�iei Biocombustibilii în România de la expozi�ia IndAGRA, de la ROMEXPO,

din luna noiembrie, rezultatele viitoare vor fi �i mai bune.

I. Aspecte generale

1

CAPITOLUL I ASPECTE GENERALE

1. Biocarburan�ii - stadiul actual �i de perspectiv�

Biocombustibilii sunt alcooli, eteri, esteri �i alte substan�e chimice ob�inute din biomasa

celulozic�, cum ar fi plantele ierboase �i lemnoase, reziduurile forestiere �i agricole, precum �i o mare

parte din reziduurile industriale �i municipale [1].

În prezent, are loc o cre�tere continu� a utiliz�rii biocombustibililor din transport

(biocarburan�i) în multe regiuni ale lumii, respectiv în Europa, America de Nord �i America de Sud.

În mod curent, se folose�te, anual, un total de aproximativ 25 miliarde de litri de

biocombustibili. Aceast� cre�tere se datoreaz� nu numai aspectului practic, dat de utilizarea lor în

autovehicule, ci �i abord�rii biocombustibililor din punct de vedere politic.

Biocarburan�ii sunt practici deoarece ei sunt u�or de folosit în parcul de autovehicule

existente. Biocarburan�ii, care includ etanolul, ETBE-ul (etil-ter�iar butil-ester) �i biodieselul, sunt, în

mod obi�nuit, amesteca�i cu benzin� sau motorin� ob�inut� din petrol. Amestecuri, având concentra�ii

sc�zute de biocarburan�i, respectiv de aproximativ 5 – 20%,, sunt complet compatibile cu parcul de

ma�ini moderne. Amestecurile ce con�in concentra�ii mai mari de biocarburan�i, cum ar fi amestecurile

cu 85% etanol, sunt, de asemenea, u�or de utilizat în a�a numitele vehicule „cu combustibil flexibil”.

Modific�ri relativ minore, la sistemul combustibil, permit utilizarea unei variet��i de amestecuri

combustibile, f�r� modific�ri exterioare.

În anumite zone, etanolul sau biodieselul sunt folosi�i drept combustibili f�r� a fi amesteca�i

cu produse petroliere. Indiferent de starea în care se afl� biocarburan�ii, respectiv nediluat sau în

amestec, ei reprezint� o oportunitate, în viitorul apropiat, de înlocuire a produselor petroliere, în

vehiculele existente.

Biocombustibilii sunt privi�i �i din punct de vedere politic. În acest sens, în prezent, exist� trei

orient�ri politice majore:

• Aspectele legate de mediu.

• Siguran�a energiei.

• Beneficiile economice.


2

Aspectele privind mediu înconjur�tor

Beneficiile legate de mediu reprezint� un factor determinant în sus�inerea biocombustibililor.

Biocombustibilii sunt resurse regenerabile care ajut� la reducerea, în atmosfer�, a emisiilor de dioxid

de carbon �i a altor gaze. În timpul fazei de cre�tere, plantele folosesc dioxidul de carbon din

atmosfer�. Biomasa este ulterior transformat� în biocombustibili �i ars� în vehiculele cu motor.

Numeroase evalu�ri ale ciclului de via�� ale biocarburan�ilor au confirmat c� utilizarea acestora va

reduce, în mod sigur, emisiile de dioxid de carbon. De asemenea, biocombustibilii aduc beneficii prin

reducerea emisiilor nedorite de la �eava de e�apament a automobilului. Prin ardere, biocarburan�ii duc

la mai pu�ine emisii de produse nedorite, cum ar fi hidrocarburile nearse �i monoxidul de carbon.

Capacitatea biocombustibililor de a satisface obiectivele interna�ionale, cu privire la reducerea

gazelor care contribuie la modific�rile globale de mediu �i la îmbun�t��irea calit��ii aerului la nivel

local, reprezint� o for�� major� care contribuie la extinderea interna�ional� rapid� a biocarburan�ilor.

Siguran�a energiei

Biocombustibilii ob�inu�i din plante regionale sau locale asigur� o surs� sigur� de

combustibili pentru autovehicule. Ace�ti combustibili sunt oarecum izola�i de incertitudinile �i

întreruperile de furnizare care pot ap�rea din cauze politice interna�ionale. De asemenea,

biocarburan�ii, prin reducerea costurilor pentru energia importat�, contribuie la siguran�a energiei

na�ionale.

Beneficiile economice

Beneficiile economice includ crearea de locuri de munc�, crearea oportunit��ilor de dezvoltare

pentru comunit��ile locale, precum �i capacitatea na�iunilor de a cupla eficient politicile agricole cu

producerea de energie. În concluzie, industria de bioenergie �i cea a biocombustibililor asigur� condi�ii

pentru cre�terea economic� local� �i regional�, care la rândul ei sus�ine politica na�ional�.

1.1. Politicile �i reglement�rile în domeniul biocarburan�ilor

În prezent, costurile biocarburan�ilor sunt mai mari decât ale produselor corespunz�toare

ob�inute din petrol. În tabelul I.1 sunt comparate pre�urile vânz�rilor angro ale etanolului �i ale

biodieselului cu pre�urile echivalente ale motorinei �i petrolului. Aceste pre�uri sunt date pentru

cantit��i foarte mari de combustibil la poarta rafin�riei sau a fabricii, în SUA, iunie 2002. Costurile

I. Aspecte generale

3

reale au variat semnificativ în timp, a�a c� cifrele din tabel ar trebui aproximate. Cu toate acestea,

pre�urile bioproduselor sunt mai mari, în ambele cazuri, decât ale produselor petroliere.

Tabel I.1.

Compara�ie între pre�urile angro ale biocarburan�ilor �i ale combustibililor petrolieri

Combustibil Pre�, $ SUA/L, iunie 2002

Etanol din porumb 0,28

Benzin� calitate medie 0,20

Biodiesel 0,34

Motorin� din petrol 0,18

��rile care recunosc beneficiile pe care le aduc biocombustibilii au legiferat o serie de politici

�i de reglement�ri în domeniul biocombustibililor. Cel pu�in, pe termen scurt, aceste politici �i

reglement�ri sunt cruciale în asigurarea intr�rii biocombustibililor în competi�ia de pia��. De�i, detaliile

unor astfel de politici variaz� foarte mult, în general ele se bazeaz� pe una dintre urm�toarele aspecte:

• Politicile de taxe.

• Politicile agricole.

• Calit��ile de combustibil.

Politicile care au la baz� taxele se refer�, în general, la reducerea accizelor pentru carburan�i.

Biocarburan�ii în amestec sau nedilua�i sunt supu�i unor taxe mai mici decât combustibilii

petrolieri. Reducerea taxelor pe carbura�i fac ca pre�ul acestora la pomp� s� fie la fel sau asem�n�tor cu

cel al combustibililor petrolieri.

În func�ie de felul în care este structurat� politica de taxe, reducerile relativ mici de taxe ale

carburantului pot duce la rezultate semnificative în încurajarea dezvolt�rii biocarburan�ilor. De

exemplu, politica de taxe, aplicat� în America de Nord, a fost eficient� în cre�terea utiliz�rii etanolului

în motoarele diesel.

Politicile agricole au fost, de asemenea, folosite, în unele zone pentru reducerea pre�ului

biocombustibililor. În aceste ��ri, creditele pentru agricultur� au fost acordate pentru cre�terea de

biomas� pe pârloage. Politicile care reduc efectiv costul biomasei, ca materie prim�, fac posibil�

reducerea costului biocarburan�ilor.

Politicile agricole au fost folosite mult mai mult în Europa. Fran�a, de exemplu, utilizeaz�

carburan�i care con�in o anumit� cantitate minim� de biocarburant. De asemenea, în Brazilia benzina

con�ine cel pu�in 22% etanol. �i Uniunea European� a propus alternativa acestui combustibil pentru


4

statele sale membre. Înlocuirea combustibilului conven�ional cu cel ob�inut din biomas� este discutat�

�i în alte zone, cum ar fi America de Nord.

2. Tipuri de biocarburan�i existen�i

2.1. Etanolul �i ETBE

În momentul de fa��, etanolul este cel mai utilizat biocombustibil, din care se folose�te, drept

carburant anual în întreaga lume, aproximativ 20 miliarde litri.

O prezentare pe scurt a utiliz�rii etanolului este f�cut� în tabelul I.2.

Tabel I.2.

Utilizarea etanolului drept biocarburant, milioane de litri/an

Regiune Utilizare etanol

Milioane litri/an Procent din totalul de benzin�

America de Nord

Canada 240 0,7

USA 8.000 1,8

Europa

Fran�a 120 0,6

Spania 100 1,0

Suedia 60 1,3

Brazilia 13.000 20 - 24

În America de Nord �i Sud, precum �i în unele zone din Europa, etanolul este folosit, în mod

obi�nuit, în amestecuri cu benzina unde se afl� în concentra�ii de 5 – 20% (E5 pân� la E20).

În Fran�a �i Spania, etanolul este folosit pentru producere de ETBE, care se amestec� cu

benzina în concentra�ii care ajung pân� la 10%. Cantit��i limitate de amestecuri, ce con�in concentra�ii

superioare de etanol (85%), sunt folosite în unele regiuni. E85 este folosit în vehiculele cu combustibil

flexibil, în sisteme cu injector de combustibil, capabil s� func�ioneze cu amestecuri formate din

benzin� petrolier� �i etanol (pân� la E85) sau cu orice amestec.

În Brazilia se utilizeaz� în automobilele obi�nuite atât amestecuri de etanol cu benzin� din

petrol (E22), cât �i etanol cu ap� f�r� benzin� în vehicule modificate în acest scop.

I. Aspecte generale

5

2.2. Biodieselul

Biodieselul este cel de-al doilea biocarburant folosit în prezent. Capacitatea de produc�ie

actual� pentru biodiesel este de un miliard de litri/an. Aceasta reprezint� o cre�tere spectaculoas� fa��

de anul 1990 când nu se produceau cantit��i importante de biodiesel.

O prezentare, pe scurt, a capacit��ii de produc�ie a biodieselului este f�cut� în tabelul I.3.

Tabel I.3.

Capacitatea de produc�ie a biodieselului, la nivelul anului 2002, milioane de litri /an

Regiune Capacitate de produc�ie, milioane litri/an

America de Nord

Canada < 1

SUA 22

Europa

Austria 22

Belgia 90

Italia 275

Germania 230

Suedia 11

Biodieselul este ob�inut prin esterificarea unor uleiuri vegetale, cum ar fi uleiul de soia, rapi��,

mu�tar sau esterificarea resturilor de gr�sime provenit� din prepararea produselor alimentare.

Biodieselul rezultat poate fi amestecat cu motorin� (amestecuri B2 pân� la B20 ) sau poate fi folosit ca

atare (B100), înlocuind, astfel, complet motorina.

Viabilitatea acestui combustibil a fost demonstrat� cu succes prin num�rul de kilometrii

parcur�i pe �osea. Munca intens�, f�cut� pentru standardizarea �i controlul calit��ii acestui produs, a

ajutat la acceptarea sa pe pia��.

În prezent, biodieselul este folosit în Europa �i ca o un combustibil regenerabil pentru

producere de c�ldur� �i energie. Cifrele din tabelul 3 includ utiliz�rile biodieselului drept carburant �i

combustibil.

În ultimii ani, a avut loc o cre�te spectaculoas� a produc�iei de biodiesel. Aceast� cre�tere se

a�teapt� s� continue datorit� cererii m�rite pentru motorina cu con�inut mic de sulf.


6

2.3. Biogazul

Biogazul este cel de-al treilea biocarburant folosit în prezent, dar utilizarea sa este mult mai

limitat� decât cea a etanolului �i a biodieselului.

Biogazul, compus în special din metan �i dioxid de carbon, este ob�inut în timpul digestiei

anaerobe a biomasei.

Metanul poate fi comprimat �i utilizat în vehicule care folosesc gazul natural.

În acest moment, în Europa, biogazul se folose�te într-un num�r limitat de zone. De exemplu,

în Suedia, sta�iile de umplere din unele ora�e furnizeaz� biogaz comprimat provenit din gropile de

gunoi.

3. Poten�ialul biocarburan�ilor �i cerin�ele viitoare

Cre�terea rapid� a utiliz�rii biocombustibililor, respectiv a biocarburan�ilor, se a�teapt� s�

continue. Combinarea beneficiilor economice, ale mediului �i ale siguran�ei energiei, care rezult� din

utilizarea biocombustibililor, atrage interesul �i suportul popula�iei, dar �i al multor guverne.

Drept rezultat al acestui interes, este probabil ca utilizarea biocarburan�ilor s� creasc�, în

America de Nord �i Europa, la aproximativ 5 – 10 % din totalul amestecului carburant. În anumite

zone, �i pe termen mai lung, pot fi fezabile niveluri mai ridicate de utilizare a biocarburan�ilor. De

exemplu, în Brazilia se folose�te peste 20% biocarburant în benzin�.

Orientarea spre utilizarea crescut� a biocarburan�ilor va necesita �i schimb�ri referitoare atât

la biomasa folosit� drept materie prim�, cât �i la tehnologiile de conversie utilizate pentru fabricarea de

biocombustibili. În mod sigur, este foarte important� utilizarea în continuare a porumbului, zah�rului �i

a culturilor de semin�e oleaginoase. În plus, în afara acestor materii prime, trebuie s� aib� loc �i

cre�terea altor surse de materii prime, cum ar fi biomasa lemnoas�, iarba �i alte culturii destinate

ob�inerii de energie. Aceste noi resurse vor contribui atât la evitarea conflictelor poten�iale, care pot

ap�rea între produc�torii de combustibil �i de hran�, din surse agricole, cât �i la cre�terea poten�ialul

general de înlocuire a petrolului.

Deoarece caracteristicile fizico-chimice ale materiilor prime mai noi sunt diferite de cele ale

resurselor tradi�ionale, vor fi necesare tehnologii noi de prelucrare. Pe o perioad� mai mare de timp,

vor fi, de asemenea, posibile orient�ri spre noi biocombustibili �i noi c�i de produc�ie.

Pe termen scurt, trebuie s� înceap� orientarea spre utilizarea crescut� a materialelor

lignocelulozice. În prezent, are loc o cercetare intens� referitoare la tehnologiile de conversie biologic�

a materialelor lignocelulozice în etanol. În ultimele dou� decenii, au fost înregistrate progrese în

I. Aspecte generale

7

domeniul cercet�rii, iar conceptele de conversie se apropie de etapa de demonstra�ie. La nivel

industrial, are loc o adaptare a instala�iilor existente la noua tehnologie sau construirea de noi instala�ii

în scop demonstrativ.

În viitorul apropiat, este important s� se ia în considera�ie ceea ce poate fi numit� „genera�ia

viitoare” de biocombustibili. Ace�ti biocombustibili vor fi produ�i prin procese mai eficiente de

transformare a carbonului din biomas� în combustibili lichizi.

Se urm�re�te utilizarea unor noi tehnologii mai eficiente de producere a biocombustibililor

existen�i sau ob�inerea unor biocombustibili complet noi. Exemple de procese poten�ial mai eficiente

includ producerea de etanol prin c�ile biologice �i termice sau dezvoltarea unor tehnologii noi de

ob�inere a gazului de sintez� pentru ob�inerea din biomas� a produselor diesel mai ieftine.

Conversiile cu eficien�e îmbun�t��ite sunt importante pentru a ridica la maxim producerea de

biocombustibili dintr-o anumit� cantitate de biomas�.

Exemple de combustibili noi includ produse, cum ar fi dimetil-eter (DME) sau metil-

tetrahidrofuran (MTHF). Acestea sau alte produse pot în viitor conferi motorului performan�e

îmbun�t��ite.

În viitorul mai îndep�rtat, s-ar putea, de asemenea, utiliza drept carburant hidrogenul ob�inut

din biomas�. În momentul de fa��, produc�torii de vehicule au dezvoltat celule combustibile robuste

pentru vehiculele din subteran �i au f�cut un num�r restrâns de demonstra�ii cu aceast� tehnologie.

Urmeaz� s� se stabileasc� dac� vehiculele cu celule combustibile vor folosi hidrogenul sau dac� se vor

folosi combustibili lichizi boga�i în hidrogen, cum ar fi metanolul sau etanolul. În fiecare situa�ie

biomasa poate fi folosit� ca resurs� de baz� pentru producerea acestui biocombustibil.

Bibliografie

D. J. Stevens, Status and prospects of biofuels for transportation, Proceedings of the Twelfth

European Biomass Conference, Amsterdam, 17 – 21 june, 2002.


8

II. Procese �i tehnologii de ob�inere a biocarburan�ilor

9

CAPITOLUL II PROCESE �I TEHNOLOGII DE OB�INERE A BIOCARBURAN�ILOR

1. Procese �i tehnologii de ob�inere a bioetanolului prin fermentare aerob�

1.1. Aspecte generale

Utilizarea etanolului drept carburant este în continu� cre�tere în întreaga lume dintr-o serie de

motive: scade dependen�a de importul combustibilului fosil, reduce poluarea aerului �i schimbarea

climei globale produs� de efectul de ser� �i creeaz� noi locuri de munc�. De asemenea, spre deosebire

de benzin�, etanolul este un combustibil oxigenat cu un con�inut de 35% oxigen, care reduce atât

particulele de suspensie în aer, cât �i emisiile de NOx rezultate din combustie [1].

În 1970 Compania American� de Petrol �i alte câteva companii importante de petrol americane

au început s� comercializeze etanolul ca adaos la benzin� pentru cre�terea cifrei octanice [2]. Etanolul

a fost amestecat direct cu benzina în urm�toarele concentra�ii: 10% etanol �i 90% benzin�. Acest

amestec se g�se�te sub numele de gazohol.

În 1978, Congresul American a aprobat Actul pentru Promovarea Energiei Na�ionale, care

prevede exonerarea de la taxele federale pentru benzina care con�ine 10% alcool. Aceast� subven�ie

federal� a redus costul etanolului la nivelul apropiat de cel angro al benzinei, f�cându-l astfel rentabil

ca un component în amestec cu benzina.

Cre�terea produc�iei de etanol s-a m�rit substan�ial datorit� introducerii stimulentelor pentru

produc�tori. Astfel, produc�ia de etanol a crescut de la 45,5x106 litri în 1979 la 796x106 litri în 1980.

Începând cu 1980 produc�ia de etanol a crescut cu aproximativ 12% pe an ajungând la 6,36 x

109 litri în 1998 (figura II.1.).

În 1990, Congresul american, prin Amendamentele Actului pentru Aerul Curat, a favorizat

folosirea combustibililor oxigena�i (cu un minim de 2,7% oxigen, în volum) în SUA, în lunile de iarn�,

pentru reducerea dioxidului de carbon. Pentru cre�terea nivelului de oxigen al benzinei se utilizeaz�

amestecul de benzin� cu metil-ter�-butil-eter sau cu etanol. Deoarece etanolul are un con�inut mai

ridicat de oxigen decât metil-ter�-butil-eterul, este nevoie de numai jum�tate din volumul necesar,

pentru a ob�ine aceea�i cantitate de oxigen în benzin�. Aceasta permite etanolului (care este mai scump

decât metil-ter�-butil-eterul) s� intre în competi�ie cu metil-ter�-butil-eterul în lunile de iarn�.


10

Din p�cate, volatilitatea mare a etanolului limiteaz� utilizarea sa în perioada c�lduroas�, deoarece

vaporii de etanol pot contribui la formarea ozonului otr�vitor.

Etanolul poate fi fabricat sintetic din petrol sau prin conversia microbian� a biomasei prin

procesul de fermenta�ie. În 1995, aproximativ 93% din etanolul de pe glob a fost produs prin

fermenta�ie �i numai restul de 7% prin metoda sintetic�.

Procesul de fermenta�ie, în general, cuprinde 3 etape:

1. Ob�inerea unei solu�ii de glucide fermentescibile.

2. Fermentarea glucidelor la etanol.

3. Separarea �i purificarea etanolului, care se face, de obicei, prin distilare.

Fabricarea etanolului din porumb este o tehnologie matur�, care, probabil, nu mai permite

reduceri semnificative ale costurilor de produc�ie [2]. Substan�iale reduceri ale costurilor de produc�ie

pot fi, totu�i, posibile prin utilizarea materialelor lignocelulozice în locul porumbului. Unii produc�tori

de etanol au instala�ii care pot transforma materiile lignocelulozice, tratate în prealabil, cu acid

sulfuric, în glucide fermentescibile. De�i procesul este scump ini�ial, progresele ob�inute în

biotehnologie pot sc�dea substan�ial costurile de conversie.

Capacitatea de a produce etanol din biomas� la cost sc�zut va fi cheia fabric�rii etanolului la un

pre� competitiv cu cel al benzinei.

Figura II.1. Produc�ia etanolului drept combustibil în SUA în perioada 1980 - 1998


11

1.2. Materii prime utilizate în fabricarea etanolului

Materii prime glucidice

Fermenta�ia implic� folosirea microorganismelor care metabolizeaz� glucidele fermentescibile,

în cadrul procesului, ce se transform� în etanol. Aceste microorganisme pot consuma, în mod obi�nuit,

glucide cu 6 atomi de carbon, una dintre cele mai comune substan�e fiind glucoza. Prin urmare,

biomasa, care con�ine cantit��i mari de glucoz� sau precursori ai acesteia, este u�or de convertit în

etanol. Aceste materiale intr� în procesul de fabricare a produselor alimentare umane care, de obicei,

sunt prea scumpe pentru a fi folosite pentru producerea etanolului folosit drept combustibil.

Un exemplu de materie prim� bogat� în glucide este trestia de zah�r. Brazilia a dezvoltat

cu succes un program de fabricare a etanolului benzin� pornind de la trestia de zah�r, dintr-o serie de

considerente:(1) Brazilia, în mod tradi�ional, se baza pe importul de petrol pentru carburan�i, cu

impact asupra economiei ��rii; (2) Brazilia poate ob�ine cantit��i foarte mari de trestie de zah�r �i (3)

Brazilia s-a confruntat perioade întregi cu excesul zah�rului pe pia��.

Pentru fermentarea glucozei la etanol se folose�te drojdia de panifica�ie, Saccharomyces

cerevisiae, care, teoretic poate transforma 100 g glucoz� în 51,4 g etanol �i 48,8 g CO2. Practic, îns�,

microorganismele folosesc o parte din glucoz� pentru cre�tere �i, în consecin��, randamentul real este

mai mic de 100%.

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2

Alte materii prime bogate în glucide (denumite �i zaharide) includ sfecla de zah�r, sorgul

zaharat, unele fructe, amidonul �i lignoceluloza vegetal�.

Materii prime amidonoase

O important� materie prim� pentru ob�inerea etanolului este amidonul care este o substan��

format� din lan�uri lungi de molecule de glucoz�. Materialele amidonoase pot fi fermentate dup�

scindarea moleculelor de amidon în molecule simple de glucoz�.

Exemple de materii prime amidonoase folosite pentru fabricarea etanolului sunt: porumbul,

grâul, cartoful, cartoful dulce �i maniocul.

În 1990 au fost cultivate în lume aproximativ 475 milioane tone de porumb, din care 200

milioane tone în SUA. În jur de 8 – 9 milioane tone din porumbul din SUA a fost convertit în etanol.


12

În func�ie de tehnologie, o bani�� de boabe de porumb (36,35 litri) poate fi convertit în 9,4 – 10, 9 litri

etanol pur.

Materialele amidonoase necesit� o reac�ie de amestecare a amidonului cu apa (hidroliz�) pentru

scindarea amidonului în zaharuri fermentescibile (zaharificare). Pentru aceasta, amidonul amestecat cu

apa formeaz� o suspensie care este ulterior amestecat� �i înc�lzit� pentru ruperea pere�ilor celulari. În

timpul ciclului de înc�lzire sunt ad�ugate diferite enzime care rup leg�turile chimice dintre moleculele

de glucoz�.

La fel ca materiile prime glucidice �i cele amidonoase prezint� dezavantajul c� sunt scoase din

ciclul de producere a alimentelor umane �i, în consecin��, sunt scumpe.

Materii prime lignocelulozice

Exemple de materiale lignocelulozice sunt: hârtia, cartonul, lemnul �i alte materiale din plante

fibroase. Aceste materiale sunt, în general, foarte r�spândite. De exemplu, p�durile cuprind 80% din

biomasa globului. Fiind în cantitate mare �i neintrând în procesele de fabricare a produselor alimentare

umane, aceste materii prime sunt relativ ieftine �i, deci, accesibile pentru producerea etanolului

benzin�. Materialele lignocelulozice sunt formate din lignin�, hemiceluloz� �i celuloz�.

În general, lemnul con�ine cantit��i mari de lignin�, cu rol de suport structural al plantei, care

nu con�ine molecule de glucoz�. Ea, îns�, încapsuleaz� molecule de celuloz� �i hemiceluloz�

îngreunând hidroliza acestor molecule.

Molecule de celuloz� constau din lan�uri lungi de molecule de glucoz� la fel ca �i amidonul,

dar au o configura�ie structural� diferit� de acesta. Caracteristicile structurale împreun� cu încapsularea

dat� de lignin� fac hidroliza materialelor lignocelulozice mult mai dificil� decât a celor amidonoase.

Moleculele de hemiceluloz� sunt formate, de asemenea, din lan�uri lungi de molecule glucidice

de 6 �i 5 atomi de carbon.

Deoarece glucidele cu 5 atomi de carbon reprezint� un procent ridicat din zaharuri, recuperarea

�i utilizarea lor în fermenta�ia alcoolic� este important� pentru eficien�a �i economia procesului.

Recent, microorganisme speciale au fost modificate prin inginerie genetic� dobândind capacitatea de a

fermenta glucidele cu 5 atomi de carbon în etanol. Un astfel de exemplu îl reprezint� microorganismul

(patent, SUA 5000000) produs de Universitatea din Florida care are capacitatea de a fermenta atât

glucidele cu 6 atomi de carbon, cât �i pe cele cu 5 atomi de carbon.


13

1.3. Tehnologia de ob�inere a etanolului din biomas� celulozic�

Dac� ob�inerea etanolului din surse bogate în glucide, cum ar fi porumbul, este un proces

simplu care are la baz� fermenta�ia glucidelor cu 6 atomi de carbon în etanol, cu ajutorul drojdiilor,

materialele lignocelulozice (compuse din celuloz� �i hemiceluloz�) sunt mai dificil de convertit în

glucide fermentescibile.

În momentul de fa�� exist� dou� procese de baz� pentru ob�inerea etanolului prin fermenta�ie

pornind de la celuloz�: hidroliza acid� �i hidroliza enzimatic� cu variante pentru fiecare. Prin aceste

procese celuloza trebuie mai întâi convertit� la glucide �i apoi fermentat� la etanol (figura II.2). [2].

1.3.1. Hidroliza acid�

Exist� dou� tipuri de baz� ale procesului acid: hidroliza cu acid diluat �i hidroliza cu acid

concentrat, fiecare cu variante [1].

Procesele cu acid diluat sunt caracterizate de temperaturi �i presiuni ridicate, precum �i de

timpi de reac�ie de ordinul secundelor sau minutelor. Un exemplu de hidroliz� acid� const� în

utilizarea de celuloz� pur� �i acid sulfuric (concentra�ie 1%), într-un reactor cu flux continuu, la o

durat� de sta�ionare de 0,22 min �i o temperatur� de 2370C, când se ob�ine un randament de peste 50%

glucide. În acest caz, 0,9 t de lemn uscat va duce la aproximativ 189 litri etanol pur. Utilizarea

Figura II.2. Fabricarea etanolului din porumb �i celuloz�


14

temperaturilor �i presiunilor ridicate determin� folosirea unor materiale speciale, scumpe, pentru

construc�ia reactorului.

Cele mai multe procedee cu acid diluat sunt limitate la o eficien�� de recuperare a zaharurilor

de aproximativ 50%. Aceasta din cauza faptului c� exist� cel pu�in dou� reac�ii în timpul procesului.

Prima reac�ie transform� materiile celulozice în glucide, iar cea de-a doua degradeaz� glucidele în alte

substan�e chimice. Din p�cate, condi�iile care determin� desf��urarea primei reac�ii sunt valabile �i

pentru cea de-a doua reac�ie. Astfel, de îndat� ce molecule celulozice se scindeaz�, au loc rapid �i

reac�iile de degradare a moleculelor glucidice în alte produse, dintre care furfurolul reprezint� o parte

semnificativ�. Randamentul glucidelor scade nu numai din cauza transform�rii lor în al�i produ�i, ci �i

din cauz� c� furfurolul �i al�i produ�i de degradare pot omorî microorganismele de fermenta�ie.

Marele avantaj al procesului cu acid diluat este viteza mare de reac�ie care permite realizarea

unui proces continuu.

Deoarece, glucidele cu 5 atomi de carbon se degradeaz� mai repede decât cele cu 6 atomi de

carbon, o modalitate de a reduce degradarea este utilizarea unui proces în dou� etape. Prima etap� este

realizat� în condi�ii blânde pentru recuperarea glucidelor cu 5 atomi de carbon, în timp ce cea de-a

doua este realizat� în condi�ii mai dure pentru recuperarea glucidelor cu 6 atomi de carbon. Cu toate

acestea, degradarea glucidelor continu� s� fie o problem� �i cantit��ile de etanol sunt limitate la

aproximativ 272litri/t lemn uscat

Hidroliza cu acid concentrat utilizeaz� condi�ii relativ blânde de temperatur� �i presiune.

Presiunea procesului este cea care rezult� din pomparea materialelor dintr-un vas în altul [1]. Procesul

prezint� o etap� de pretratament cu acid diluat pentru separarea hemicelulozei �i a celulozei. În

continuare, biomasa este uscat� înainte de ad�ugarea acidului (sulfuric) concentrat. Se adaug� ap�

pentru diluarea acidului �i se înc�lze�te pentru punerea în libertate a glucidelor, rezultând un gel care

poate fi separat de reziduurile solide [2].

Avantajele hidrolizei cu acid concentrat sunt: eficien�� ridicat� de recuperare a glucidelor din

hemiceluloz� �i celuloz� (peste 90%); temperaturi �i presiuni sc�zute; utilizarea unor materiale relativ

ieftine, cum ar fi conducte �i bazine din poliesteri arma�i cu fibre de sticl�.

Dezavantajele hidrolizei cu acid concentrat sunt: proces cu vitez� relativ sc�zut�; utilizarea

unor mari cantit��i de oxid de calciu pentru neutralizarea acidului din solu�ia de zah�r; sulfatul de

calciu format creeaz� probleme legate de depozitarea de�eurilor.

Alte dezavantaje ale hidrolizei acide cu acid diluat sau concentrat:

- separarea �i concentrarea acidului complic� procesul;

- acidul sulfuric este foarte coroziv �i dificil de manipulat;


15

- ambele procese au loc la temperaturi ridicate (100 �i 2200C), care pot degrada glucidele,

�i, în cele din urm�, sc�zând randamentul de etanol.

O alt� abordare a hidrolizei acide, care trebuie luat� în considerare, este hidroliza în

contracurent care este un proces în dou� etape. În prima etap� materialul celulozic este introdus, cu

ajutorul unui transportor, într-un reactor orizontal cu flux paralel. Pentru a cre�te temperatura la 1800C

se introduce abur (nu se introduce deloc acid în aceast� etap�). Dup� o perioad� de sta�ionare de 8

minute, în timpul c�reia aproximativ 60% din hemiceluloz� este hidrolizat�, materialul este scos din

reactor �i introdus într-un reactor vertical care func�ioneaz� la 2250C. Aici are loc cea de-a doua etap�

a procesului. În continuare, se adaug� acid sulfuric diluat în reactor unde, virtual, toat� hemiceluloza

r�mas� �i, în func�ie de timpul de sta�ionare, 60 pân� la 100% din celuloz� sunt hidrolizate.

Procesul de hidroliz� în contracurent este mai avantajos din punct de vedere al costului decât

procesul cu acid sulfuric diluat. Laboratorul Na�ional de Energie Regenerabil� al SUA estimeaz� c�

acest proces permite atingerea unor randamente de glucoz� de 84%, o temperatur� de fermenta�ie de

550C, o cre�tere a randamentului de etanol la 95%, cu economii de aproximativ 0,12 cen�i pe m3.

1.3.2. Hidroliza enzimatic�

O alt� metod� de hidroliz� este hidroliza enzimatic� [1]. Pentru ca procesul enzimatic s� poat�

avea loc este necesar� o etap� de pretratament pentru scindarea structurii cristaline a lignocelulozei. În

felul acesta se îndep�rteaz� lignina �i se asigur� accesul enzimei la moleculele de celuloz� �i

hemiceluloz�. În func�ie de natura biomasei se pot aplica metode fizice sau chimice de pretratament.

Metodele fizice, care constau în m�cinare, iradiere, congelare sau utilizarea unor temperaturi �i

presiuni ridicate, necesit� consum ridicat de energie. Metodele chimice sunt pe baz� de solven�i.

Cel mai mare randament de ob�inere a etanolului se ob�ine prin hidroliza enzimatic� a celulozei

[2].

Enzima celulaza folosit� în momentul de fa�� în industria textil� �i cea de detergen�i,

înlocuie�te acidul sulfuric în etapa de hidroliz�. Celulaza poate fi folosit� la temperaturi mai sc�zute,

de 30 - 500C, care reduc degradarea glucidelor.

Îmbun�t��iri actuale ale procesului permit ca zaharificarea �i fermentarea s� aib� loc simultan.

În acest tip de proces, celulaza �i drojdia de fermenta�ie se adaug� în acela�i timp astfel încât glucidele

produse sunt transformate în etanol în aceea�i etap�. Pe termen lung, se a�teapt� ca tehnologia cu

enzime s� aib� cea mai mare rentabilitate.

Laboratorul Na�ional de Energie Regenerabil� al SUA estimeaz� o reducere a costului pentru

procesul enzimatic de 4 ori mai mare decât pentru procesul cu acid concentrat �i de 3 ori decât pentru


16

cel cu acid diluat. Realizarea unor astfel de reduceri ar necesita mic�or�ri substan�iale al costului actual

al produc�iei de celulaz� �i un randament crescut în conversia glucidelor, altele decât glucoza, în

etanol.

Îndat� ce hidroliza este realizat�, zaharurile rezultate trebuie fermentate la etanol. În urma

hidrolizei celulozei rezult� glucide cu 5 �i 6 atomi de carbon care nu pot fi u�or convertite de c�tre

microorganismele obi�nuite. Drojdiile ob�inute prin inginerie genetic� pot transforma glucidele la

alcool, dar din p�cate cu randamente mici. Urmeaz� s� se studieze dac� aceste drojdii pot fi f�cute

suficient de eficiente pentru a industrializa procesul.

Procesele cu acid diluat �i concentrat se desf��oar� pe termen scurt datorit� maturit��ii lor.

BC International a construit o instala�ie în Louisiana destinat� conversie bagasei (resturile de la

trestia de zah�r) în etanol prin procesul cu acid sulfuric diluat, de�i planul pe teren lung este de a

adapta instala�ia pentru un proces enzimatic.

Masada Resource Group utilizeaz� de�eurile solide municipale într-o instala�ie de etanol din

New York folosind procesul de hidroliz� acid� care poate fi mai bine adaptat� la sursele celulozice

eterogene decât procesul enzimatic.

Firma Arkenol construie�te o instala�ie comercial� în Sacramento, California, pentru

transformarea paielor de orez în etanol, utilizând hidroliza cu acid concentrat.

1.4. Exemple de proiecte europene pentru fabricarea etanolului benzin�

Spania: Fabricarea a 176000 t/an de bioetanol pentru ob�inerea de etil – ter�- butil-eter în

Spania [3]

Proiectul const� din trei activit��i principale:

1. Fabricarea a 226 000m3/an bioetanol în dou� instala�ii din Spania. Prima instala�ie, care

apar�ine firmei Ecocarburantes Espanolesse (Cartagena), este în func�iune cu o produc�ie de 126

000m3/an. Cea de-a doua instala�ie, construit� de Bioetanol Galicia SA în localitatea Curtis (Galicia),

este proiectat� s� produc� 126 000m3/an.

2. Fabricarea a 500 000 m3/an etil – ter�- butil-eter.

3. Comercializarea benzinei „curate” în aproximativ 78% din instala�iile de benzin� din Spania.

Acest proiect este, probabil, unul dintre cele mai mari din domeniul biobenzinei. El este o

realitate cu mare putere de convingere, deoarece se desf��oar� la scar� industrial�. Instala�ia din

Cartagena produce etanolul, iar rafin�riile din Puertollano, La Coruna �i Algeciras fabric� etil – ter�-

butil-eterul, care înlocuie�te benzina.


17

Italia: Ob�inerea bioetanolului din sorg zaharat

O echip� de cercet�tori italieni a demarat, în anul 2000, un proiect european integrat de

cercetare, la care particip� deocamdat� Italia �i China, proiect ce urm�re�te producerea pe scar�

industrial� a bio-etanolului din sorg zaharat [4].

Principalul obiectiv al acestui proiect european const� în acumularea cuno�tin�elor tehnice

necesare producerii etanolului, din sorg zaharat, deoarece s-a constatat lips� general� de informa�ii

know-how. Deoarece cultivarea sorgului zaharat este obi�nuit� în China, aceast� �ar� a oferit condi�ii

prielnice cercet�rii agricole, inclusiv selec�iei unor soiuri foarte productive.

Proiectul are în vedere faptul c� prelucrarea sorgului zaharat poate fi f�cut� cu tehnologiile

industriale existente, dar aplicarea acestor tehnologii este foarte inovatoare �i este nevoie de o

activitate de cercetare. În plus, posibilitatea ob�inerii din astfel de culturi a mai multor produse chimice

determin� un mare interes pentru clarificarea tuturor aspectelor tehnice privind cultivarea sorgului,

ob�inerea �i utilizarea energetic� a bioetanolului.

Multitudinea cuno�tin�elor din domeniul energiei �i agriculturii, experien�a industrial� �i

tehnologiile noi propuse pentru definirea complexului industrial de bioenergie reprezint� factorii cheie

ai proiectului.

Studiul de fezabilitate pentru proiect define�te fiecare etap� în parte pentru implementarea

complexului sistem de bioenergie:

• selec�ia soiurilor de sorg zaharat pentru producere de bioetanol;

• analiza întregul lan� industrial, pornind de la recoltarea materiei prime pân� la

producerea bioetanolului, a energiei �i c�ldurii simultane, precum �i a altor produse;

• identificarea celor mai bune configura�ii pentru amplasamentele marilor culturi de

sorg zaharat;

• analiza economic� aferent�, planul financiar al proiectului �i evaluarea impactului

asupra mediului, precum �i principalele reglement�ri legale.

Prin urmare, implementarea acestui proiect european necesit� un num�r mare de parteneri.

Pân� în momentul de fa�� exist� 13 parteneri din �ase ��ri �i trei continente, iar Asocia�ia

Biocombustibilii în România face demersurile necesare pentru realizarea la noi în �ar� a unei mari (20

000 ha) culturi de sorg zaharat.

Complexul de sorg zaharat integrat poate contribui la realizarea politicilor �i obiectivelor atât

a ��rilor membre sau candidate la UE, cât �i a ��rilor în curs de dezvoltare. Producerea energiei

regenerabile la un cost competitiv, diversificarea surselor de energie, producerea proteinelor vegetale

�i crearea de noi locuri stabile de munc� sunt obiective relevante pentru primul grup de ��ri. Lupta


18

împotriva s�r�ciei �i a �omajului, un fenomen tipic pentru zonele rurale �i cele izolate, precum �i

inovarea �i dezvoltarea tehnologiilor avansate sunt obiective importante pentru ��rile în curs de

dezvoltare.

S-au studiat o serie de scheme pentru ob�inerea bioenergiei din sorg zaharat, in Italia �i China.

S-au trecut în revist� cele trei amplasamente alese pân� în prezent �i s-au identificat suprafe�ele

adecvate pentru cultivarea sorgului, precum �i activit��ile de prelucrare industrial� corespunz�toare.

Au fost concepute dou� abord�ri diferite. Una dintre ele a urm�rit proiectarea unei scheme

generale la scar� mare care urmeaz� s� fie aplicat� în Basilicata (Italia) �i în Dongying (RP Chinez�),

în timp ce, cea de-a doua, a fost preg�tit� pentru Huhhot (RP China), unde s-au asociat mai multe

unit��i mici agricole, asociere posibil� în zonele rurale care dispun de soluri de calitate inferioar�.

Proiectul a demonstrat c� schema integrat� de ob�inere a benzinei este fezabil�, din punct de

vedere tehnic, pe baza tehnologiilor industriale existente, Aspectele economice ale proiectului sunt

favorabile, chiar dac� este nevoie de unele fonduri pentru a face investi�ia mai rentabil� economic. În

plus, combinarea produc�iei de bioetanol din sorg cu bioetanol din alte culturi creeaz� posibilitatea

utiliz�rii instala�iei de etanol pe tot parcursul anului �i, prin urmare, îmbun�t��e�te indicatorii

economici.

2. Procese �i tehnologii de ob�inere a biogazului

Fermentarea anaerob� asigur� posibilitatea ob�inerii de energie regenerabil� din de�euri

organice în locuri descentralizate. În afara faptului c� reprezint� o surs� de energie regenerabil�,

instala�iile de fermentare anaerob� au �i alte efecte pozitive, cum ar fi înt�rirea sistemului

managementului de reciclare cu bucl� închis�, reducerea emisiilor provenite din depozitarea

îngr��mântului natural �i producerea unui îngr��mânt organic valoros. Ele reprezint�, de asemenea,

�i o nou� surs� de venituri pentru fermieri. Din cauza unor obstacole care includ lipsa cadrului

legislativ �i a stimulentelor pentru poten�ialii investitori, în prezent, se folosesc mai pu�in de 1 % din

beneficiile poten�iale ale ferment�rii anaerobe. ��ri, precum Danemarca, Germania, Austria �i Suedia

promoveaz�, prin m�suri politice mecanisme eficiente, pentru ob�inerea biogazului din reziduurile

organice. Se apreciaz� c� fermentarea anaerob� reprezint� unul dintre elementele importante pentru

furnizarea în viitor a energiei durabile �i ecologice, reprezentat� de biogaz. Perioada necesar� pentru a

atinge acest scop este dependent� de cadrul legislativ din diferitele ��ri ale Uniunii Europene.


19

2.1. Importan�a biogazului

Prin asigurarea uneia dintre formele de energie regenerabil�, instala�iile de biogaz contribuie

la economisirea resurselor naturale. Pentru agricultur�, tehnologia de producere a biogazului are o

serie de avantaje importante, cum ar fi stocarea mai u�oar� a îngr��mântului organic, reducerea

mirosului, a oxidului de azot �i a emisiilor de metan. În plus, îngr��mântul natural lichid, pretratat

prin fermentare anaerob�, înlocuie�te îngr��mintele chimice �i pesticidele, contribuind, astfel, la

îmbun�t��irea calit��ii apei freatice.

Controlul mirosului �i al mu�telor: în fermentatoarele anaerobe se distrug compu�i nocivii din

îngr��mântul natural. În urma unui studiu s-a pus în eviden�� faptul c� în urma ferment�rii anaerobe a

fost redus mirosul îngr��mântului proasp�t cu 97%. De asemenea, con�inutul de material organic din

îngr��mântul fermentat este mai mic decât în cel nefermentat, limitând astfel înmul�irea mu�telor [5].

Producerea de energie: nu toate instala�iile de fermentare existente produc energie. În unele

cazuri, mirosul este îndep�rtat, dar gazul produs este ars. Utilizarea, îns�, a metanului pentru a produce

energie poate asigura o recuperare semnificativ� a banilor. De obicei, metanul, care reprezint�

aproximativ 55-70% din biogaz, este ars într-un generator pentru a produce electricitate, iar c�ldura

gazelor reziduale se folose�te pentru men�inerea temperaturii fermentatorului sau pentru înc�lzirea

apei. Cu o func�ionare eficient� a fermentatorului, o ferm� poate produce, în general, o cantitate de

energie de dou�-trei ori mai mare decât necesarul ei.

Valoare m�rit� de îngr��mânt a biosolidelor r�mase dup� fermentare. Substan�ele

biologice solidele r�mase dup� fermentarea anaerob� au un con�inut mai mare de azot, fosfor, potasiu

�i urme de elemente, decât al îngr��mântului nefermentat. De asemenea, azotul din substan�ele solide

se afl� mai degrab� sub form� mineralizat� (amoniu sau nitrat) decât sub form� organic�, fiind mult

mai accesibil plantelor, asem�n�tor azotului din îngr��mintele comerciale. Substan�ele solide pot, de

asemenea, fi compostate �i comercializate ca ameliorator de sol.

Distrugerea patogenilor �i a semin�elor de buruieni. Din cauza lipsei oxigenului �i a

temperaturii procesului de fermentare, cea mai mare parte a semin�elor de buruieni �i mai mult de 90%

din microorganismele patogene, cum ar fi E. Coli, sunt distru�i.

Uniunea European� sus�ine activ ideea cultiv�rii �i a utiliz�rii descentralizate a substan�elor

organice. Ca urmare, fermierii care produc biogaz vor avea o situa�ie mai bun� deoarece ei vor produce

nu numai hran�, ci �i energie (electricitate �i c�ldur�).[5].


20

2.2. Tehnologia de fermentare anaerob�

Fermentarea anaerob� reprezint� descompunerea bacterian� a materialelor organice în absen�a

oxigenului. În urma acestui proces rezult� un gaz, denumit biogaz, compus din metan �i dioxid de

carbon. În timpul procesului de fermentare anaerob� au loc urm�toarele patru reac�ii:

1. Hidroliza: polimerii mari sunt descompu�i cu ajutorul enzimelor.

2. Acidogeneza: fermenta�iile acidogene sunt cele mai importante, acetatul fiind principalul produs

final. De asemenea, se formeaz� acizi gra�i volatili împreun� cu dioxid de carbon �i hidrogen.

3. Acetogeneza: descompunerea acizilor volatili la acetat �i hidrogen.

4. Metanogeneza: acetatul �i hidrogenul sunt transforma�i în metan �i dioxid de carbon.

2.2.1. Concep�ia procesului de fermentare anaerob�

Concep�ia procesului de fermentare anaerob� este caracterizat� de patru principii prezentate în

figura II.3:

În timpul procesului de fermentare se disting, în special, dou� domenii diferite de

temperatur�:

• Temperaturi mezofile, care variaz� de la 25 la 350C.

Figura II.3. Cele patru principii ale concep�iei procesului de fermentare anaerob�


21

• Temperaturi termofile, care variaz� de la 49 la 600C.

Majoritatea instala�iilor de biogaz agricol func�ioneaz� la temperaturi mezofile. Temperaturile

termofile sunt aplicate, în special, în instala�iile de biogaz mari, centralizate, de cofermentare, unde

sunt necesare condi�ii sanitare mult mai stricte.

Modul de alimentare al fermentatorului poate fi continuu sau discontinuu.

În sistemele discontinue substratul proasp�t este introdus în vasul de reac�ie împreun� cu un

inocul de material fermentat. În timpul uneia din primele dou� zile materialul este aerat pentru

cre�terea temperaturii. În urm�toarele dou� sau trei s�pt�mâni, substratul este anaerob degradat, la

început cu o cre�tere zilnic� a produc�iei de gaz. Dup� ce a atins un maxim, dup� aproximativ 10 – 14

zile, produc�ia de gaz scade din nou pentru a atinge un platou ce se situeaz� la aproximativ jum�tate

din produc�ia maxim�. Pentru a compensa formarea nesta�ionar� a gazului, sunt puse în func�iune, în

paralel, trei sau patru fermentatoare, dar care sunt umplute în momente diferite.

O alt� form� de realizare a procesului discontinuu este reprezentat de sistemele de stocare. Ele

combin� tancul de fermentare �i cel de stocare într-un singur. Acesta este umplut încet cu îngr��mânt

natural proasp�t, în func�ie de cantitatea disponibil�. Avantajul acestui sistem îl reprezint� costurile

sc�zute. Problemele apar din pierderile mari de c�ldur� �i vitezele neuniforme de formare a gazului.

Sistemele cu acumulare �i curgere continu� (figura II.4) reprezint� instala�iile cele mai

Figura II.4. Instala�ie de biogaz: sistem cu acumulare �i curgere continu�


22

obi�nuite de fermentatoare pentru ob�inere de biogaz folosite în ferme. Îngr��mântul proasp�t curge în

fermentator în dat� ce este produs. Îngr��mântul natural fermentat este îndep�rtat periodic, în

momentele când este necesar pentru fertilizarea terenurilor agricole. Când nu este nevoie de acesta,

fermentatorul deverseaz� într-un bazin de p�strare care este acoperit cu o membran� de cauciuc, care

serve�te drept captator de gaz.

Un alt sistem popular este reactorul tanc având curgere continu�. Aici materia prim� este

pompat� regulat într-un fermentator, înlocuind un volum egal de material fermentat, volumul din

fermentator r�mânând constant. Majoritatea celor mai mici sisteme sunt alimentate o dat� sau de dou�

ori pe zi. Fermentatoarele mai mari func�ioneaz�, în cea mai mare parte, continuu cu intervale de

alimentare mai mici de o or�.

2.2.2. Tipuri de fermentatoare si sisteme de amestecare

Exist� câteva tipuri de fermentatoare si sisteme de amestecare

O instala�ie de biogaz implic� mai mult decât un vas de fermentare sau o groap� de b�legar,

ea este, de obicei, construit� din patru elemente:

1. Unitatea de produc�ie, care include fermentatorul anaerob, posibil un bazin de stocare

�i/sau o unitate de salubrizare �i sistemul de îndep�rtare a îngr��mântului natural.

2. Sistem de stocare �i purificare a gazului.

3. Echipament pentru utilizarea gazului �i a îngr��mântului.

Exist� nenum�rate tipuri de configura�ii pentru fiecare din cele patru elemente, unele dintre

cele mai r�spândite fiind prezentate în continuare.

Fermentatorul poate fi proiectat orizontal sau vertical. Fermentatorul orizontal are urm�toarele

avantaje: pot fi folosite agitatoare eficiente �i economice din punct de vedere energetic; substratul

proasp�t nu este amestecat cu substratul fermentat la cel�lalt cap�t al fermentatorului. Astfel, rezult�

cantit��i mari de gaz. Din motive tehnico-economice fermentatoarele orizontale au volume de maxim

200 – 300 m3.

Pentru instala�iile de biogaz cu volume de peste 300 m3 se folosesc, de obicei, fermentatoare

verticale. Acestea sunt construite, în general, din motive de securitate, din beton cu o sec�iune

transversal� rotund�. În compara�ie cu modelul orizontal, fermentatoarele verticale au avantajul unui

raport superior suprafa�� / volum. În felul acesta, cerin�ele materiale �i pierderile termice sunt reduse.

Un dezavantaj cheie este faptul c� nu se poate împiedica antrenarea materialului proasp�t introdus cu

materialul deja fermentat �i în curs de evacuare.


23

În figura II.5. sunt prezentate diferite tipuri de fermentatore �i sisteme de amestecare.

A. fermentator orizontal cu amestec�tor orizontal cu palete

B. fermentator vertical cu amestec�tor vertical cu palete

C. fermentator vertical cu amestec�tor elice reglabil

D. fermentator vertical cu amestec�tor elice pe un bra� pivotant

E. fermentator vertical cu amestecare hidraulic�

F. fermentator aerlift vertical

Într-un fermentator de biogaz agricol, substratul este, de obicei, amestecat în urm�toarele

scopuri:

• inocularea substratului proasp�t cu îngr��mântul fermentat

• distribu�ia c�ldurii pentru a realiza o temperatur� uniform� în tot fermentatorul

• evitarea(sau distrugerea) form�rii sedimentului �i spumei

• eliberarea bulelor de gaz re�inute de substrat

Dac� substratul nu este amestecat mecanic el tinde s� se separe, adic� se formeaz� un

sediment sau o mâzg� solid� la suprafa��. Aceast� mâzg� este dificil de îndep�rtat dup� ce s-a uscat în

timpul producerii continue de gaz.

În fermentatoarele mai mari se folosesc dou� sau trei amestec�toare amplasate la diferite

adâncimi ale fermentatorului. În instala�iile de dimensiuni mici, din motive economice, se instaleaz�

Figura II.5. Diferite tipuri de fermentatore �i sisteme de amestecare


24

numai un singur amestec�tor. Prin urmare, este important ca acesta s� fie reglabil în vederea

amestec�rii unui posibil sediment sau spume care se formeaz�.

Indiferent care este motivul pentru care este nevoie de amestecare in fermentator, viteza de

amestecare nu este important�. De obicei, se folosesc amestec�toare rotative încete cu rota�ii de 15-50

rpm. Nu toate tipurile de amestec�toare sunt la fel adaptate pentru toate substraturile posibile.

Amestec�toarele hidraulice �i pneumatice sunt limitate pentru substraturile diluate, cum ar fi dejec�iile

de porc cu mic poten�ial de formare a spumei. Pe de alt� parte, un amestec�tor orizontal cu palete este,

în special, conceput pentru dejec�iile de vite bogate în paie. Cele mai des folosite amestec�toare sunt

cele cu elice. Acestea permit cea mai flexibil� aplicare în func�ie de compozi�ia substratului, forma �i

dimensiunea fermentatorului. Singura limit� este dat� de temperatura pentru motoarele submerse.

Pentru o temperatur� de fermentare de peste 400C nu se realizeaz� o r�cire suficient�.

Dac� fermentatorul func�ioneaz� corespunz�tor, se îmbun�t��e�te calitatea gazului produs.

Pentru îndep�rtarea hidrogenului sulfurat, de obicei, este necesar� desulfurarea gazului. Astfel se evit�

coroziunea (care poate distruge unitatea integrat� de c�ldur� �i electricitate) �i formarea, dup�

combustie, a unor cantit��i ridicate de dioxid de sulf. În instala�iile de biogaz de la ferme, se folose�te

adesea metoda biologic� de îndep�rtare a hidrogenului sulfurat din gaz. Aceast� metod� se bazeaz� pe

capacitatea unor microorganisme, cum ar fi Thiobacillus oxidans, de a oxida sulfurile, transformând

hidrogenul sulfurat în sulf elementar �i sulfat. Pentru ca aceast� oxidare microbiologic� s� aib� loc

trebuie introdus aer în biogaz. De obicei, aerul necesar reac�iei este introdus direct în fermentator sau,

în unele cazuri, este introdus în vasul de p�strare a gazului sau într-o unitate special� de purificare a

gazului. Cantitatea de oxigen utilizat� în scopul amintit variaz� între 2 �i 6% din biogaz, în func�ie de

concentra�ia de hidrogen sulfurat. Pentru fermentatoarele mai mari (de ex. instala�iile centralizate de

fermentare anaerob�) se folosesc, adesea, scrubere biologice externe sau coloane chimice absorbante.

O alt� clasificare a fermentatoarelor anaerobe [5]

Bacteria care produce metanul se dezvolt� la temperaturii de 35 – 40,50C. Prin urmare,

fermentatoarele înc�lzite sunt produc�tori mult mai buni de metan decât cele neînc�lzite. Exist� patru

configura�ii de baz� pentru instala�iile de fermentare anaerob� din ferme: fermentatorul lagunar

acoperit, fermentatorul cu amestecare complet�, fermentatorul cu curgere în tran�e �i fermentatorul

anaerob cu trepte de temperatur�.

Fermentatorul lagunar acoperit. Fermentatorul lagunar acoperit este o simpl� lagun� de

îngr��mânt natural cu o copertin� impermeabil�. Copertina capteaz� gazul produs în urma

descompunerii îngr��mântului. Acest fermentator este adecvat îngr��mântului natural lichid ce

con�ine mai pu�in de 2% substan�e solide. Deoarece viteza de producere a metanului este func�ie de


25

temperatura ambiant�, acest fermentator nu este considerat eficient pentru producere de energie din

biogaz în zonele nordice. Cu toate acestea, fermentatorul lagunar acoperit este cel mai ieftin din cele

patru tipuri de fermentatoare �i este eficient în reducerea mirosurilor, chiar în zonele reci.

Fermentatorul cu amestecare complet�. Fermentatorul cu amestecare complet� este adecvat

pentru îngr��mântul natural cu un con�inut de 3 – 10% substan�e solide, cum ar fi dejec�iile, de porci

�i de vite, colectate prin sp�lare. Îngr��mântul este prelucrat într-un bazin înc�lzit aflat în / sau

deasupra p�mântului. Pentru men�inerea substan�elor solide în suspensie este necesar un amestec�tor

mecanic. Acest tip de fermentator este mai scump atât din punct de vedere al instala�ie, cât �i din punct

de vedere al func�ion�rii, decât un fermentator cu curgere continu� în tran�e.

Fermentatorul cu curgere continu� în tran�e. Fermentatorul cu curgere continu� în tran�e este

cel mai adecvat pentru îngr��mântul natural având un con�inut de 14% substan�e solide, cum ar fi

dejec�iile de la vite, colectate prin r�zuire. Materia prim� intr� prin unul dintre capetele fermentatorului

�i se descompune în timp ce aceasta se deplaseaz� prin fermentator. Nou� materie prim� introdus� în

fermentator împinge materialul vechi spre cap�tul de desc�rcare. Substan�ele solide grosiere din

îngr��mânt, pe m�sur� ce fermenteaz�, formeaz� un material dens lipicios, care limiteaz� separarea

substan�elor solide �i, care în final duce la formarea unei tran��. O copertin� impermeabil�, flexibil�

care acoper� digestorul, capteaz� biogazul rezultat în urma ferment�rii. În cazul unei digestii optime,

dureaz� dou�zeci de zile pentru trecerea complet� a unei tran�e prin digestor. Majoritatea

fermentatoarelor construite, în mod obi�nuit, sunt fermentatoare cu curgere în tran�e sau unele variante

ale acestora.

Fermentatorul anaerob cu trepte de temperatur�. Fermentatorul anaerob cu trepte de

temperatur� este o variant� a unui digestor cu amestecare complet�, dezvoltat recent la Universitatea

Statului Iowa din America. El este un reactor în dou� trepte utilizat pentru o recuperare optim� a

metanului din procesul de fermentare. Prima treapt� se desf��oar� la o temperatur� mai ridicat�

(57,20C), în timp ce cea de-a doua treapt� se desf��oar� la o temperatur� mai sc�zut� (350C). La fel ca

�i în cazul digestorului cu amestecare complet�, sistemul func�ioneaz� bine cu îngr��mânt natural mai

diluat. În compara�ie cu digestorul conven�ional cu curgere în tran�e, cercetarea ini�ial� cu acest tip de

reactor indic� o eliminare superioar� a mirosului, o reducere a spum�rii, o degradare superioar� a

substan�elor solide, precum �i caracteristici de deshidratare îmbun�t��ite, De asemenea, temperaturile

ridicate din prima treapt� omoar� mai mul�i agen�i patogeni, ducând la o calitate superioar� a

produsului solid. De�i sistemul acesta este promi��tor, exist� pu�ine date disponibile ob�inute în urma

test�rilor în câmp.


26

2.3. Stadiul actual �i perspectivele utiliz�rii biogazului

În cea mai mare parte, biogazul se folose�te în instala�iile integrate de c�ldur� �i energie sau

în cazul în care nu este posibil� racordarea la re�eaua electric�, se ob�ine c�ldur� prin arderea gazului

într-un cazan [6]. Pentru instala�iile mai mici de biogaz se utilizeaz�, în special, instala�ii integrate de

c�ldur� �i energie care folosesc drept combustibil atât biogazul, cât �i combustibilul diesel, în situa�ia

în care capacitatea electric� instalat� este mai mic� de 100 kWel. Aceste sisteme necesit� injec�ia a

aproximativ 8-10% combustibil diesel pentru aprindere �i sunt, prin urmare, capabile s� utilizeze

biogaz de o calitate variat�. Aplica�ii cu o utilizare mai eficienta a biogazului se ob�in cu motoarele

Otto pe gaz, care nu necesit� combustibil lichid �i au o eficien�� electric� superioar�. În viitorul

apropiat, celulele combustibile pe biogaz pot deveni eficiente comercial �i, în func�ie de legisla�ia

local�, racordarea biogazului la re�eaua na�ional� de gaze naturale reprezint� alternative posibile de

utilizare a acestuia (figura II.6.).

În momentul de fa��, num�rul aplica�iilor fermenta�iilor anaerobe, din Europa, este limitat. Cu toate

acestea, se poate afirma c� num�rul instala�iilor de fermentare anaerob� este extrem de ridicat, dar,

totu�i, insuficient. Calculele f�cute pe baza diferitelor studii, referitoare la poten�ialul din Germania, a

ar�tat c�, în mod obi�nuit, se folose�te mai pu�in de 1% din poten�ialul de fermentare anaerob� de la

ferme. În figura II.7 sunt se prezint� situa�ia utiliz�rii în Europa a instala�iilor de fermentare anaerob�

pentru ob�inere de biogaz. Cifrele provin de la partenerii din Re�eaua de Fermentare Anaerob�.

Figura II.6. Schema diferitelor posibilit��i de utilizare a biogazului


27

Argumentele pentru extinderea utiliz�rii ferment�rii anaerobe pentru producere de biogaz

sunt, în special, de protec�ia mediului înconjur�tor (figura II.8). Aceste argumente pot convinge

deciden�ii politici s� creeze condi�ii în care fermenta�iile anaerobe s� devin� viabile din punct de

vedere economic. Realizarea unui num�r mare de generatoare electrice pe baz� de biogaz în România,

dup� ce energia regenerabil� a devenit o important� for�� în Germania, va demonstra foarte clar dorin�a

noastr� de a ne alinia Uniunii Europene în utilizarea ferment�rii anaerobe pentru ob�inere de energie

regenerabil�, sub form� de biogaz, fiind necesar� �i la noi introducerea unei compensa�ii b�ne�tii

pentru energia produs� (figura II.9).

Figura II.7. Situa�ia utiliz�rii în Europa a instala�iilor de fermentare anaerob� pentru

ob�inere de biogaz (num�r instala�ii de biogaz)


28

Figura II.8. Evaluarea efectelor ferment�rii anaerobe asupra mediului în Germania


29

2.4. Aspecte economice �i legislative

Pentru introducerea cu succes a tehnologiei de fermentare anaerob�, pentru ob�inere de

biogaz, trebuie s� fie satisf�cute dou� cerin�e:

• fezabilitatea economic�

• fezabilitatea legislativ�

Fezabilitatea economic�

Instala�iile de fermentare anaerob� vor fi realizate numai dac� va fi favorabil un studiu de

fezabilitate care s� arate clar c� investi�ia financiar� va fi returnat� într-o perioad� rezonabil� de timp �i

c� sunt favorabile proiectului condi�iile în zona amplasamentului.

Deoarece instala�iile de fermentare anaerob� sunt sisteme complexe care sunt supuse unor

legi, ordonan�e �i reglement�ri, este foarte clar c� orice proiect trebuie s� fie aprobat de autorit��ile

locale.

Fezabilitatea din punct de vedere economic trebuie s� fie dovedit� prin costurile de realizare a

proiectului, costurile echipamentului tehnic �i costurile de func�ionare. De asemenea, trebuie s� se �in�

cont de veniturile ob�inute din vânz�rile de energie, de sc�derea costurilor pentru îngr��mânt, precum

�i de taxele de colectare a diferitelor de�euri organice.

Figura II.9. Num�rul instala�iilor de fermentare anaerob� pentru ob�inere de biogaz �i puterea

electric� instalat� în Germania pe baz� de biogaz (Sursa: Asocia�ia German� de Biogaz)


30

În acest stadiu de dezvoltare a procesului de fermentare anaerob� într-o instala�ie de biogaz,

speciali�tii caut� substraturi suplimentare din toate tipurile de reziduuri organice. Taxele de colectare

pe care ace�tia le primesc, în urma prelucr�rii acestor reziduuri, reprezint� un venit suplimentar care, în

unele cazuri, duc la succesul economic al instala�iei de fermentare anaerob�.

Cele dou� surse de venituri, respectiv subven�iile pentru instala�ie �i taxele de colectare pentru

reziduuri, nu reprezint� o surs� sigur� pentru o investi�ie economic� de 100 000 pân� la câteva

milioane de euro, în func�ie de m�rimea �i standardul tehnic al instala�iei. În consecin��, este foarte clar

c� pentru cre�terea cantit��ii de energie cu ajutorul fermentatoarelor anaerobe cea mai credibil�

garan�ie pentru electricitatea produs� este o compensa�ie fix� ,. Desigur c� pre�ul trebuie s� reflecte

costurile reale ale producerii acestui tip de energie regenerabil�. Legea German� a Energiei

Regenerabile, intrat� în vigoare în aprilie 2000, a pus bazele necesare securit��ii investi�iei. Cifrele din

figura II.9., referitoare la dezvoltarea centrelor de biogaz din Germania, reflect� clar efectul acestei

legisla�ii.

Dup� patru ani de aplicare in Germania a Legii Energiei Regenerabile a devenit o certitudine

faptul c� compensa�ia de 10,2 cen�i pentru 1 kWh nu acoper� costurile de produc�ie pentru centrele

mici de fermentare anaerob� cu o putere electric� instalat� mai mic� de 200 kWh. Prin urmare, situa�ia

economic� a instala�iilor de biogaz din ferme este adesea dependent� de prezen�a bioreziduurilor �i a

taxelor de colectare pl�tite pentru tratarea acestor materiale. În timp ce num�rul de instala�ii de biogaz

a crescut în ultimii ani, pia�a de�eurilor biologice a sc�zut. În consecin��, pentru moment, realizarea

multor astfel de centre de biogaz nu reprezint� un succes economic. În urma studiilor f�cute asupra

pre�ului electricit��ii provenite din biogaz, pentru a fi rentabile instala�iile mici de fermentare anaerob�

compensa�ia trebuie ridicat� pân� la 18,2 cen�i pe kWh.

Fezabilitatea legislativ�

În afara problemelor economice, realizarea unei instala�ii de biogaz de succes depinde foarte

mult de cadru economic. O astfel de instala�ie de fermentare anaerob� trebuie s� se supun� legisla�iei

care are în vedere managementul reziduurilor �i al materialului rezultat prin fermentare, emisiile de

gaze, racordarea electricit��ii la sistemul na�ional, precum �i sistematizarea �i siguran�a construc�iei.

Pân� acum, fermentarea anaerob�, în cele mai multe ��ri, nu este o form� binecunoscut� a

unui management adecvat pentru reziduuri �i aproape toate reglement�rile trebuie s� fie adaptate

necesit��ilor instala�iilor de biogaz.

Reglement�rile legislative difer� de �ar� la �ar�. Danemarca, care este un pionier în sectorul

trat�rii reziduurilor prin fermentare anaerob�, a creat primele reglement�ri în acest sector. În ultimii


31

ani, Germania, Austria �i Suedia promoveaz� tehnologia biogazului, folosind experien�a Danemarcei

pentru propriile reglement�ri.

O problem� general� este c� cea mai mare parte a acestor legi �i ordonan�e nu este adecvat�

necesit��ilor ferment�rii anaerobe. Punctele cheie ale managementului produsului rezultat prin

fermentare le reprezint� aspectele legate de mediu �i de igien�. Re�eaua European� de Fermentare

Anaerob� (o re�ea european� de profesioni�ti care lucreaz� în domeniul ferment�rii anaerobe) strânge

date referitoare la reglement�rile din fiecare �ar�.

Aplicarea tehnologiei de fermentare anaerob� într-o �ar� porne�te de la entuziasmul �i

ini�iativa celor interesa�i s� valorifice avantajele economice ale acestei tehnologii de producere a unei

energii regenerabile. În dat� ce instala�iile func�ioneaz� corect, urmeaz� convingerea politicienilor

pentru g�sirea subven�iilor publice necesare generaliz�rii folosirii acestei tehnologii utile societ��ii

umane.

Întrucât fermenta�ia anaerob� de ob�inere a biogazului are înc� un mare poten�ial referitor la

managementul reziduurilor �i la producerea de energie regenerabil� în întreaga Europ�, ne putem

a�tepta ca aceasta complicat� problem� s� fie dominat� de legisla�ia Uniunii Europeane.

În martie 2004, s-au discuta, la nivelul Uniunii Europene, dou� reglement�ri care vor avea un

impact asupra dezvolt�rii instala�iilor de fermentare anaerob� în Europa:

1. Reglement�ri sanitare referitoare la produsele secundare animale nedestinate consumului

uman (EG Nr. 1774/2002).

• Acestea sunt importante pentru: utilizarea gr�similor reziduale �i de flota�ie, de origine

animal�; aprovizionarea cu de�euri folosite drept co-substrat în fermentatoarele anaerobe.

Reglement�rile pentru centrele de biogaz privesc, de asemenea, tratamentul de

igienizare, pasteurizarea, cur��area �i dezinfectarea vehiculelor, precum �i activitatea de

laborator.

2. Documentul referitor la managementul reziduurilor biodegradabile.

• Acesta este important pentru tratamentul tuturor reziduurilor organice. Reglement�ri

pentru centrele de biogaz, respectiv: tipul de reziduu biologic utilizat ca substrat,

cantitatea �i calitatea materialului fermentat r�spândit pe câmp, condi�iile de autorizare,

cerin�ele de igienizare.

De asemenea, trebuie luate în considerare reglement�rile cu privire la siguran�a construc�iei �i

func�ionarea centrelor de biogaz. Unele ��ri, cum ar fi Austria, Belgia, Germania, Italia �i Elve�ia au

elaborat, deja, reglement�ri pentru sectorul de fermentare anaerob�. Experien�a diferitelor ��ri va


32

contribui la elaborarea unor legi interna�ionale de siguran�� pentru sisteme de fermentare anaerob� de

diferite m�rimi �i aplica�ii.

Concluzii

Fermentarea anaerob� deschide un poten�ial imens, putând deveni un furnizor foarte important

de energie regenerabil�. Efectele pozitive, ce au în vedere protec�ia mediului, efectele de structur� din

regiunile rurale �i siguran�a furniz�rii de energie, confer� ferment�rii anaerobe o valoare deosebit� care

este unic� în cadrul energiilor regenerabile.

Deoarece fermenta�ia anaerob� este înc� o tehnologie nou�, cadrul legislativ nu este înc�

adecvat nevoilor sale la nivel na�ional �i european. Pentru ca proiectele din domeniu s� se bucure de

succes, în afara reglement�rilor la nivel legislativ, trebuie s� se construiasc� �i o baz� economic�

solid�. Experien�a pozitiv� a aplic�rii legilor energiei regenerabile, din Germania, arat� c� o

compensa�ie fixat� pentru energia produs� duce la dezvoltarea durabil� a sectorului de fermentare

anaerob�.

3. Procese �i tehnologii de ob�inere a biometanolului

Metanolul derivat din biomas� este ob�inut în procesul de gazificare. Biomasa este convertit�

în gaz de sintez� care, la rândul s�u, este transformat în metanol. Din cei 4,5 x 106 m3 de metanol

produs anual în SUA, cea mai mare parte se ob�ine din gaz natural �i este folosit ca solvent, ca antigel

sau pentru sinteza altor substan�e chimice. Aproximativ 38% din metanol este folosit în transport în

amestecuri sau în benzina reformulat�.

Sistemele de energie actuale nefiind cicluri închise au o ac�iune d�un�toare asupra mediului

[7]. Recircularea dioxidului de carbon contribuie la reducerea emisiilor gazelor de ser�, precum �i la

reducerea consumului de combustibil fosil. Recircularea dioxidului de carbon, care se folose�te pentru

a ob�ine combustibilii lichizi, cum ar fi metanolul, este de interes deosebit pentru transportul rutier �i

pentru transportul intercontinental care folose�te energie regenerabil�.

În afara diferitelor surse de dioxid de carbon, pentru sinteza metanolului se pot folosi biomas�

�i diferite reziduuri.

Metanolul regenerabil poate fi utilizat, ast�zi, drept combustibil într-un motor cu combustie

u�or adaptabil sau, în viitor, în ma�ini care folosesc celule combustibile.


33

Deoarece transportul vehiculelor produce o parte important� din totalul emisiilor de CO2,

înlocuirea combustibililor din petrol fosil cu metanol regenerabil conduce la o reducere semnificativ� a

emisiilor în acest sector.

În continuare se prezint� trei variante ale procesului de sintez� a metanolului din gazul de

sintez� ob�inut din biomas� �i hidrogenarea ulterioar� a amestecului CO/CO2.

Deoarece procesul de gazificare a biomasei, în general, duce la un gaz de sintez� cu exces de

carbon (în special sub form� de CO2), se analizeaz� diferitele c�i de satisfacere a stoechiometriei

cerute de sinteza metanolului. Sunt examinate cerin�ele tehnice, eficien�a energetic�, randamentul

metanolului �i aspectele economice. Rezultatele sunt comparate cu cele ob�inute pentru generarea

metanolului din surse regenerabile, altele decât biomasa, care folosesc ca materie prim� CO2.

3.1. Aspecte tehnice ale ob�inerii biometanolului

În compara�ie cu procesul de gazificare pentru producere de electricitate, procesul de ob�inere

a metanolului din biogaz este limitat de prezen�a gazelor inerte (CH4, N2) care nu se convertesc în

timpul sintezei metanolului.

O cerin�� important� pentru compozi�ia gazului de sintez� este un con�inut ridicat de

hidrogen, deoarece o parte important� din biomas� este convertit� la CO2 în etapa de gazificare (CO2

necesit� 3 moli de hidrogen pentru hidrogenare �i ob�inere de metanol).

Raportul optim H2/CO în gazogen trebuie s� fie mai mare de 2.

Pentru sinteza metanolului exist� dou� c�i principale pentru ajustarea factorului

stoechiometric adecvat (raportul componentelor: H2, CO �i CO2) al gazului de sintez� ob�inut din

biomas�:

a) Separarea dioxidului de carbon din amestecul de gaze.

b) Ad�ugarea de hidrogen.

Un gaz de sintez� echilibrat (într-o compozi�ie corespunz�toare) este cerin�a principal� pentru

o conversie ridicat� a carbonului. Excesul de carbon, sub form� de CO2, poate fi îndep�rtat fie printr-

un proces de separare a unui gaz acid, fie prin ad�ugarea unei cantit��i adecvate de H2 pentru

hidrogenarea CO2.

S-a folosit un gazogen aloterm cu aburi având o capacitate de alimentare cu biomas� de 2 tone

pe or� (tehnologia exist� ast�zi). A fost ales un gazogen de aproximativ 10 MW deoarece satisface

obiectivul de a produce descentralizat combustibil din biomas� în cantit��i mai mici de 50 de tone.


34

Au fost studiate mai multe c�i de producere a oxigenului pentru gazificare �i de ajustare

stoechiometric� a gazului de sintez�.

3.1.1. Ob�inere de biometanol prin îndep�rtarea CO2-ului, utilizând hidrogen/oxigen ob�inut

electrolitic (V1)

În acest proces (varianta 1), oxigenul necesar în gazogen este generat într-o unitate de

electroliz�. S-a recurs la utilizarea combinat� a hidrogenului / oxigenului electrolitic

Hidrogenul produs în electrolizor poate fi folosit pentru ajustarea par�ial� a factorului

stoechiometric. Deoarece hidrogenul rezultat din electroliz� nu este suficient pentru conversia

complet� a carbonului, o parte din carbon trebuie îndep�rtat� sub form� de CO2.

O diagram� a fluxului acestui proces �i compozi�ia gazului de sintez� corespunz�tor sunt

prezentate schematic în figura II.10.

A�a cum se vede în figura III.3, mai mult de 60% din dioxidul de carbon format este eliberat

în atmosfer�, ceea ce înseamn� o conversie relativ sc�zut� a carbonului în metanol, cu o produc�ie de

1,2 t etanol pe or�.

Figura II.10. Diagrama fluxului tehnologic pentru sinteza metanolului cu hidrogen / oxigen

electrolitic �i îndep�rtarea CO2-ului (V1).


35

3.1.2. Ob�inere de metanol din biomas� �i hidrogen / oxigen electrolitic, f�r� îndep�rtare de

CO2 (V2)

În aceast� variant�, electrolizorul poate fi proiectat pentru a produce suficient hidrogen pentru

ajustarea corespunz�toare a stoechiometriei gazului de sintez�. În aceast� situa�ie nu este necesar�

îndep�rtarea dioxidului de carbon.

În compara�ie cu varianta 1, necesarul de electricitate va cre�te de aproximativ trei ori. Se

produce un exces de oxigen care poate fi folosit pentru tratarea apelor de canalizare, precum �i în alte

aplica�ii.

Cantitatea mare de CO2, care se separ� în procesul V1, este hidrogenat� în varianta 2 prin

furnizare de hidrogen electrolitic suplimentar.

Datorit� conversiei ridicate a biomasei în metanol, prin acest proces se ob�in cantit��i de dou�

ori mai mari de metanol decât în procesul V1.

O diagram� a fluxului acestui proces �i compozi�ia gazului de sintez� corespunz�tor sunt

prezentate schematic în figura II.11.

Figura II.11. Diagrama fluxului tehnologic pentru sinteza metanolului cu hidrogen / oxigen

electrolitic, f�r� îndep�rtarea CO2-ului (V2)


36

3.1.3. Ob�inere de biometanol cu separare de CO2 �i furnizare de oxigen printr-un proces de

adsorb�ie prin modificarea periodic� a presiunii (V3)

În aceast� variant�, oxigenul necesar este ob�inut printr-un proces de adsorb�ie care are loc

prin modificarea periodic� a presiunii (AMP) (figura II.12).

Pentru satisfacerea cantit��ii stoechiometrice de CO2 s-a inclus în proces o etap� de separare a

CO2-ului.

Dac� necesarul de energie electric� este mult mai mic decât în celelalte dou� variante

prezentate mai sus, produc�ia de metanol este substan�ial redus� din cauza separ�rii a 75% din CO2,

ceea corespunde unei separ�ri a carbonului de peste 50%.

Un alt dezavantaj al variantei V3 este concentra�ia mare de metan, de 17%, din gazul de

sintez� „echilibrat” care con�ine aproximativ 40% din puterea caloric� a gazului. Aceast� cantitate

mare de gaz inert nu este convertit� în unitatea de sintez� a gazului �i trebuie îndep�rtat� ca un gaz de

purjare.

În toate procesele, gazul de purjare este introdus în instala�ie pentru a produce vapori �i

c�ldur� pentru procesul de gazificare aloterm�.

Figura II.12. Diagrama fluxului tehnologic pentru sinteza metanolului cu separare de CO2 �i

furnizare de oxigen printr-un proces de adsorb�ie prin modificarea periodic� a presiunii (V3)

AMP – adsorb�ie prin modificarea periodic� a presiunii


37

3.1.4. Compara�ie între diferitele procese de ob�inere a metanolului

Compara�ia, pe scurt, a variantelor de sintez� a metanolului din biomas� este prezentat� în

tabelul II.1.

Tabel II.1.

Compara�ie între diferitele variante de sintez� a metanolului

Variante

Produc�ie

metanol

(t/h)

Conversie -

Carbon

(%)

Randament1

(%)

Putere

electric�2

(MW)

Investi�ie

(106 �)

Costurile

metanolului

(�/t)

V1

O2 -

Electroliz�

1,2 44 46 5,9 15,8 440

V2

H2-

Electroliz�

2,2 81 51 14,7 21,4 383

V3

O2– AMP3 0,6 22 32 1,1 13,5 0,590

1 se refer� la puterea caloric� inferioar� a metanolului în compara�ie cu masa �i electricitatea introdus�

în reac�ie 2 energia electric� necesar� electrolizei, comprim�rii gazului de sintez� �i producerii de oxigen 3 AMP proces de adsorb�ie prin modificarea periodic� a presiunii

Calculele se bazeaz� pe urm�toarele presupuneri:

• Materia prim�, care este lemn cu un con�inut de 10% ap�, este alimentat� cu 2 tone pe

or�.

• Randamentele au în vedere puterea caloric� inferioar� a metanolului.

• Toate costurile sunt date în euro.

• Costurile sunt determinate, în special, de costurile pentru alimentarea cu energie �i cu

biomas� �i de costurile de capital ale instala�iei de produc�ie.

• Costurile de func�ionare �i între�inere au fost estimate la 2,5% din costurile de

investi�ie.

• Pentru to�i vectorii s-a presupus c� hidroelectricitatea s-a furnizat la 0,025 �/kWhe.


38

• Costurile de capital sunt calculate pe baza unei dobânzi reale de 8% �i a unor perioade

de recuperare de 15 ani.

• Capacitatea instala�iei a fost calculat� pentru a produce aproximativ 25 – 50 de tone

de metanol pe zi.

• Pentru a evalua costurile de investi�ie �i costurile de produc�ie a etanolului s-a avut în

vedere un flux de materie prim� gazoas� de 3000 m3/h.

• Costurile materiei prime pentru de�eurile de lemn natural sunt 25 �/t.

A�a cum se vede în tabelul III.4, produc�iile de metanol din variantele V1 �i V3 sunt mult mai

mici decât cele din varianta V2.

În varianta V2, introducerea hidrogenului, care echilibreaz� complet gazul de sintez�, duce la

o conversie crescut� a gazului de sintez� �i la produc�ii ridicate de metanol ce dep��esc 2 tone pe or�.

Valorile sc�zute ale produc�iei de metanol, precum �i ale conversiei de carbon, din variantele

V1 �i V3, pot fi explicate prin îndep�rtarea, din motive stoechiometrice, a CO2-ului.

F�r� o suplimentare cu hidrogen electrolitic �i o îndep�rtare a 95% CO2 din dioxidul de

carbon existent în gazul de sintez�, conversia carbonului scade la aproximativ 20%, iar produc�ia

metanolului este de numai 0,6 tone pe or�.

Figura II.13. Randamentele energetice pentru diferitele variante ale

procesului de sintez� a metanolului


39

A�a cum reiese din figura II.13, randamentele energetice (capacitatea caloric� inferioar� a

metanolului raportat� la alimentarea cu materie prim� �i electricitate) pentru variantele cu furnizare de

hidrogen/oxigen sunt de 46% (V1) �i respectiv 51% (V2).

Randamentul variantei V3, de numai 32%, se datoreaz� prezen�ei în gazul de sintez� a unei

concentra�ii mari de CH4 inert, care necesit� o purjare mai puternic�. Prin urmare, o cantitate mare de

energie este pierdut� pentru procesul de sintez� a metanolului.

În cazul unui randament de 32%, nu se ia în considera�ie con�inutul de energie din gazul de

purjare, care ar putea fi folosit pentru producere de electricitate.

Costurile de investi�ie sunt cele mai mari în varianta V2 cu producerea unei cantit��i ridicate

de hidrogen electrolitic �i cele mai sc�zute în sistemul cu separare de CO2 �i furnizare de oxigen printr-

un proces de adsorb�ie prin modificarea periodic� a presiunii (V3). Cu toate acestea, costurile de

produc�ie ale metanolului în cele trei cazuri discutate prezint� un tablou diferit. Costurile cele mai

sc�zute pentru produc�ia de metanol pot fi ob�inute folosind o instala�ie de metanol corespunz�toare

variantei 2 (383 �/t). Acest lucru se datoreaz� unei rate de produc�ie a metanolului mult mai ridicate

decât în cazul celorlalte dou� variante. Costurile de produc�ie pentru metanol sunt prezentate în figura

II.14.

Pentru compara�ie: pre�ul mediu de pia�� al metanolului în 1997 a fost de 167 �/t �i pre�ul

metanolului (taxat) echivalent motorinei, în Europa, a fost de aproximativ 500 �/t.

Figura II.14. Costurile de produc�ie ale metanolului pentru

diferitele variante ale procesului de sintez� a metanolului


40

Costurile metanolului sunt calculate f�r� a se �ine cont de beneficiile provenite din vânzarea

electricit��ii. În special, în varianta V3 se pot reduce costurile specifice utilizând gazul de purjare

pentru ob�inere de electricitate.

Chiar dac� cele mai mici costuri se pot ob�ine cu varianta V2, costurile pentru investi�ii

reprezint� un risc economic superior.

Dezavantajele evidente ale variantelor V1 �i V3 sunt conversia sc�zut� a carbonului �i

disiparea unei cantit��i mari de CO2.

3.1.5. Ob�inere de metanol din alte surse de CO2

S-a comparat producerea metanolului din biomas� cu producerea lui prin dou� procese care au

folosit ca materie prim� alte surse de CO2,. Cele dou� procese au utilizat CO2 capturat din co�ul de

fum al unei centrale termoelectrice pe baz� de c�rbune �i CO2 absorbit din atmosfer�.

Pentru recuperarea CO2 – ului din centralele termoelectrice, calculul are în vedere o instala�ie

ce folose�te c�rbune pulverizat �i scrubarea cu monoetanolamin�. Se consider� c� energia pentru

separarea CO2 –ului din co�ul de fum se ob�ine prin ardere de combustibil fosil într-o instala�ie de 500

MW(e), astfel c� produc�ia electric� orar� r�mâne de 500 MWh(e). La o recuperare a CO2–ului de

90%, randamentele de producere a energiei electrice scad de la 40 la 29%.

Dac� pentru ob�inerea metanolului se folose�te CO2 atmosferic �i energie regenerabil�,

sistemul este aproape nepoluant pentru mediu.

A�a cum se constat� în figura II.13, randamentul energetic de ob�inere a metanolului este de

46 % în procesul care folose�te CO2 capturat din co�ul de fum de la centralele termoelectrice �i de

38% în cel care folose�te CO2 atmosferic.

Costurile vectorilor metanol - CO2 sunt, în special, determinate de energia necesar� �i de

costul de capital al instala�iei de produc�iei (figura II.14).

Costul produc�iei de metanol este de aproximativ 500 �/t (CO2 capturat din co�ul de fum de la

centralele termoelectrice) �i 700 �/t metanol (CO2 atmosferic), metanolul nefiind supus taxelor.

Concluzii

Singura posibilitate de a realiza o conversie ridicat� în procesul de sintez� a metanolului din

biomas� este ad�ugarea hidrogenului în gazul de sintez�. Conversia biomasei în metanol, prin

ad�ugarea de hidrogen din exterior, necesit� costuri de investi�ie ridicate pentru o unitate de


41

electroliz�, dar asigur� rate ridicate de produc�ie a metanolului. Totu�i, ad�ugarea de hidrogen este f�r�

sens dac� electricitatea pentru electroliz� este scump� sau creeaz� CO2 suplimentar.

Utilizând gazificarea conven�ional�, f�r� ad�ugare de hidrogen, dar cu îndep�rtare de dioxid

de carbon, costurile de investi�ie sunt mai sc�zute, îns� prezint� dezavantajul c� procesul de conversie

este limitat din cauza ajust�rii stoechiometrice �i prezen�ei unei cantit��ii mari de gaz de purjare. În

acest caz este necesar� o producere concomitent� a metanolului �i a electricit��ii cu o conversie

suplimentar� a gazului de purjare.

Comparând costurile de produc�ie a metanolului din biomas� cu cele din CO2, se constat� c�

producerea metanolului din biomas� este mai ieftin� decât cea care folose�te cele dou� surse de CO2,

cu excep�ia variantei V3. Totu�i, varianta V3 este atractiv� datorit� costurilor de investi�ie mai mici �i

lipsei etapei de suplimentare cu hidrogen, în compara�ie cu celelalte dou� variante de ob�inere a

metanolului din biomas� �i din CO2.

Din punct de vedere economic �i energetic, ob�inerea metanolului din CO2 captat de la

centralele termoelectrice poate fi considerat� o alternativ� competitiv� la producerea metanolului din

biomas�.

În func�ie de pre�ul de pe pia�a de m�rfuri disponibile, metanolul din resurse regenerabile este

de cel pu�in 2 – 3 ori mai scump decât metanolul din resurse fosile. Comparând costurile metanolului

din resurse regenerabile nesupus taxelor cu pre�ul benzinei supus� taxelor, se constat� o diferen��

destul de mic�.

Dac� se folose�te hidrogen electrolitic pentru ob�inere de metanol, biomasa este mult mai

ieftin� decât vectorii CO2/H2.

În cazul în care nu exist� disponibil hidrogen regenerabil pentru procesul de sintez�, cerin�a

pentru un viitor proces de gazificare (adaptat pentru metanol) ar fi un gaz preechilibrat cu un con�inut

ridicat de hidrogen �i cu un con�inut sc�zut de metan, combinat cu un proces de separare a dioxidului

de carbon.

3.1.6. Ob�inerea metanolului prin tehnologia Battelle Columbus

Principiul procesului

Concep�ia general� a procesului Battelle Columbus este prezentat� în figura II.15. Gazogenul

func�ioneaz� la presiunea atmosferic� �i este înc�lzit, la temperatura necesar� gazific�rii, indirect prin

intermediul nisipului fierbinte recirculat. Datorit� presiunii atmosferice din gazogen, gazul de sintez�


42

urmeaz� s� fie comprimat, ulterior în desf��urarea procesului, pentru a atinge presiunea de sintez� a

metanolului [8].

Comprimarea gazului de sintez� este un consumator important de energie. Deoarece stratul

fluidizat circulant utilizeaz� aer ca oxidant �i necesarul de c�ldur� pentru gazificare se satisface prin

intermediul nisipului fierbinte, nu este necesar� nici o unitate de separare a .oxigenului din aer.

Descrierea procesului

Sistemul de gazificare Battlelle Columbus este un proces care func�ioneaz� la presiunea

atmosferic�. �i const� din dou� unit��i de strat fluidizat circulant. Prima unitate este un gazogen în care

are loc piroliza rapid� a biomasei. Temperatura necesar� reac�iilor este asigurat� biomasei cu ajutorul

nisipului fierbinte. Acesta creeaz� un transfer eficient de c�ldur�, iar timpul de men�inere în gazogen

este sc�zut, aproximativ o jum�tate se secund�, ceea ce face ca volumul din gazogen s� poat� fi

men�inut la o valoare sc�zut�. Cu toate acestea, reac�iile din gazogen duc la formarea unei cantit��i

considerabile de mangal. Acesta împreun� cu aerul ajung în cel de-al doilea strat fluidizat circulant,

unde mangalul este ars cu aer pentru înc�lzirea nisipului, iar nisipul este în continuare recirculat în

gazogen. Gazele de ardere fierbin�i, provenite din cel de-al doilea strat fluidizat, sunt folosite pentru

producere de abur �i pentru uscarea combustibilului.

Fig. II.15. Ob�inerea de metanol din biomas� utilizând procesul Battelle Columbus.


43

Descompunerea gudronului

Gazul brut fierbinte provenit din gazogen este introdus în instala�ia urm�toare, unde este

supus unui proces de prelucrare în care:

1. gudroanele sunt descompuse,

2. monoxidul de carbon împreun� cu apa este transformat în hidrogen �i dioxid de

carbon, conform urm�toarei reac�ii.

CO + H2O H2 + CO2

Descompunerea gudroanelor face ca scrubarea cu ap� s� fie mai pu�in sever�, deoarece apa

folosit� con�ine numai urme de gudroane nedescompuse. Aceast� etap� de proces este necesar� pentru

a realiza reac�ia de conversie 2 de mai sus, f�când inutil un reactor suplimentar.

Scrubarea cu ap�

Dup� r�cire, gazul crud este sp�lat cu ap� pentru a fi siguri c� gazul este f�r� urme de gudron

�i pulberi.

Comprimarea gazului de sintez�

Înainte de transformarea sa chimic� în metanol, gazul de sintez� este comprimat.

Purificarea gazului/reformarea metanului

Gazul brut trebuie s� fie purificat de componentele cu sulf �i de cea mai mare cantitate de

dioxid de carbon. De asemenea, con�inutul de metan trebuie redus, reducere care se realizeaz� în bucla

de metanol, din care se elimin� o cantitate de metan care este reformatat� într-un reactor special.

Sinteza metanolului

Dup� ce gazul brut a fost adus la calit��ile necesare gazului de gaz, acesta este introdus în

instala�iile de sintez� �i de purificare a metanolului.


44

4. Procese �i tehnologii de ob�inere a biodieselului

Biodieselul reprezint� o surs� de combustibil lichid complet regenerabil care poate fi folosit

ca o alternativ� la combustibilul diesel ob�inut din petrol. Industria de biodiesel este o nou� pia�� a

c�rei prim� pomp� de biodiesel pentru consumator a fost pus� în func�iune în America în anul 2001

[9].

Din punct de vedere tehnic, biodieselul este un metil ester al unui acid gras. El este ob�inut, în

mod obi�nuit, prin reac�ia lipidelor (trigliceride) cu un alcool primar (metanol) �i o baz� (hidroxid de

sodiu). Acest proces se refer� la procesul de cataliz� bazic�.

baz�

Trigliceride + Metanol Metil ester + Glicerin�

Reac�ia de mai sus, cunoscut� sub numele de transesterificare, duce la formare de biodiesel �i

glicerin� într-un raport volumetric de 10 : 1. În situa�ia în care materia prim� con�ine valori ridicate de

acizi gra�i liberi, se recomand� procesul de cataliz� acid� în locul celei bazice. Când se folose�te

procesul de transesterificare, în care se folosesc baze, acizii gra�i liberi formeaz� „s�pun”.

Sursele obi�nuite de trigliceride folosite pentru ob�inere de biodiesel le reprezint� uleiurile din

plante �i gr�simile animale. Cele mai utilizate materii prime vegetale sunt: boabele de soia (aproape tot

biodieselul f�cut în SUA este ob�inut din soia), canola (planta asem�n�toare rapi�ei), floarea soarelui,

semin�ele de bumbac �i semin�ele de rapi�� (cea mai folosit� materie prim� din Europa). Exist�, în

momentul de fa��, cercet�ri promi��toare referitoare la surse noi de materii prime, cum ar fi algele �i

mu�tarul.

Biodieselul este utilizat ca un combustibil pur (100%) sau mult mai des în amestec cu

motorina din petrol. În SUA, amestecurile con�in de la 5% (amestec B5) pân� la maxim 20% (B20)

biodiesel.

Glicerina rezultat� în timpul procesului poate fi folosit� brut� sau rafinat� �i reprezint� sursa

cheie de venit pentru industria biodieselului de ast�zi.

La nivelul anului 2002, produc�ia total� de biodiesel în SUA a fost de aproximativ 75 x 106

litri, iar capacitatea na�ional� de produc�ie, de aproximativ, 208 x 106 litri biodiesel.

SUA folose�te anual aproximativ 124 x 109 litri de combustibil diesel. Rezult� c� o înlocuire

total� a biodieselului din petrol cu cel din biomas� nu este fezabil� utilizând capacitatea existent�.

Pentru a se face o înlocuire semnificativ� a celor doi combustibili este necesar� asigurarea unei cre�teri

spectaculose a capacit��ii de produc�ie a biodieselului.


45

La începutul anilor 2000, cele mai multe instala�ii de produc�ie pentru biodiesel, din SUA, au

avut capacit��i în jur de 7,5 x 106 litri pe an. Costurile de construc�ie depind de scara instala�iei. Totu�i,

se consider� c� 1 $ pe 3,78 litri din capacitatea de produc�ie anual� este o cifr� acceptabil�. Costurile

de produc�ie reprezint� factorul cheie care împiedic� maturizarea procesului de fabricare a acestui

biocombustibil.

Ast�zi, costurile de produc�ie raportate variaz� de la 0,42 �i 0,63$/litru. Aproximativ 70% din

costurile de produc�ie sunt asociate cu materia prim� de natur� lipidic�.

Din punct de vedere al performan�ei, s-a constatat, în general, c� biodieselul arde în motoarele

diesel existente f�r� probleme majore. De fapt, multe studii au ar�tat c� biodieselul arde mult mai

curat.

Din punct de vedere energetic, biodieselul are aproximativ 85% din poten�ialul energetic al

combustibilului diesel din petrol. Când biodieselul este amestecat cu motorina din petrol la valori mai

mici de 20%, amestecurile se comport�, în general, ca �i dieselul conven�ional.

US Park Service a folosit biodieselul în multe din parcurile sale de autovehicule din SUA �i a

ob�inut o baz� de date bogat� referitoare la performan�ele combustibilului folosit într-o mare varietate

de autovehicule. Datele lor arat� performan�e excelente �i dovedesc poten�ialul ridicat al biodieselului

de a înlocui combustibilul conven�ional.

Din punct de vedere al protec�iei mediului, biodieselul polueaz� mult mai pu�in decât

motorina din petrol, cu reduceri semnificative ale cantit��ilor de substan�e poluante, cu excep�ia

nivelurilor pu�in mai ridicate ale NOx (pân� la 5%). În cazul scurgerilor în mediul înconjur�tor,

biodieselul este inofensiv pentru zona respectiv� deoarece este biodegradabil. Din contr�, motorina

conven�ional� reprezint� o amenin�are pentru ecosistem deoarece multe dintre componentele dieselului

din petrol sunt canceroase �i persistente.

4.1. Chimismul biodieselului

Din punct de vedere chimic, biodieselul este un amestec de mono-alchil esteri ai acizilor gra�i

ob�inu�i din uleiurile extrase din plante �i /sau gr�simi animale. Atât uleiurile din plante, cât �i

gr�simile animale sunt considerate materii prime lipidice. Uleiurile din plante cele mai folosite pentru

ob�inere de biodiesel con�in în cea mai mare parte acid oleic �i linoleic.

Din punct de vedere tehnic, uleiurile vegetale crude pot fi folosite direct în motoarele diesel.

Cu toate acestea, ele au câteva caracteristici care le fac mai pu�in adecvate acestui scop (viscozitate

ridicat� în timpul celor mai multe condi�ii de func�ionare). De fapt, când Diesel �i-a construit motorul,

el a folosit la început, drept combustibil, uleiurile vegetale. Uleiurile vegetale folosite ca atare sunt mai


46

pu�in corespunz�toare calit��ii de carburant decât cele care sunt transformate în alcool esteri. Prin

urmare, în ultimii câ�iva ani, se afl� în curs de dezvoltare/optimizare conversia uleiurilor crude într-un

combustibil superior (biodiesel). Astfel, numeroase tehnici de prelucrare continu� sau discontinu�, care

au la baz� reac�ii de cataliz� acid� sau bazic�, au fost testate �i dovedite a fi viabile din punct de vedere

tehnic. În momentul de fa��, sunt cercetate �i alte tehnici, cum ar fi cea dezvoltat� de Departamentul de

Agricultur� al Statelor Unite referitoare la reac�iile induse de lipaze.

În SUA, procesul predominant de producere a biodieselul este metil-transesterificarea uleiului

de soia catalizat� de o baz�. În acest proces, uleiul de soia reac�ioneaz� cu un alcool primar (metanol)

�i o baz� (hidroxid de sodiu) pentru a forma mono-alchil-esterul unui acid gras (în acest caz, un metil

ester).

Reac�ia, clasificat� ca reac�ie de transesterificare, este similar� reac�iei de saponificare, care se

folose�te pentru a produce s�pun din acizi gra�i. În reac�ia de mai sus pentru fiecare 45 kg de ulei �i 4,5

kg metanol rezult� 45 kg metil ester �i 4,5 kg glicerin�. Aceast� reac�ie, prin formarea metil-esterului,

reduce greutatea molecular� a trigliceridelor cu 60%. În plus, viscozitatea este redus� de opt ori, iar

volatilitatea cre�te. În locul metanolului se poate folosi etanol.

Reac�ia de transesterificare se realizeaz� în reactoare închise cu alcool �i baze care se ad�ug�

ca un singur reactiv dup� ce au fost cei doi compu�i au fost amesteca�i în prealabil. În mod real,

metanolul �i baza reac�ioneaz� pentru a forma metoxid de sodiu, un compus foarte reactiv, care

scindeaz� molecula de triglicerid� în metil-ester �i glicerin�. În reactor, substan�ele sunt amestecate �i

adesea înc�lzite la temperaturi de aproximativ 600C pentru a accelera reac�ia (unele procese au loc la

temperatura camerei). Perioada de sta�ionare în reactor variaz� de la o or� la opt ore, în func�ie de

compozi�ia reactan�ilor �i a condi�iilor de reac�ie. Cercet�ri recente arat� posibilitatea reducerii

timpului reac�iei de transesterificare prin introducerea unor co-solven�i care mic�oreaz� separarea pe

faze a reactan�ilor. Prin urmare, are loc reducerea limit�rii transferului de mas�.

În urma reac�iei se formeaz� dou� faze, glicerin� �i etanol/alcool, deoarece glicerina are o

greutate specific� mai mare �i nu este miscibil în biodiesel. Pentru separarea acestor dou� faze, adesea,

se folose�te un vas de sedimentare sau un separator centrifug. Îndat� ce glicerina este separat�, se

îndep�rteaz� alcoolul din biodiesel utilizând distilarea sau evaporarea cu detent�. În cele mai multe

procese, biodieselul este purificat folosind una sau mai multe ape de sp�lare. Biodieselul final satisface

cerin�ele Societ��ii Americane pentru Testare �i Materiale.

În afar� de puritatea reactivului, factorii determinan�i ai calit��ii, vitezei �i eficien�ei

procesului de ob�inere a biodieselului includ: temperatura, amestecarea, concentra�ia �i tipul

catalizatorului, precum �i raportul alcool:ester.


47

Glicerina este colectat� �i poate fi vândut� �i utilizat� ca materie prim� pentru alte procese sau

poate fi rafinat pentru a fi vândut industriei farmaceutice. Biodieselul �i alcoolul sunt separate cu

recircularea alcoolului în cadrul instala�iei. Biodieselul colectat este supus, în continuare, procesului de

purificare care const� din sp�lare cu ap�, distilare, uscare �i filtrare.

4.1.1. Cataliza bazic�

Reac�ia de cataliz� bazic� este superioar�, din punct de vedere economic, celei acide din

urm�toarele motive:

• Se folosesc temperaturi (60 – 650C) �i presiuni (6,8 Pa) sc�zute pentru procesul de prelucrare.

• Randamente mai ridicate (peste 90%) cu timpi de reac�ie mai mici.

• Conversie direct� la alchil ester f�r� etape intermediare.

• Nu necesit� materiale scumpe sau deosebite pentru construc�ie.

Freedman �i colab., au stabilit în urma unui studiu, urm�toarele condi�ii optime pentru formarea

de alchil esteri:

1. Materia prim� trebuie s� fie un ulei rafinat cu un con�inut de acizi gra�i liberi mai mic de

0,5%.

2. Alcoolul cu caten� scurt� trebuie s� nu con�in� ap�.

3. Conversia este optim� când raportul alcool : ulei este de 6 : 1.

4. În laborator trebuie s� se foloseasc�, drept catalizator, metoxid de 0,5%, dar pentru reac�iile

la scar� ridicat�, catalizatorul utilizat trebuie s� fie NaOH cu o concentra�ie de 1%,

deoarece el este mai ieftin.

5. Catalizatorul trebuie s� fie stocat în condi�ii anhidre �i în lipsa aerului, pentru a

preîntâmpina oxidarea catalizatorului.

Dac� condi�iile de mai sus sunt îndeplinite, se atinge o conversie la ester de 96 – 98% prin

transesterificarea materiei prime cu alcooli, cum ar fi metanol, etanol sau butanol, la 600C, 750C, �i

respectiv 1140C, timp de 1 or�.

Chiar la 320C, uleiurile vegetale pot fi 99% transesterificate cu un catalizator alcalin, în

aproximativ 4 ore.

Pentru ca reac�ia de transesterificare bazic� s� fie foarte eficient�, con�inutul în acizi gra�i

liberi ar trebui s� fie mai mic de 0,5%. Acizii gra�i liberi sunt acizi carboxilici care nu esterific�.

Prezen�a unei cantit��i mai mari de acizi gra�i liberi necesit� mai mult catalizator alcalin din cauza

acidit��ii crescute �i produce formarea de s�pun, care, la rândul s�u, duce la cre�terea viscozit��ii sau la

formarea de gel care interfer� cu separarea alchil- esterilor de glicerin�.


48

Când acizii gra�i liberi reac�ioneaz� cu alcoolii cu caten� scurt�, unul dintre produ�i este apa.

Prin urmare, cantitatea de ap� format� cre�te o dat� cu cre�terea cantit��ii de acizi gra�i liberi. O

concentra�ie de minim 0,3 % ap� (în greutate) poate reduce randamentul reac�iei deoarece apa

consum� catalizatorul alcalin pentru a produce s�pun, astfel c� nivelul de ap� trebuie limitat foarte

mult.

Figura II.16 prezint� schema bloc a fluxului unui proces de transesterificare bazic�.

Prima etap� a procesului este introducerea discontinu� a alcoolului, uleiului vegetal �i a

catalizatorului într-un reactor cu agitare energic�. De obidei, reactorul este înc�lzit la o temperatur�

sub temperatura de fierbere a alcoolului folosit pentru transesterificare.

Îndat� ce reac�ia este complet�, urmeaz� separarea produ�ilor.

Stratul de biodiesel se va strânge deasupra stratului de glicerin�. În ambele straturi exist� înc�

impurit��i care necesit� mai multe etape de purificare. Nivelul de purificare depinde de sursa materiei

prime, deoarece uleiurile rafinate au mai pu�ine impurit��i decât uleiurile sau gr�simile reziduale. În

cazul biodieselului, acestea pot fi u�or amestecate cu ap� utilizând mai multe metode, cum ar fi

sp�larea prin barbotare cu aer sau prin pulverizare cu ap�. Când apa se introduce în biodiesel, se

formeaz� ap� sub stratul de biodiesel deoarece apa este mai dens� �i cele dou� substan�e sunt

nemiscibile. Prin metoda de barbotare cu aer, aerul este introdus în stratul apos unde se formeaz� bule

�i acestea se ridic� în stratul de biodiesel. În timp ce bulele trec prin biodiesel, ele car� un film de ap�

care adsoarbe impurit��ile, cum ar fi metanolul nereac�ionat �i s�punurile alcaline. Atunci când bulele

ajung la suprafa��, ele se sparg �i elibereaz� apa, care se reîntoarce prin stratul de biodiesel �i adsoarbe

impurit��ile pentru a doua oar�. Îndat� ce apa ajunge la stratul de ap�, concentra�ia impurit��ilor este

distribuit� într-un volum mai mare de ap� care poate fi îndep�rtat �i poate fi ad�ugat� ap� proasp�t�.

Figura II.16. Schema bloc a fluxului unui proces de transesterificare bazic�.


49

Avantajul sp�l�rii prin barbotare de aer este c� aceast� metod� necesit� o cantitate mai mic� de ap�

decât alte metode de sp�lare.

Sistemele de sp�lare cu ap� fin dispersat� pulverizeaz� apa pe suprafa�a de sus a fazei de

biodiesel. Particulele mici de ap� absorb impurit��ile în timp ce trec prin biodiesel. Aceast� metod�

consum� mai mult� ap� decât cea anterioar� deoarece apa nu are capacitatea de sp�lare dubl� prin

deplasarea ei în susul �i în josul stratului de biodiesel.

Îndat� ce sp�larea este complet�, biodieselul este înc�lzit la o temperatur� la care sunt

îndep�rtate, prin evaporare, orice urm� de ap� �i alcool. Pentru a reduce cheltuielile pentru materia

prim�, alcoolul poate fi recirculat în sistem.

Dac� sunt prezen�i acizi gra�i liberi, ei vor ajunge în stratul de glicerin� împreun� cu o parte a

metanolului nereac�ionat. În func�ie de cantitatea de acizi gra�i liberi �i s�pun existent�, glicerina poate

necesita o purificare ulterioar�.

A�a cum s-a men�ionat, apa reac�ioneaz� cu catalizatorul formând s�pun, care este bazic (pH

>7). Dac� nivelul de s�pun este ridicat, pH-ul biodieselului �i al glicerinei poate fi prea mare ceea ce

necesit� o ajustare a acestuia. Dup� ad�ugarea acidului mineral în stratul de glicerin� are loc separarea

acestuia de acizii gra�i �i de metanol, prin distilare, sedimentare �i evaporare. Glicerina poate fi

vândut� sub forma unor produse, cum ar fi le�ie brut� de s�pun sau sub forma unui produs brut

saponificabil. S�punurile pot, de asemenea, fi recuperate �i vândute ca produse cu utilizare industrial�,

cum ar fi degresan�ii.

Figura II.17. prezint� schema unui proces tehnologic de transesterificare bazic� adaptat de la

Canakci �i colaboratorii. Când se folose�te, ca materie prim�, uleiul de soia, procesul, în mod obi�nuit,

are un randament de 95%. Prin urmare, dintr-un kg de materie prim� rezult� 0,95 kg biodiesel.

Pentru o instala�ie la scar� pilot au fost folosite urm�toarele condi�ii:

1. Materia prim� este depozitat� într-un vas cu fund conic, la temperatura camerei.

2. O pomp� transfer� materia prim� la principalul vas de reac�ie, care este din o�el inoxidabil �i

echipat cu mixer de 1750 rpm rezistent la explozie.

3. Se folose�te un raport molar alcool/materie prim� de 6/1, iar cantitatea de reactan�i este m�surat�

cu o capsul� dinamometric� instalat� pe vasul de reac�ie.

4. Dac� alcoolul �i catalizatorul sunt cump�ra�i deja amesteca�i, atunci ei trebuie depozita�i pân�

sunt folosi�i, dar dac� alcoolul �i catalizatorul sunt cump�ra�i separat, atunci ei trebuie

amesteca�i.

5. Amestecul alcool-catalizator este introdus în bazinul de reac�ie utilizând o pomp� ac�ionat� de

aer.


50

Reactan�ii sunt amesteca�i opt ore �i apoi amestecul este transferat într-un vas cu fundul conic

pentru separarea glicerinei �i sp�larea esterului.

6. Separarea fazelor poate fi observat� în cel mult 10 minute �i poate fi definitiv� la dou� ore dup�

ce amestecarea a fost oprit�. Cu toate acestea, separarea complet� a fazelor poate avea loc în cel

mult dou�zeci de ore.

7. Dup� ce fazele s-au separat se adaug� 5,5% ap� �i se amestec� 5 minute. Apa mai cald� de

aproximativ 600C este mai eficient� decât apa rece pentru separarea s�punului �i glicerinei libere

de ceilal�i esteri.

8. Îndat� ce glicerina decanteaz� din nou este îndep�rtat� din stratul de ester �i trimis în bazinul de

stocare a glicerinei.

Figura II.17. Schema unui proces tehnologic de transesterificare bazic� adaptat de

Canakci �i colaboratorii


51

9. Se folose�te un proces în dou� etape pentru sp�larea esterilor. O solu�ie apoas� de sp�lare este

ad�ugat� esterilor la o concentra�ie de 28% din volumul uleiului împreun� cu 1 gram de acid

tanic pe litru pentru neutralizarea pH-ului.

10. Dup� ad�ugarea solu�iei ap�-acid în esteri, componen�ii sunt agita�i u�or.

11. Utilizând metoda de sp�lare prin barbotare, aerul este u�or introdus în stratul apos în timp ce are

loc agitarea. Acest proces se continu� pân� stratul de ester devine clar.

12. În continuare, solu�ia apoas� este îndep�rtat� din esteri �i, pentru o sp�lare final�, se introduce

ap� cu o concentra�ie de 28% din volumul uleiului. Apa rezidual� de sp�lare poate fi recirculat�

spre apa de sp�lare a procesului. Esterii pot fi apoi filtra�i cu un filtru de celuloz� de 20 microni

�i pompa�i în bazine de stocare exterioare.

13. Biodieselul trebuie s� fie depozitat în containere uscate �i curate pentru a împiedica

contaminarea. Containerele trebuie s� fie izoterme pentru a preveni expunerea la temperaturi

extreme. Materialele folosite la construirea containerelor pot fi din aluminiu, o�el, polietilen

florinat, polipropilen florinat �i teflon. Nu pot fi folosite materiale cum ar fi cuprul, plumbul,

zincul deoarece acestea sunt u�or corodate de biodiesel.

14. Glicerina trebuie depozitat� într-un container închis.

15. Un densimetru fixat la ie�irea din tancul de separare identific�, în timpul separ�rii, interfe�ele de

glicerin�, ap� �i ester.

4.1.2. Cataliza acid� �i combinarea catalizei acide cu cea bazic�

Când con�inutul de acizi gra�i este mai mare de 1%, reac�ia de cataliz� bazic� nu este la fel de

eficient�. Prin urmare, alte metode de transesterificare trebuie folosite. Una dintre metodele cercetate

este transesterificarea catalizat� de un acid.

Cataliza acid� decurge în acela�i mod ca �i cataliza bazic� cu excep�ia folosirii unui

catalizator acid în locul celui bazic. Dezavantajul major al catalizatorului acid este conversia cu vitez�

sc�zut� a trigliceridelor în alchil esteri. În schimb, s-a constatat c� acest tip de cataliz� este eficient� în

conversia în esteri a acizilor gra�i liberi. Acest lucru a dus la proiectarea unui proces care utilizeaz�

dou� etape de reac�ie: o etap� de pretratament catalizat� de un acid, urmat� de o etap� de

transesterificare catalizat� de o baz�. Principiul acestui proces în dou� etape const� în aceea c� prin

reducerea acizilor gra�i la un nivel sc�zut (mai pu�in de 1%) poate fi aplicat� o reac�ie mai rapid� de

transesterificare bazic� a trigliceridelor cu formare de biodiesel. Figura II.18 ilustreaz� reac�iile care au

loc în procesul de pretratament.


52

În cataliza acid�, adesea, se folose�te metanolul, dar este adecvat orice alcool cu caten� scurt�.

Produ�ii de reac�ie sunt metil esterii, apa, acidul sulfuric nereac�ionat �i trigliceride din materia prim�.

Figura II.19. prezint� schema fluxului tehnologic alc�tuit dintr-o unitate de pretratament �i o unitate de

cataliz� bazic�.

Metoda cu pretratament acid se aplic� pentru materii prime cu con�inut ridicat de acizi gra�i

liberi, cum ar fi gr�simile animale.

Unul dintre cele mai mari avantaje ale schemei lui Canakci este posibilitate folosirii simultane

de materii prime cu con�inut sc�zut �i ridicat de acizi gra�i liberi. Ambele surse de biodiesel pot fi

amestecate �i depozitate împreun�.

4.1.3. Instala�ii continue folosite în procesul de transesterificare

Instala�iile care produc mai pu�in de 37,8 x 106 litri de biodiesel pe an sunt, în mod obi�nuit,

instala�ii cu func�ionare discontinu�. Instala�ia lui Canakci este o instala�ie discontinu�. Dac� produc�ia

este mai mare de aceast� valoare, este adecvat un proces continuu.

Instala�iile discontinue necesit� o investi�ie de capital mai mic� decât instala�iile continue, dar

sunt mult mai costisitoare din punct de vedere al func�ionarii corespunz�toare ob�inerii unei unit��i de

biodiesel.

Figura II.18. Reac�ia acid� de pretratament


53

agl* - acizi gra�i liberi

Figura II.19. Schema fluxului tehnologic a unei unit��ii de pretratament împreun� cu

unitatea de reactor principal� (Canakci �i Van Gerpen, 2003)


54

Studiul f�cut de Peterson �i colabor�rii prezint� un exemplu de proces continuu (figura II.20.)

Reactan�ii folosi�i au fost: uleiul de canola, etanolul �i hidroxidul de potasiu drept catalizator

bazic. Ca material de sp�lare s-a folosit apa. Echipamentul necesar pentru acest proces include

urm�toarele:

• Dou� centrifuge continue.

• Containere de stocare pentru ulei, biodiesel �i glicerin�.

• Pomp� dozatoare.

• Pomp� de amestecare centrifug� ac�ionat� hidraulic.

• Pomp� dozatore de ulei.

• Debitmetru de ulei.

• Agitatoare statice în-linie.

• Supap� cu ac.

• Debitmetru de benzin�.

Figura II.20. Proces continuu de producere a biodieselului


55

• Tubulatur� de PVC.

Debitele uleiului �i ale amestecului alcool-catalizator sunt dozate cu dou� pompe dozatoare

diferite, înainte ca cele dou� materii prime s� fie introduse în pompa cu amestecare centrifugal�.

Reactan�ii sunt amesteca�i cu o for�� de forfecare ridicat� �i apoi trecu�i printr-o serie de agitatoare

statice înainte de re�eaua de sta�ionare. Aceast� re�ea este f�cut� din tubulatur� de clorur� de vinil �i

ac�ioneaz� ca un vas de reac�ie pentru proces. Îndat� ce reac�ia începe, amestecul biodiesel - glicerin�

trece printr-o alt� serie de agitatoare statice �i biodieselul este, în continuare, purificat prin sp�lare cu

vapori foarte fini. Înainte ca produ�ii s� fie separa�i în centrifug�, ei sunt trecu�i printr-o alt� serie de

agitatoare statice.

Avantajul folosirii unui proces continuu, în compara�ie cu cel discontinuu, include timpul �i

costul redus de produc�ie, precum �i ob�inerea unei cantit��i mai mari de biodiesel pe un lucr�tor. De

asemenea, la un debit de ulei de 22,8 L/h sistemul continuu produce la fel de mult biodiesel în 41,5

ore, cât produce un sistem discontinuu cu o înc�rc�tur� de 945L, presupunând c� procesul discontinuu

dureaz� o s�pt�mân�. Una dintre problemele înregistrate cu sistemul centrifug este pierderea vaporilor

de alcool, care pot fi d�un�tori pentru operatori. Dac� procesul nu se desf��oar� într-o arie bine

ventilat�, trebuie instalat un sistem de captare a vaporilor.

4.2. Rela�ia dintre compozi�ia materiei prime �i caracteristicile biodieselului

Tipul de acizi gra�i �i concentra�ia lor depind de tipul de materie prim�. Uleiul de soia este

principala materie prim� din care se ob�ine biodieselul în SUA. În America de Sud, uleiul de cocos

este folosit pentru a produce biodieselul, în timp ce în Europa uleiul de rapi�� este principala materie

prim�. Compozi�ia �i caracteristicilor acestor uleiuri depind mult de clima în care ele sunt crescute.

Tipul �i concentra�ia acizilor gra�i din materia prim� determin�, în mod direct, câteva dintre

propriet��ile cheie ale biodieselului. Combustibilul diesel conven�ional este format din lan�uri lungi de

hidrocarburi, neramificate. Unul dintre motivele importante pentru care biodieselul este un substitut

adecvat pentru dieselul din petrol este faptul c� acesta const� din lan�uri, lungi neramificate de acizi

gra�i.

Una dintre cele mai importante caracteristici ale oric�rui combustibil diesel este cifra

cetanic�, care este o m�sur� a calit��ii de aprindere a dieselului. Calitatea de aprindere este direct

legat� de timpul de întârziere la aprindere al combustibilului, respectiv cu cât este mai scurt timpul de

întârziere la aprindere cu atât este mai mare num�rul cetanic. Hidrocarburile saturate, cu caten� lung�

�i neramificate au numere cetanice ridicate, în timp ce hidrocarburile ramificate �i cele aromatice au

numere cetanice mici. Cu toate acestea, numerele cetanice prea mari sau prea mici pot duce, în ambele


56

cazuri, la o ardere incomplet�. Cei mai mul�i produc�tori de motoare recomand� o cifr� cetanic� între

40 �i 50. Dac� o materie prim� este compus�, în special, din acizi gra�i satura�i, biodieselul derivat din

aceast� materie prim� ar putea avea o cifr� cetanic� prea ridicat�. Dac�, din contr�, materia prim� este

compus� din acizi gra�i în cea mai mare parte nesatura�i, atunci cifra cetanic� a biodieselului ar putea

fi prea mic�.

Dou� alte propriet��i importante ale unui carburant sunt temperatura de tulburare �i c�ldura

de combustie. Temperatura de tulburare este temperatura la care combustibilul devine tulbure din

cauza form�rii cristalelor de cear�, iar c�ldura de combustie este c�ldura care se elibereaz� atunci când

arde o anumit� cantitate de materie. Ambele caracteristici sunt direct legate de nivelul de saturare �i de

num�rul de atomi de carbon al acizilor gra�i. În general, cu cât un acid gras devine mai saturat sau

dac� num�rul de atomi de carbon din caten� cre�te, atunci temperatura de tulburare �i c�ldura de

combustie cresc �i ele.

Punctul de lichefiere este parametrul indicator al propriet��ilor de curgere a biodieselului la

temperaturi sc�zute. O valoare ridicat� a acestui parametru ar putea limita utilizarea biodieselului în

regiunile cu clim� rece. Temperatura de lichefiere este direct corelat� cu compozi�ia uleiurilor sau a

gr�similor animale. Gr�simile animale au un con�inut ridicat de acizi gra�i satura�i �i o valoare relativ

ridicat� a punctului de lichefiere. Din contr�, acizii gra�i din uleiurile vegetale sunt, în cea mai mare

parte, nesatura�i ceea ce confer� performan�e mai bune pe vreme rece. Tabelul II.2. compar�

compozi�ia uleiurilor materiilor prime poten�iale pentru producerea de biodiesel din Mississippi,

incluzând gr�simile reziduale din industria de prelucrare a c�rnii.

Dup� cum se poate vedea în tabel, uleiurile din semin�e con�in peste 70% acizi gra�i nesatura�i

în compara�ie cu aproximativ 50% cât con�in gr�simile reziduale din industria de prelucrare a c�rnii.

Prin urmare, compozi�ia materiei prime joac� un rol important în determinarea compatibilit��ii

unei materii prime pentru procesul de produc�ie a biodieselului.

Când biodiselul se folose�te drept carburant f�r� a fi amestecat cu motorina din petrol el se

nume�te biodiesel „curat”. Totu�i, cel mai des este vândut pe pia�� în amestec cu motorina. Un amestec

de 20 % biodiesel �i 80% motorin� se g�se�te pe pia�� sub numele de B20. Este important de notat c�

atât Agen�ia de Protec�ia Mediului, cât �i Departamentul de Energie din SUA clasific� B20 ca un

combustibil alternativ. Biodieselul nu trebuie confundat cu combustibilul în curs de dezvoltare care

este amestecul de etanol �i motorin� (E-diesel), care nu con�ine biodiesel, dar care con�ine etanol �i

motorin�.


57

Tabel II.2.

Compozi�ia uleiului din materiile prime folosite în Mississippi

Materii prime Acid gras Semin�e

bumbac1 Boabe soia1

T�râ�e orez2

Porumb1 Sorg3 Gr�simi1 reziduale

C – 12:0 0,1 C – 14:0 0,7 0,1 0,49 0,1 3,2 C – 14:1 0,9 C – 15:0 0,5 C – 16:0 21,6 10,6 13,89 10,9 14,0 24,3 C – 16:1 0,6 0,1 0,2 3,7 C – 17:0 0,1 1,5 C – 17:1 0,1 0,8 C – 18:0 2,6 4,0 2,01 2,0 2,1 18,6 C – 18:1 18,6 23,3 43,60 25,4 31,0 42,0 C – 18:2 54,4 53,7 36,60 59,6 49,0 2,6 C – 18:3 0,7 7,6 1,17 1,2 2,7 0,7 C – 20:0 0,3 0,91 0,4 0,2 C – 20:1 0,3 C – 22:0 0,3 0,1

1O’Brian, 1998 2 Salunkhe �i colab., 1991 3Organiza�ia pentru Alimenta�ie �i Agricultura a Na�iunilor Unite, 1995

4.3. Noi materii prime aflate în cercetare

Alegerea materiei prime este probabil decizia cea mai important� de luat în cadrul procesului

de fabrica�ie, deoarece costul materiei prime reprezint�, în mod obi�nuit, 60 – 80% din costul total de

produc�ie. De asemenea, disponibilitatea pe termen lung a materiei prime este un element care trebuie

luat în considera�ie atunci când se face selec�ia reactan�ilor. În plus, în timpul realiz�rii planului de

afaceri, trebuie s� se �in� cont de felul în care cre�terea pie�ei de biodiesel influen�eaz� costurile pe

viitor ale materiei prime (�i a glicerinei).

Nu este surprinz�tor c� în America de Nord, materia prim� cea mai folosit� pentru fabricare

de biodiesel este uleiul de soia, având în vedere c� acesta reprezint� 75% din totalul uleiurilor vegetale

ob�inute anual în aceast� �ar�. La nivelul anului 2002, uleiul de soia (8,3 x 109 kg) este urmat, în ordine

descresc�toare, de uleiul de porumb (1,08 x 109 kg), uleiul de semin�e de bumbac (458 x 106 kg), de

floarea soarelui (453 x 106 kg) �i de alune americane (99,8 x 106 kg).

Cele mai obi�nuite uleiuri folosite ca materie prim�, în procesul de fabricare a biodieselului,

sunt cele de soia, de canola, porumb, rapi�� i de palmier. Noile uleiuri de plante poten�iale pentru

acest proces includ: uleiul din semin�e de mu�tar, alune americane, floarea soarelui, alge �i semin�e de

bumbac.


58

4.4. Industria biodieselului

De�i chimismul de la baza procesului de ob�inere a biodieselului este cunoscut de ani de zile,

pia�a existent� a dieselului din petrol, preocup�rile consumatorilor legate de performan�ele tehnice,

precum �i costurile ridicate ale materiilor prime au dus la o dezvoltare slab� a unei pie�e viabile de

biodiesel în interiorul Statelor Unite.

Pia�a consumatorilor de biodiesel a început, literalmente, numai cu trei ani în urm�, în 2001,

când în luna mai 2001, dou� sta�ii de distribu�ie a carburan�ilor au început s� ofere biodiesel

consumatorilor. Aceste dou� sta�ii se afl� în San Francisco (California) �i Sparks (Nevada).

A�a cum s-a men�ionat mai devreme, costurile materiilor prime reprezint� piedica cea mai

important� în dezvoltarea �i r�spândirea biodieselului în SUA. Dezvolt�rile tehnice din domeniul

culturilor de plante ameliorate (produc�ia crescut� de ulei pe hectar �i costurile reduse de cultivare),

randamentul de extrac�ie a uleiului �i costurile reduse de procesare, împreun� cu descoperirea �i

utilizarea materiilor prime alternative (cum ar fi gr�simile), au îmbun�t��it perspectiva asupra

industriei de biodiesel. Cu toate acestea, g�sirea unor pie�e profitabile pentru glicerin� �i furnizarea

unor cantit��i suficiente de materii prime, la un cost adecvat, continu� s� creeze probleme pentru

industria de biodiesel.

Guvernul Statelor Unite a încercat s� creasc� pia�a de biodiesel prin amendamentul din 1998

privind includerea utiliz�rii biodieselului în cadrul Politicii Energetice. Aceasta a avut ca urmare o

cre�tere a bazei de utilizatori care includ Serviciul Po�tal al SUA �i Serviciul Parcurilor de Vehicule.

Speciali�tii se a�teapt� ca pân� la sfâr�itul anului 2010 produc�ia de biodiesel din SUA s� ajung� la 7,5

x 109 litri pe an.

Uniunea European� a estimat ca pân� în 2005 partea de biodiesel utilizat s� dep��easc� 5%

din totalul carburan�ilor.

În SUA, peste 200 de parcuri de automobile folosesc drept carburant, deja, amestecuri de

biodiesel. Una dintre statisticile deosebit de promi��toare arat� c� utilizarea biodieselului la nivelul

anului 2002 în SUA a crescut la peste 40%, respectiv la peste 45,42 x 106 litri.

În Europa, biodieselul este un combustibil mult mai utilizat decât în SUA: În Germania s-au

folosit peste 2840 x106 litri în anul 2002. Cea mai mare din acest biodiesel a fost ob�inut din semin�e

de rapi��. În anul 2003 produc�ia de biodiesel a crescut cu circa 30% fa�� de anul 2002.

Pentru cre�terea pie�ei de biodiesel pot fi folosite dou� strategi pe termen lung. Prima

define�te biodieselul ca un înlocuitor al motorinei. Prin aceast� strategie se asigur�, în mod teoretic, o

surs� complet regenerabil� de combustibil. Cu toate acestea, nu exist� în momentul de fa�� o capacitate


59

de produc�ie care s� satisfac� cerin�ele existente. În plus, costurile ridicate ale biodieselului ar putea

avea un efect invers asupra economiei generale, cu impact asupra tuturor aspectelor legate de produc�ia

industrial�, pornind de la agricultur� �i pân� la consumator, (din cauza costurilor ridicate de transport).

O abordare mai realist�, din punct de vedere al unui marketing privit în totalitate, este

introducerea biodieselului ca adaos în carburan�ii din petrol. Aceast� abordare asigur� înlocuirea

dieselului din petrol, ceea ce r�spunde obiectivului energetic na�ional de a reduce dependen�a de

petrolul str�in �i de a se orienta spre sursele regenerabile. Capacitatea de produc�ie a Statelor Unite

pare s� aib� poten�ialul de satisfacere a acestei op�iuni.

Un alt aspect interesant al cre�terii pie�ei de biodiesel implic� stabilirea �i men�inerea pie�elor

„ni��”. Câteva dintre aceste pie�e au început s� se instaleze în SUA. Exemplele includ crearea unei

baze de utilizatori printre consumatorii care �in cont de impactul combustibilului asupra mediului,

contracte de furnizare c�tre agen�ii guvernamentale �i parcuri de vehicule private/guvernamentale,

precum �i vânzarea produsului ca un combustibil diesel pentru ambarca�iunile maritime (datorit�

pericolului mai mic pentru fauna �i flora marin� ).

Alte op�iuni includ vânzarea biodieselului ca aditiv pentru dieselului din petrol pentru

îmbun�t��irea unor caracteristici ale acestuia, cum ar fi lubricitatea.

Un moment important pentru industria biodieselului din SUA l-a constituit anun�ul f�cut la

data de 24 februarie 2003 de c�tre Green Star Products Inc., prin care se f�cea cunoscut� construirea

celei mai mari unit��i de produc�ie pentru biodiesel în localitatea Bakersfield, California. Aceasta va

avea o capacitate de produc�ie de 132,5 x 106 litri pe an.

4.5. Performan�ele biodieselului în motoarele diesel

Biodieselul �i amestecurile cu biodiesel ar trebui s� fie folosite numai în motoarele cu

aprindere prin compresie care satisfac specifica�iile a�a cum sunt definite de Societatea American� de

Testare �i Materiale.

S-a constatat c� biodieselul folosit în form� pur� reduce u�or via�a motorului. Cu toate

acestea, costurile utilizatorului pentru aceast� u�oar� reducere a vie�ii motorului poate fi compensat�

de costul pentru implementarea mijloacelor de reducere a emisiilor motorului. Au fost cerceta�i aditivi

care pot reduce uzura motorului în cazul utiliz�rii biodieselului. Experien�ele au ar�tat c� B20 poate

reduce via�a motorului în aceea�i m�sur� în care o face �i motorina, dar, în schimb, asigur� beneficiile

unor emisii poluante sc�zute, precum �i ale reducerii cererii de petrol. De fapt, studiindu-se

func�ionarea unor motoare cu B100 s-a constat c� acestea sunt mai curate în interior �i func�ioneaz�

mai bine. Biodieselul are o lubricitatea superioar�, ceea ce contribuie la prelungirea vie�ii motorului.


60

Numai în cazuri izolate s-a raportat degradarea elementelor de etan�are, izolare �i a furtunilor dup�

folosire îndelungat� a biodieselului curat. Studii ale compatibilit��ii elastomerilor cu biodieselului au

indicat c� cauciucul butadien- nitrilic, nylon-ul 6/6 �i polietilena cu densitate ridicat� au fost afectate

pe termen lung în contact cu biodieselul. Îns�, nu s-a constat nici o influen�� a biodieselului când

acesta a venit în contact cu Teflonul �i vitons, 401 –c �i GFLT.

SeQuential Fuels Inc. (Eugene, Oregon) recomand� ca toate componentele din cauciuc, care

vin în contact cu biocombustibilul pur, în interiorul motorului, �i care se degradeaz�, s� fie înlocuite cu

p�r�i mai compatibile. Ei recomand�, de asemenea, de�inerea la bord a unui filtru de rezerv� pentru

biocombustibil ( în special pentru primele câteva umpleri ale rezervorului) deoarece acesta tinde s�

spele mizeria �i depozitele de carbon din interiorul sistemului de ardere.

Una dintre preocup�rile importante legate de utilizarea biodieselului este incapacitatea

poten�ial� a amestecurilor cu biodiesel de a func�iona bine în zonele reci. Utilizând un amestec B20,

Five Sesons Transportation Inc., nu a raportat nici o problem� pe parcursul celor 2,25 x 106 km f�cu�i

de flota sa. Exist� câ�iva aditivi comerciali care pot fi folosi�i pentru a reduce problemele asociate

utiliz�rii pe timp rece.

Produc�torii de autovehicule au aprobat cu greu utilizarea biodieselului în motoarele lor

garantate. Cea mai mare parte a acestor produc�tori au aprobat, pân� în momentul de fa��, utilizarea

amestecului B5. Principala lor preocupare se refer� la degradarea biodieselului, prin oxidare, ceea duce

la cre�terea cantit��ii de ap� liber� cu impact advers asupra performan�ei �i longevit��ii motorului.

Majoritatea exper�ilor consider� c� biodieselul trebuie s� fie depozitat pe perioade mai mici de �ase

luni, ceea ce face ce face greu de realizat supraproduc�ia �i depozitarea produsului, asta în cazul în care

nu se realizeaz� o stabilitate îmbun�t��it�. Unii produc�tori de autovehicule �i tractoare au aprobat

utilizarea dieselului „curat” în motoarele lor �i prin urmare ofer� garan�ii pentru biodiesel. Printre

aceste companii se num�r� Caterpillar �i John Deere. Cu toate acestea, operatorii de echipament sunt

încuraja�i s� contacteze furnizorul de servicii al produc�torului respectiv pentru a asigura performan�a

�i specifica�iile de garan�ie referitoare la utilizarea produselor ce con�in biodiesel în propriile

echipamente.

4.6. Tehnici de extrac�ie a uleiului vegetal

În instala�iile mici, extrac�ia uleiului se realizeaz� în cea mai mare parte prin metode de

presare, în timp ce în instala�iile mari, industriale, presarea este urmat� de extrac�ia cu solven�i. Dac�

extrac�ia prin presare poate duce la ob�inerea turtelor de furaje cu un con�inut de 5 – 6% ulei rezidual,

extrac�ia cu solvent duce la o turt� cu un con�inut de numai 1- 2% ulei.


61

Metodele de preparare ale semin�elor sunt aplicate înainte de extrac�ia prin presare sau cu

solvent. Astfel, pentru a evita degradarea materiei prime, semin�ele sunt depozitate în condi�ii de

cur��enie, precum �i de temperatur� �i umiditate (< 13%) sc�zute. Înainte de extrac�ie, semin�ele se

zdrobesc, iar cojile sunt îndep�rtate prin suflare de aer. Separarea cojilor duce la un spa�iu mai mare în

extractor pentru �esutul oleaginos. Materialul sf�râmat este înc�lzit cu abur pentru a m�ri extrac�ia de

ulei �i convertit în a�chii prin trecerea materialului printre dou� val�uri. A�chiile mici sunt asociate cu

un randament ridicat de extrac�ie. Cu toate acestea, a�chiile mai mici de 0,254 mm pot colmata

sistemul de extrac�ie. Prin urmare, dimensiunea optim� a acestor a�chii, care are ca rezultat o extrac�ie

relativ ridicat� de ulei, precum �i costurile minime totale, pot fi determinate în fiecare situa�ie.

A�chiile se introduc în extractoarele cu solvent sau cu presiune. În timpul extrac�iei la

presiune, a�chiile sunt introduse într-un �nec rotativ care are la exterior o �eav� grea orizontal�. În timp

ce a�chiile intr� prin primul cap�t al cilindrului, ele sunt supuse presiunii existente între �necul rotativ

�i �eava fix�. Presiunea existent� for�eaz� s� ias� uleiul prin orificiile �evii, turta presat� fiind

transportat� orizontal în direc�ia axului �i desc�rcat� la cel�lalt cap�t. Capacitatea (60 de tone pe zi)

acestor sisteme este mic� în compara�ie cu extrac�ia cu solvent (4 000 tone pe zi). În plus, eficien�a

procesului de extrac�ie a uleiului este mai mic�. Uleiul rezidual, r�mas în cantitate mai mare în

materialul presat, poate râncezi, devenind, astfel, inacceptabil ca hran� animal�. Un avantaj al metodei

de presare la rece este adaptarea acesteia la o mare varietate de semin�e.

Extrac�ia cu solven�i este alternativa preferat� de extrac�ie a uleiului în instala�ii mari

industriale.

Figura II.21. ilustreaz� un proces de extrac�ie. Hexanul este, în momentul de fa��, cel mai

folosit solvent de extrac�ie pentru semin�ele oleaginoase, în întreaga lume, deoarece este ieftin �i se

g�se�te în cantit��i mari.

În mod obi�nuit, a�chiile �i hexanul sunt introduse, în contracurent, în extractor pentru a

maximiza eficien�a transferului de mas�. Hexanul este continuu recuperat din ulei printr-o serie de

opera�ii de evaporare / condensare. Solventul este îndep�rtat din a�chiile degresate prin injectare de

abur într-un dispozitiv special, unde are loc �i înc�lzirea a�chiilor cu formare de compu�i inactivi, cum

ar fi inhibitorii de tripsin�, esen�ial ca valoare nutritiv�. În continuare, a�chiile sunt r�cite �i m�run�ite

la o dimensiune adecvat� amestec�rii cu nutre�.

Dup� extragere, uleiul este rafinat pentru ob�inerea unui ulei cu propriet��ile fizico-chimice

dorite.


62

Figura II.22. prezint� etapele caracteristice de prelucrare a uleiului pentru ob�inere de ulei

rafinat. Într-o prim� etap�, uleiul este rafinat (degumat) prin îndep�rtarea fosfolipidelor �i a lecitinei.

Ace�ti compu�i sunt îndep�rta�i, deoarece sunt insolubili �i precipitarea lor în ulei, în timpul

depozit�rii, duce la formarea unui amestec vâscos, dificil de manipulat.

Gumele sunt îndep�rtate prin sp�lare cu ap�, urmat� de centrifugare. Guma sau lecitina

recuperat� reprezint� un produs secundar valoros care poate fi folosit în industria alimentar� ca

emulgator sau agent de mic�orare a lipiciozit��ii.

Acizii gra�i liberi formeaz� s�punuri în timpul procesului de transesterificare bazic�, ducând

la o separare mai dificil� a amestecului biodiesel/glicerin�.

Acizii gra�i liberi pot fi îndep�rta�i printr-un tratament caustic în timpul rafin�rii uleiului sau

pot fi converti�i la alchil esteri utilizând transesterificarea catalizat� de acid. Cu toate acestea,

cantit��ile relativ mici de acizi gra�i liberi din uleiurile vegetale fac ca metoda de conversie în alchil

Figura II.21. Extrac�ie cu hexan


63

esteri s� fie nepractic�. Astfel, ace�ti acizi gra�i, afla�i în uleiurile vegetale folosite ca materie prim�

pentru fabricare de biodiesel, sunt îndep�rta�i prin sp�lare cu o solu�ie diluat� de hidroxid de sodiu sau

potasiu, urmat� de centrifugare.

Acizii gra�i liberi pot fi recupera�i pentru industria s�punului.

Pigmen�ii �i urmele r�mase de la gume, acizi gra�i liberi �i substan�ele minerale sunt

îndep�rtate prin albire, care se face pin ad�ugarea unor argile. Argilele dup� ce adsorb materialele

nedorite sunt separate din ulei prin filtrare. În aceast� etap�, o parte din ulei este adsorbit� împreun�

cu materialele nedorite, dar, în mod normal, recuperarea acestui ulei nu renteaz� din punct de vedere al

costului.

Multe uleiuri vegetale au cantit��i mici de ceruri care solidific� �i tulbur� uleiul la

temperatur� joas�. Cerurile sunt îndep�rtate prin r�cirea uleiului la temperaturi cuprinse între 6,1 �i

7,70C, urmat� de cristalizarea cerurilor (4 ore) �i înc�lzirea cu grij� a uleiului pân� la 17,70C înaintea

filtr�rii pentru separarea cristalelor de cear� din uleiul lichid. În procesul de fabricare a biodieselului,

utilizarea uleiurilor cu un con�inut relativ ridicat de cear�, (cum ar fi uleiul de porumb, canola �i

floarea soarelui) din care nu au fost îndep�rtate cerurile, duce la uleiuri cu performan�e slabe la

Figura II.22. Etapele de rafinare ale uleiului brut


64

temperaturi sc�zute. Depuneri de cear� se pot forma în rezervor �i/sau în sistemul de injec�ie, ducând,

pe termen lung, la distrugerea sever� a motorului.

4.7. Inconvenientele tehnologiei

Tehnologia actual� de producere �i prelucrare a biodieselului duce la un combustibil alternativ

de o calitate excelent� care satisface cerin�ele standardelor pentru motorin� ale Societ��ii Americane

pentru Testare �i Materiale.

Principala problem� referitoare la biodiesel, în ultimii dou�zeci de ani, o reprezint� costurile

mari de produc�ie cauzate de pre�urile ridicate ale materiei prime. De exemplu, cea mai mare parte din

biodiesel este ob�inut� în SUA din ulei de soia, ca principal� materie prim�. Uleiul de soia este cel mai

ieftin ulei vegetal industrial (0,44 $/kg ). Din 3,30 kg ulei de soia se ob�in 3,78 litri de biodiesel.

Astfel, numai pre�ul materiei prime este de 0,39 $/L biodiesel ob�inut din soia. În plus, utilizarea

biodieselului va cre�te cererea �i, în consecin��, pre�ul uleiului de soia va cre�te. Figura II.23 ilustreaz�

rela�ia dintre costul pe litru de biodiesel �i costul pe kilogram de materie prim�.

Din figura II.23. reiese c� biodieselul începe s� devin� competitiv, din punct de vedere al

costului, cu motorina, atunci când costul materiei prime este de aproximativ 0,22$/kg sau mai pu�in �i

produc�ia ajunge la 37,8 x 106 litri pe an. În prezent, numai gr�simile reziduale din industria de

prelucrare a c�rnii satisfac aceste cerin�e.

Figura II.23. Costul de produc�ie teoretic pe litru de biodiesel (Tyson, 2002)


65

O alternativ� de a face fezabil, din punct de vedere economic, procesul de ob�inere a

biodieselului este valorificarea altor substan�e cu valoare ad�ugat� din produsele rezultate din proces.

Astfel, metil esterii de acizi gra�i pot fi transforma�i in substan�e chimice �i materii prime pentru

sinteze ulterioare. Alcanolamidele, alcoolii gra�i �i poliesterii de sucroz� sunt câ�iva produ�i care pot fi

ob�inu�i pornind de la esteri metilici de acizi gra�i, care au deja pia�� în industria de materiale plastice,

farmaceutic� �i cosmetic�. Trebuie implementat un concept de biorafinare pentru a ob�ine profituri �i

din alte pie�e care se dezvolt� în afara celei de biodiesel.

4.8. Substan�e reziduale �i produse secundare rezultate în timpul procesului de fabrica�ie a

biodieselului

Ca �i în multe alte procese de fabrica�ie, �i din procesul de ob�inere a biodieselului rezult�

unele substan�e reziduale, dar �i o serie de produse secundare cu valoare semnificativ� de pia��. De

fapt, ast�zi, viabilitatea economic� a industriei de biodiesel, este atât de fluctuant� încât viabilitatea

economic� general� este dependent�, în mare m�sur�, de pre�ul pe pia�� a acestor produse secundare.

4.8.1.Glicerina

Glicerina în forma sa pur� este un lichid vâscos, limpede, f�r� culoare �i miros, cu un gust

dulce, complet miscibil cu apa �i alcoolii �i pu�in solubil în al�i solven�i comuni �i insolubil în

hidrocarburi. Punctul de fierbere al glicerina este de 2900C. Este un compus relativ stabil �i este

considerat inflamabil.

Înc� dup� al doilea r�zboi mondial, aproape toat� glicerina comercial� a fost ob�inut ca un

produs secundar în procesul de fabricare a s�punului sau în cel de hidroliz� a gr�similor �i uleiurilor.

Ast�zi, cantit��i importante de glicerin� sintetic� sunt produse din propilen�.

Glicerina brut� este purificat� pentru a ob�ine diferite calit��i de glicerin�, cum ar fi calitatea

de dinamit�, de distilat galben �i cea de glicerin� chimic pur. Numai sortimentele cele mai pure sunt

folosite în industria chimic� �i alimentar�.

O pia�� de glicerin� profitabil� este foarte important� pentru men�inerea unei economii

rentabile în procesul de fabricare a biodieselului. Dac� biodieselul este principalul produs al

procesului, trebuie g�si�i poten�ialii cump�r�tori �i pentru glicerin�, care este un produs secundar.

Glicerina de mare puritate are mul�i poten�iali cump�r�tori în întreaga lume, cum ar fi

produc�torii de produse farmaceutice �i cosmetice.

Glicerina este mult utilizat� ca solvent, îndulcitor, în fabricarea dinamitei, a cosmeticilor,

s�punurilor lichide, bomboanelor, cernelurilor �i lubrifian�ilor. Este, de asemenea, utilizat� pentru a

men�ine pliabile �es�turile, drept component în amestecurile antigel, ca surs� de substan�e nutritive


66

pentru culturile de fermenta�ie în produc�ia de antibiotice �i în multe domenii ale medicinii. Poate fi

folosit ca lubrifiant acolo unde uleiul nu este eficient. Ea este recomandat� s� fie folosit� în

compresoarele de oxigen, deoarece este mai rezistent� la oxidare decât uleiurile minerale.

Separarea glicerinei de biodiesel este relativ simpl�. Centrifugarea dup� terminarea reac�iei

sau sedimentarea gravita�ional� sunt dou� metode la fel de eficiente pentru separare, în func�ie de cât

de repede urmeaz� s� fie f�cut� separarea �i de puritatea dorit� a glicerinei.

4.8.2. F�ina �i turtele furajere

F�ina �i turtele de soia este principala materie rezidual� rezultat� din boabe dup� extragerea

uleiului. Datorit� num�rului mare de poten�iali cump�r�tori, aceast� f�in� reprezint� un produs cu

valoare ridicat�, care poate fi vândut ca surs� de protein� alimentar�, ca îngr��mânt pentru terenurile

de soia sau pentru multe alte utiliz�ri. G�sirea unei pie�e pentru f�ina de soia este un obiectiv foarte

important.

Recent, pia�a pentru f�ina de soia a crescut deoarece cererea de surse de proteine atât pentru

consumul uman, cât �i pentru cel animal, s-a m�rit constant. Cu aceast� cerin�� crescut� pentru f�ina de

soia, cantitatea de ulei produs dep��e�te cererea. Procesul de fabricare a biodieselului nu numai c�

asigur� o pia�� pentru excesul de ulei de soia, dar are avantajul unui pre� deja sc�zut al uleiului.

Etapa de extrac�ie a uleiului este foarte important� pentru stabilirea poten�ialilor cump�r�tori

ai f�inii de soia. Astfel, dac� se folose�te extrac�ia cu solvent, f�ina rezultat� nu poate fi folosit� decât

ca hran� pentru animale sau ca îngr��mânt. În situa�ia în care se aplic� extrac�ia la presiune, ea este un

produs cu valoare ad�ugat� care poate fi folosit drept aditiv alimentar.

F�ina de soia se vindea, la nivelul anului 2003, cu un pre� în jur de 190$ pe ton�.

4.8.3. Lecitina

Lecitina, substan�� a c�rei denumire chimic� este fosfatidilcolin�, este larg folosit� în

alimente, ca emulgator, stabilizator �i antioxidant. Lecitina se separ� din uleiul de soia prin ad�ugare

de ap� �i centrifugare. Ea este purificat� înainte de a fi folosit� ca aditiv alimentar. Lecitina, în mod

obi�nuit, se vinde la un pre�, de aproximativ, 1,10 $/kg.

4.8.4. Solven�ii

Cei mai mul�i produc�tori de ulei de soia din SUA folosesc metoda de extrac�ie cu solvent. În

acest proces, se folose�te, de obicei, hexanul pentru solubilizarea uleiului din boabele de soia. În

procesul care utilizeaz� extrac�ia sub presiune rezult� numai ulei, f�in� �i urme de ap�, în timp ce în

procesul care utilizeaz� solvent, fluidul de extrac�ie trebuie separat de uleiul brut. Dup� o etap� de

distilare, acesta poate fi recirculat în sistem �i refolosit.


67

4. 8.5. Alcoolul

Metanolul este unul din cei doi reactan�i principali care particip� în procesul de fabricare a

biodieselului. Deoarece eficien�a procesului nu este de 100%, nu tot alcoolul se va converti în

biodiesel �i glicerin�. Excesul de alcool, sub form� de vapori, va fi capturat �i recirculat în sistem.

Men�inerea unui flux de reciclare eficient poate duce la costuri reduse de proces, prin diminuarea

cantit��ii de metanol rezidual. Prin reciclare, excesul de alcool nu mai constituie un reziduu.

4.8.6. Acidul sau baza

În reac�ia de transesterificare, se folose�te un acid sau o baz� drept catalizator. Prin defini�ie,

un catalizator nu se consum� în timpul reac�iei �i, prin urmare, el trebuie recirculat. Acest lucru este

valabil �i pentru procesul de fabricare a biodieselului. Acidul sau baza poate fi recirculat dup� etapa de

separare. Din motive economice, în cele mai multe procese la scar� ridicat� se utilizeaz� o baz�.

Temperatura �i presiunea sc�zut� �i o conversie ridicat� fac reac�ia de cataliz� bazic� mult mai

fezabil�. Cele mai obi�nuite baze folosite sunt hidroxidul de sodiu �i de potasiu care sunt, de obicei,

amestecate, cu metanolul înainte de reac�ie.

4.8.7. S�punul

O cantitate foarte mic� de ap� este implicat� în acest proces. Cantit��i extrem de mici de ap�

pot fi prezente în boabele de soia înainte de extrac�ie. Din cauza apei, care poate ajunge în proces dup�

presarea boabelor, se poate forma s�pun în sistem. S�punul în combina�ie cu glicerina poate face

dificil� separarea. De obicei, uleiul brut se degumeaz� înainte de rafinarea caustic�. În mod obi�nuit,

produc�torii de ulei adaug� acid stocului de s�pun pentru a forma un ulei acid care poate fi vândut

prelucr�torilor de acizi gra�i. Dac� stocul de s�pun nu a fost degumat, înainte de prelucrarea caustic�,

atunci se va forma o emulsie ap� ulei acid, care va ridica probleme. Rafinarea caustic� a uleiului

degumat, într-o centrifug� de autoepurare, va reduce la minim problemele de îndep�rtare a de�eurilor.

O alt� ap� asociat� procesului este cea folosit� în unitatea de înc�lzire. Pentru înc�lzirea din

timpul procesului se folose�te ap�, dar condensarea acesteia �i reutilizarea în acela�i scop, nu face din

aceast� ap� un produs rezidual. De asemenea, trebuie s� se �in� cont de apele de sp�lare.

4.9. Proces continuu pentru producerea biodieselului

Sunt disponibile câteva procese industriale de producere, din uleiuri vegetale, a esterilor

metilici ai acizilor gra�i [10].

Institutul Francez de Petrol a dezvoltat un nou proces industrial de ob�inere a biodieselului în

care reac�ia de transesterificare este ini�iat� de un catalizator eterogen. Calitatea metil esterului ob�inut


68

satisface toate caracteristicile de biodiesel, iar glicerolul �i produ�ii secundari sunt aproape puri �i au

valoare ridicat� de comercializare.

Procesele de metanoliz� ale uleiurilor vegetale

1. Proces de cataliz� omogen�

Transesterificarea catalitic� cu metanol a uleiurilor vegetale s-a realizat, pân� în perzent,

utilizând un sistem catalitic lichid omogen. Catalizatorii bazici, cum ar fi soda caustic� sau metilatul

de sodiu sunt catalizatorii cunoscu�i pentru aceast� aplica�ie. .Reac�ia de transesterificare este o reac�ie

de echilibru, în care trebuie s� se foloseasc� metanol în exces pentru realizarea unui grad ridicat de

conversie.

Diagrama procesului omogen de ob�inere a biodieselului, realizat de Institutul Francez de

Petrol, este prezentat� în figura II.24. Uleiul, catalizatorul �i metanolul sunt introdu�i în acela�i reactor

unde reac�ioneaz� catalitic.

2. Proces de cataliz� eterogen�

Timp de câ�iva ani, laboratoarele institutului au lucrat pentru ob�inerea unor catalizatori acizi

sau bazici aplicabili într-un proces continuu eterogen. Zincul, staniu, magneziu, plumbul �i titanul sunt

Figura II.24. Diagrama bloc a procesului omogen de ob�inere a biodieselului, realizat de

Institutul Francez de Petrol


69

catalizatori cunoscu�i pentru reac�iile de metanoliz�, dar prezint� inconvenientul c� devin solubili

odat� cu formarea s�punurilor metalice. Catalizatorul ob�inut de Institutul Francez de Petrol este un

amestec de oxizi capabili s� catalizeze reac�ia de transesterificare f�r� nici un fel de pierdere de metal.

Acest catalizator a fost testat mai mult de un an f�r� nici o pierdere a activit��ii sale.

Schema procesului de cataliz� eterogen� continu� este prezentat� în figura II.25.

Zona de cataliz� include reactoare în strat fix care sunt alimentate cu metanol �i ulei într-un

raport dat �i la o temperatur� moderat�. Presiunea este astfel aleas� încât s� permit� func�ionarea în

faz� lichid�. Excesul de metanol este îndep�rtat printr-o evaporare par�ial� urmat� de o evaporare

final� în vid. Biodieselul �i glicerolul sunt separa�i într-un decantor. În final, metilesterii sunt

purifica�ii pentru îndep�rtarea ultimelor urme de glicerol.

Compara�ie între procesele de cataliz� omogen� �i eterogen�

Cataliza eterogen� prezint� câteva avantaje:

• puritatea metil esterilor este mai mare de 99%, cu un randament aproape de 100%

(randament teoretic),

• nu se produc reziduuri de acizi gra�i de valoare sc�zut�,

• tratarea glicerinei este mult mai u�or de f�cut decât în cazul procesului omogen,

• o simpl� eliminare a metanolului prin evaporare este suficient�, nefiind necesar�

utilizarea de substan�e chimice.

Figura II.25. Schema procesului de cataliz� eterogen� continu� realizat de Institutul

Francez de Petrol


70

Datorit� avantajelor prezentate, procesul eterogen poate fi considerat ca un proces ecologic.

Glicerina produs� este, de asemenea, neutr�, foarte clar� �i nu con�ine deloc s�ruri. O glicerin�

de o puritate de peste 98% se ob�ine f�r� nici un fel de tratament chimic suplimentar. Acest produs ar

putea fi folosit în ob�inerea multor substan�e chimice, cum ar fi monogliceridele sau poligliceridele. În

func�ie de necesit��i se poate ob�ine �i glicerin� de calitate farmaceutic�.

4.5. Utilizarea biodieselului în România Situa�ia pe plan na�ional �i interna�ionala biocombustibilului diesel

Orient�ri, direc�ii, obiective cunoscute, stadiul existent

Combustibilii fosili de tipul �i�eiului �i gazelor naturale sunt în prezent una dintre principalele

surse energetice exploatate ale planetei. Conform ultimelor evalu�ri, rezervele certe de �i�ei sunt de

cca. 1000 miliarde barili. Se estimeaz� c� la nivelul actual de consum, rezervele de �i�ei ar putea

acoperi necesarul mondial pentru cel mult 44 ani. Resursele fosile sunt neuniform repartizate pe glob �i

limitate cantitativ, în timp ce consumul anual este în cre�tere. Analizând distribu�ia pe glob a

rezervelor de �i�ei, s-a constat o situa�ie alarmant� în unele zone mari consumatoare de deriva�i

petrolieri, ca spre exemplu Europa de vest [11].


derivatelor petroliere de la începutul lui ‘80 a declan�at interesul general pentru sursele alternative de

energie �i pentru materii prime de provenien�� nepetrochimic�. Dup� criza din Golf, a anului 1990,


Situa�ia pe plan extern

Pe plan interna�ional, sc�derea rezervelor de �i�ei �i major�rile consecutive ale pre�ului acestuia,

au creat premize favorabile abord�rii fabrica�iei de combustibili alternativi.

În acela�i sens benefic ac�ioneaz� �i legisla�iile antipoluare, care limiteaz� sever cantitatea de

noxe din gazele de e�apament ale motoarelor cu ardere intern�. Oxizii de azot �i de sulf, fumul �i

hidrocarburile incomplet arse din gazele e�apate de motoarele care utilizeaz� combustibili clasici, sunt

agen�i poluan�i majori ai atmosferei. De asemenea, acumularea în atmosfer� a bioxidul de carbon

rezultat din arderea combustibililor clasici, contribuie la amplificarea efectului de ser�. Se impunea

astfel realizarea unor combustibili alternativi prin a c�ror ardere s� se diminueze sensibil cantitatea de

noxe evacuate în atmosfer�, �i prin utilizarea unor resurse de materii prime regenerabile s� se elimine

efectul de ser� datorit� acumul�rii de bioxid de carbon în atmosfer�.

În S.U.A. protejarea rezervelor strategice de �i�ei �i asigurarea protec�iei mediului ambiant,

constituie factori determinan�i ai politicii administra�iei de stat. Întreprinderile particulare �i sectorul


71

public au reac�ionat la dependen�a (din punct de vedere al aprovizion�rii cu �i�ei) de ��rile OPEC, înc�

din anul 1973. În 1993, Bank of America era proprietara celui mai mare parc de vehicule particulare

din lume, care func�ionau cu combustibili alternativi. O solu�ionare pozitiv� a acestor probleme s-a ivit

o dat� cu introducerea în fabrica�ie a combustibililor pentru motoarele diesel, ob�inu�i prin chimizarea

uleiurilor vegetale. în prezent, clasica dar poluanta motorin�, poate fi înlocuit� cu succes de astfel de

biocombustibili ecologici f�r� a fi nevoie de modific�ri ale motoarelor diesel. Produsele respective

care s-au impus cu rapiditate pe pia��, �i sub diverse denumiri ca biodiesel, petrole vert, LKW diesel,

se pot achizi�iona de la benzin�rii din ��ri ale Europei �i S.U.A., la acelea�i pre�uri cu cel al motorinei

(în unele locuri chiar u�or mai sc�zute). Un exemplu tipic de astfel de biocombustibil, are la baz� esteri

metilici ob�inu�i prin metanoliza trigliceridelor con�inute în uleiul de rapi��. Pe plan interna�ional au

existat �i exist� numeroase preocup�ri legate de ob�inerea �i utilizarea combustibililor alternativi din

uleiuri vegetale. Preocup�ri de acest gen deja exist� în multe ��ri europene. Astfel, în anul 2000 în 10

��ri din Europa func�ionau instala�ii produc�toare de biocombustibili diesel, ob�inu�i prin procesarea

chimica a uleiurilor vegetale, cu o capacitate total� de 1.210.000 t/an. În tabelul II.3. se prezint�

situa�ia produc�torilor de biocombustibil diesel din Europa, cu referire la capacit��ile instala�iilor

produc�toare �i cantit��ile vândute pe categorii de utiliz�ri: biocombustibil ca atare, amestec cu

combustibil clasic �i intermediari pentru industria oleochimic�. Dintre ��rile Europei se deta�eaz� net

Germania, cu o capacitate productiv� de 550.000 t/an �i o produc�ie realizat� de 415.000 t/an.

Preocup�ri sus�inute în domeniu exist� �i în unele ��ri din fostul lag�r socialist. Astfel, în

Ungaria exist� o instala�ie industrial� de biocombustibil la Babolna, iar în Cehia la Olmutz.

Lansarea în fabrica�ie a biocombustibilului a fost sus�inut� pe lâng� asocia�ia produc�torilor

agricoli �i de fabrican�ii de autovehicule, deoarece normele “EURO III” �i “EURO IV”, care

reglementeaz� sever nivelul emisiilor poluante, vor putea fi respectate �i în condi�iile utiliz�rii acestui

tip de combustibil.

Utilizarea biocombustibilului din uleiuri vegetale este aprobat� pentru toate modelele de

automobile �i autoutilitare AUDI �i VW, pentru MERCEDES C 220 si E 220, pentru toate modelele

FORD echipate cu motoare 1,8 si 2,5l, pentru unele modele MAN, pentru toate modele de tractoare

fabricate de ISEKI, HOLDER, KHD, FENDT, FIAT, AGRI, CASE, JOHN DEER, MASSEY-

FERGUSON, RENAULT, STEYER.

Deoarece cererea are tendin�a de a dep��i oferta de biocombustibil, strategiile de dezvoltare

direc�ioneaz� utilizarea lui în prezent spre zonele sensibile din punct de vedere ambiental ca de ex.:

- transportul public local: taxi, autobuze, servicii po�tale;


72

Tabel II.3.

Situa�ia produc�torilor de biocombustibil diesel din Europa




Henkel Dusseldorf 200.000 160.000 0 0 - Connemann / OMH Keer 100.000 10.000 75.000 10.000 1991/1993

/1995 Oelmuehle Hbg / ADM Hamburg 100.000 10.000 60.000 20.000 1999/2000

Bio-diesel Wittemberge 50.000 0 20.000 0 1999 VNR Ochsenfurt 50.000 0 20.000 0 1999/2000 L.U.T. Rudisleben 40.000 0 20.000 0 1999/2000 Hallertauer/ Agrana Mainburg 5.000 0 4.000 0 1996

ADIBAPV Henningsleben 3.000 0 2.000 0 1997 Vogtlander Grossfriesen 2.000 0 2.000 0 1997

GERMANIA/ 415.000

Total 550.000 180.000 205.000 30.000 Robbe/Diester Compiegne 40.000 0 0 40.000 1994/1996 Diester Rouen 120.000 0 0 120.000 1995 Sdobre-Srnova Boussens 70.000 30.000 0 40.000 1993/1995 Novaol/ICI Verdun 60.000 0 5.000 55.000

FRAN�A / 266.000

Total 290.000 5.000 70.000 255.000 Bakelite Solbiate 30.000 0 0 5.000 1996 Novaol / altii Livorno 90.000 0 0 20.000 1993 Oleofici Italiani Bari 20.000 0 0 0 1995 Distillerie Parma Napoli 30.000 0 0 0 1995

Focus Petroli Ancona 20.000 0 0 0 Sisas / altii Milano 50.000 0 0 10.000 1995

ITALIA / 160.000

Total 240.000 0 0 35.000 BELGIA / 85.000 Sisas Feluy 80.000 0 10.000 20.000 1995

Oleofina Ertvelde 30.000 30.000 0 0 Total 110.000 30.000 15.000 DANEMARCA Otterup 0 0 0 0 FINLANDA 0 0 0 0 NORVEGIA 0 0 0 0

United Oil Seed Liverpool 2.000 0 1.000 0 1996 ANGLIA / 2.000 Cargill Hull AUSTRIA/ 20.000 RME Bruck Bruck 15.000 0 15.000 0 1994

SPANIA Biocat Barcelona 0 0 0 0 1999 Ecobransle Skive 6.000 0 6.000 5.000 1992 SUEDIA / 6.000 Altii 5.000 0 2.000 1.000 1996 Milo Olomouc Olmutz 30.000 0 0 30.000 1995 CEHIA / 32.000 Altii 17.000 0 0 1992/1994

UNGARIA Babolna 20.000 0 0 1995

TOTAL Anul Capacitate total� (t/an)

Total esteri metilici (t/an)

Biodiesel in motoare (t/an)

Amestec (t/an)

EUROPA 2000 1.200.000 1.020.000 245.000 390.000 - vehicule municipale: salubrizarea str�zilor, colectarea gunoiului menajer, între�inerea spa�iilor

verzi;

- vehicule ale armatei �i c�ilor ferate;


73

- naviga�ia pe apele interioare;

- vehicule agricole �i de transport în zonele agricole

„Biodieselul” este un produs „domestic”, un combustibil „re-înnoibil” periodic, care poate fi

utilizat în motoare diesel care nu necesit� modific�ri asupra sistemului de alimentare. Este un produs

sigur, biodegradabil reducând serios produ�ii poluan�i ca: cenu�a, particulele solide, monoxidul de

carbon, hidrocarburile �i noxele. Performan�ele, cerin�ele legate de stocare precum �i cele legate de

între�inere sunt similare combustibililor petrolieri. Biodieselul nu con�ine aromatice �i nici sulfuri, are

o cifr� cetanic� destul de ridicat� �i are calit��i de ungere superioare combustibilului petrolier. În plus,

de exemplu în S.U.A., utilizatorii pot beneficia de credite acordate de EPAct (Energy Policy Act), deci

printr-o politic� la nivel guvernamental.

Tehnologia de ob�inere

Biocombustibilul diesel se ob�ine pe cale chimic� prin reac�ia dintre alcooli cu diverse uleiuri

vegetale, gr�simi animale sau reziduuri grase alimentare (uleiuri de g�tit arse) sau nealimentare (de

natur� industrial�). Datorit� acestui fapt este folosit adesea în amestecuri de 2% sau 20% cu motorina.

Aceste amestecuri poart� tot denumirea de „biodiesel”, fiind clasificate dup� con�inutul procentual de

ulei: B2 – amestec de motorin� cu 2% biocombustibil diesel, B20 – amestec de motorin� cu 20%

biocombustibil diesel. Produsul B100 con�ine 100% biocombustibil diesel.

O caracteristic� important� a uleiurilor vegetale �i gr�similor animale este aceea a lipsei

sulfului �i compu�ilor acestuia. De asemenea, faptul c� uleiurile se pot ob�ine din culturile de soia �i de

rapi��, deci prin cultur� agricol� periodic�, confer� o deosebit� atractivitate, prin faptul c� sursa

primar� a biodieselului este într-o permanent� re-înnoire (anual�) fiind dependent� numai de

periodicitatea îns�mân��rilor �i de calitatea solului în care se fac aceste culturi.

B100 �i amestecurile biodiesel sunt sensibile la vremea rece, necesitând m�suri „anti-congelare”

precum alte sortimente de motorin� neaditivat� în acest sens.

Biodieselul ac�ioneaz� ca un veritabil aditiv detergent, înl�turând sau dizolvând sedimentele

din tancurile de stocare. Datorit� calit��ilor de solvent, B100 poate produce „gume” �i alte

componente, care pot înfunda diferitele sisteme de alimentare fabricate înainte de 1994. B20

minimalizeaz� toate aceste probleme. De aceea atunci când se trece de la func�ionarea cu

combustibilul petrolier conven�ional trebuie avut în vedere c� la fundul rezervorului sau al tancului,

exist� de obicei sedimente care pot fi dizolvate �i antrenate în sistemul de alimentare de c�tre

biodiesel. De aceea, este necesar� sp�larea rezervorului sau tancului de depozitare de orice urm� de

motorin� �i înlocuirea filtrelor de combustibil, existând, în caz contrar, pericolul de înfundare cu


74

„gume” ce se pot produce prin dizolvarea sedimentelor de c�tre biodiesel. Acest fenomen nu se

observ� la motoarele care func�ioneaz� numai cu biodiesel.

Acela�i lucru este valabil �i în cazul intr�rii în contact cu suprafe�ele vopsite, care vor fi „decapate” cu

siguran�� de c�tre biodiesel.

POZI�IA DEPARTAMENTULUI DE STAT AL STATELOR UNITE PENTRU ENERGIE

DOCUMENT PREZENTAT DE OFICIUL EFICIEN�EI ENERGETICE �I AL ENERGIEI

RE-ÎNNOIBILE

„BIODIESELUL OFER� CEA MAI BUN� ALTERNATIV� LA COMBUSTIBILUL DIESEL

CONVEN�IONAL”

Creditul EPAct

În Ianuarie 2001, DOE a publicat regulile finale pentru utilizarea biodieselului pentru

îndeplinirea cerin�elor EPAct. Aceast� regul� permite acoperirea consumului de combustibil diesel

pân� la 50% pentru autovehiculele lor alternative. În concordan�� cu regula final� acoperirea

necesarului poate fi realizat� prin utilizarea unui credit pentru fiecare al 450-lea galon cump�rat de

B100. Creditele vor fi acordate numai dac� acest combustibil con�ine cel pu�in 20% biodiesel �i este

utilizat în vehicule cu greutate mai mare de 8500 lb. Dac� se utilizeaz� amestecuri, numai cantitatea de

biodiesel folosit� în amestec poate fi creditat�. De exemplu, 2,250 de galoane de B20, con�in 450 de

galoane de biodiesel pur �i numai pentru aceast� cantitate se acord� credite la cump�rare ca

autovehicul ce utilizeaz� combustibili alternativi. Nici un credit par�ial nu este permis �i se acord�

numai în anul în care a fost utilizat acest combustibil. Regulile care sunt aplicate se reg�sesc în

Registrul Federal începând cu 11 Ianuarie 2001. Creditele pentru biodiesel nu pot fi comercializate sau

trecute de pe un an pe altul.

S�n�tate �i mediu

B100 a trecut testele de nivel 1 �i 2 privind cerin�ele de testare conform Actului privind

cur��enia aerului (Clean Air Act). Aceast� testare a condus la concluzia c� emisiile datorate

biodieselului sunt „nontoxice” �i prezint� un risc mic pentru s�n�tatea oamenilor. Rezultatele testelor

au ar�tat c� poten�ialul de producere a cancerului datorit� particulelor de substan�� produse prin

arderea lui B100 este cu 94% mai mic decât în cazul motorinelor normale, iar în cazul lui B20 cu 27%

mai redus.

Biodieselul are câteva beneficii legate de mediu. Vehiculele care folosesc acest combustibil

emit mai pu�ine hidrocarburi grele �i mai pu�ine particule de substan��, mai pu�in CO �i CO2. Testele

au indicat îns� o u�oar� cre�tere a NOx-urilor, dar câteva teste recente prin reducerea unor aditivi au


75

ar�tat rezultate promi��toare. Deoarece biodieselul nu con�ine sulf, el nu contribuie la emisiile de SO2

�i nici nu „otr�ve�te” catalizatorii din traseul de evacuare, atunci când se utilizeaz� B100, îmbun�t��ind

în mod real eficien�a catalizatorilor de oxidare.

Avantajele BIODIESELULUI

U�urin�� în utilizare: Biodieselul poate fi utilizat f�r� a modifica infrastructura de alimentare

a vehiculelor ce au în construc�ie motoare diesel, cu mici sau f�r� modific�ri ale motorului din acest

punct de vedere.

Flexibilitate: Biodieselul este u�or de introdus sau scos, astfel încât se poate men�ine o

flexibilitate în tehnologiile aflate în desf��urare.

Creditele EPAct: Utilizatorii primesc un credit pentru fiecare 450 galoane de biodiesel

cump�rate. Utilizatorii de B20, care con�ine 20% biodiesel, beneficiaz� de credit pentru fiecare 2250

galoane consumate.

Performan�e demne de încredere ale motoarelor care utilizeaz� biodieselul: Biodieselul

are o cifr� cetanic� ridicat� �i calit��i de ungere ridicate, ceea ce confer� performan�e, siguran�� i

economie de combustibil.

Mai curat �i „re-înnoibil”: Biodieselul produce emisii de evacuare reduse, mic�oreaz� fumul

negru, efectul de ser� �i emisiile de particule �i de noxe �i nu produce SO2 (r�spunz�tor de ploile

acide).

Disponibilitate �i Costuri

Biodieselul poate fi cump�rat de la un num�r cresc�tor de produc�tori �i companii de distribu�ie

a produselor petroliere. Eficien�a distribu�iei ar putea cre�te prin extinderea volumului pie�ei de

desfacere. În prezent B100 cost� între 1,25$ �i 2,25$ per galon, în func�ie de cantitatea �i costurile de

desfacere. Biodieselul este taxat ca un combustibil diesel, astfel încât taxele sunt ad�ugate la pre�ul de

vânzare. La pre�ul zilei B20 cost� cu 13 la 22 cen�i mai mult per galon fa�� de combustibilul diesel

conven�ional. Totu�i, datorit� faptului c� folose�te infrastructura existent� �i acelea�i mijloace de

transport, biodieselul poate fi o alternativ� cu costuri neînsemnate pentru EPAct. Diferen�ele de cost se

a�teapt� a se reduce datorit� cre�terii pre�ului petrolului, a noilor reglement�ri EPA (Environmental

Protection Agency) referitoare la reducerea con�inutului de sulf din combustibilii diesel �i datorit�

perfec�ion�rii industriei produc�toare a biodieselului, cum ar fi construirea unor fabrici cu tehnologii

avansate de producere.

Pozi�ia unor firme �i utilizatori importan�i ai biodieselului

Stanadyne a testat biodieselul �i a ajuns la concluzia c� aditivarea cu numai 2% a

combustibilului conven�ional cu biodiesel, este suficient� pentru ca uzurile din sistemul de injec�ie s�


76

scad�, datorit� îmbun�t��irii calit��ilor de lubrifiere. În acest sens câteva state au reconsiderat legisla�ia,

astfel c� începând cu acest an s� fie obligatorie aditivarea cu 2% a motorinei.

U.S.ARMY Tank Command – Comandamentul Tancurilor ale Armatei Statelor Unite –

precum �i celelalte comandamente de arme �i de transporturi din Armata Statelor Unite, au aprobat

Documenta�ia de cump�rare pentru procurarea combustibilului B20 pentru a netezi calea de cump�rare

a biodieselului. TACOM (comandamentul diviziilor de transporturi �i armament) are responsabilitatea

dezvolt�rii specifica�iilor de combustibili folosi�i de U.S. Army �i s� contribuie la dezvoltarea

programelor de cercetare cu Departamentul de Stat pentru Energie al Statelor Unite, în domeniul

utiliz�rii biocombustibililor. Începând cu anul 2001 B20 este folosit de U.S. Army numai la vehiculele

non-tactice. Datorit� avans�rii programelor de cercetare în urm�torii 2 ani biocombustibilul va fi

folosit �i în cazul echipamentelor tactice militare.

NBB (The National Biodiesel Board) a realizat o organiza�ie de cercetare-dezvoltare cu

TACOM (Comandamentul Tancurilor �i Transporturilor al U.S. Army), pentru a contribui la

introducerea biodieselului în categoria proviziilor de carburan�i pentru toate ramurile militare din

Statele Unite.

Amestecurile biodiesel au fost introduse în programul secolului 21 referitor la transporturile

rutiere grele, atât militare cât �i civile.

Parcurile de vehicule guvernamentale din Statele Unite vor putea ob�ine biodiesel pentru

utilizarea frecvent� la fel de u�or ca �i combustibilul conven�ional datorit� unui program de accelerare

a produc�iei sus�inut pe linie guvernamental�. Ini�ial s-a solicitat utilizarea lui B20. Combustibilul va fi

livrat în diverse puncte din toat� America pentru utiliz�ri atât militare cât �i civile.

SERVICIUL DE CERCETARE AL AGRICULTURII din Statele Unite, agen�ie

guvernamental� component� a Departamentului pentru Agricultur�, a anun�at c� fermierii utilizeaz� în

Maryland, combustibilul B20 pentru 150 de motoare începând cu diesel-generatoarele de puteri mari,

autobuse �i chiar la vestitul HUMVEE. Practic agen�ia a ajuns la concluzia c� acest combustibil va

deveni indispensabil la fel cum este combustibilul conven�ional în prezent. Astfel, deja combustibilul

diesel conven�ional, motorina, se clasific� drept „Regular”, în timp ce biodieselul se clasific� drept

„Premium”.

Arizona’s Deer Valley Unified School District are un parc de autovehicule care folose�te

biodiesel.

Ei au anun�at de curând c� au parcurs peste 4 milioane de mile utilizând biodieselul. Este doar

una dintre marile districte �colare din Statele Unite care folosesc combustibili cura�i la arderea în

motoarele autobuzelor �colare. „Acest combustibil este foarte «curat» pentru �coal� �i în plus este


77

foarte sigur pentru copii no�tri”, a subliniat de curând domnul Paul Cochran, pre�edintele School Bus

Fleet Mangers Association of Arizona (Asocia�ia Managerilor de Flot� a Autobuzelor �colare).

Pozi�iile Caterpillar �i Cummins fa�� de biodiesel – martie, respectiv august 2001

Biodieselul care are la baz� esterii metilici ai acizilor gra�i deriva�i din uleiurile vegetale, din gr�simile

animale sau din uleiurile arse de g�tit, are propriet��i similare cu cele ale combustibilului conven�ional

folosit la arderea în motoarele cu aprindere prin comprimare.

Caterpillar nu aprob� dar nici nu se opune utiliz�rii biocombustibilului biodiesel. Caterpillar nu se afl�

în pozi�ia de a evalua multitudinea de tipuri de biodiesel, �i asupra efectelor pe termen ling asupra

performan�elor, durabilit��ii �i emisiilor poluante ale produselor sale. Utilizarea biodieselului nu

afecteaz� materialele �i nici utilizatorii motoarelor Caterpillar. Defec�iunile rezultate din utilizarea

oric�rui combustibil, nu sunt imputabile Caterpillar �i de aceea costurile de repara�ie nu sunt acoperite

prin garan�ie.

Biodieselul se încadreaz� în specifica�ia Caterpillar, atât în forma B100 cât �i sub forma altor

amestecuri cu motorina. Recomand� utilizarea amestecului 5% biocombustibil �i 95% motorin� pentru

seriile 3003 la 3034, 3054 la 3056.

Recomand�ri:

• Intervalul de timp de schimb de ulei poate fi afectat prin utilizarea biodieselului. Se recomand�

analizarea periodic� a uleiului în laboratoare specializate.

• Prin utilizarea biodieselului se reduce puterea nominal� a motorului cu cca. 5-7%, datorit�

reducerii puterii calorifice inferioare, în raport cu motorina. Aceast� reducere este propor�ional� cu

tipul amestecului cu motorina: de la 5-7% în jos, începând cu B100.

• Verifica�i periodic scurgerile de combustibil datorate garniturilor din elastomeri ce vin în contact

cu biodieselul.

• Se vor lua m�suri speciale pentru depozitarea la temperaturi sc�zute. Este necesar�, la fel ca �i în

cazul motorinei mai grele, înc�lzirea sistemului de alimentare �i filtrare.

• Biodieselul are o slab� stabilitate oxidant� �i de aceea pot apare probleme la stocarea pe termen

lung. Stabilitatea oxidant� slab� poate accelera oxidarea combustibilului în sistemul de alimentare.

Aceast� situa�ie poate fi întâlnit� mai ales la motoarele cu injec�ie electronic� la care sistemul

lucreaz� la temperaturi mai ridicate.

• Biodieselul este un excelent mediu pentru dezvoltarea microbilor. Ace�tia pot cauza coroziunea

conductelor �i colmatarea prematur� a sistemului de filtrare. Este necesar� utilizarea unor aditivi

anti-microbieni.


78

Pozi�ia John Deere

„Biodieselul este mijlocul ideal pentru reducerea emisiilor poluante”. John Deere încurajeaz�

utilizarea biodieselului în aplica�iile din agricultur�.

Pozi�ia Detroit Diesel

De�i biocombustibilul diesel în amestec sau nu cu motorina reduce emisiile de CO, CO2, HC �i

de particule, arderea sa în motoarele diesel determin� o cre�tere u�oar� a emisiei de NOx. De aceea,

utilizarea sa impune din acest punct de vedere controlul mai riguros al arderii, ceea ce va determina, în

cazul schimb�rii raportului dintre consumul de motorin� petrolier� �i biodiesel, în sensul cre�terii celui

din urm�, cercet�ri teoretice �i experimentale mai am�nun�ite.

Beneficiile biodieselului

Începând cu anul 2000 biodieselul a devenit singurul combustibil alternativ din Statele Unite

care a avut un succes complet �i care a corespuns standardelor EPA, nivelul I �i II, privitor la poluarea

aerului �i la riscurile de îmboln�vire.

Biodieselul – un combustibil ultra curat – nu con�ine nici sulf �i nici aromatice, ceea ce

contribuie la reducerea emisiilor poluante. Un studiu al Departamentului pentru Energie al Statelor

Unite arat� c� produc�ia �i utilizarea biodieselului în compara�ie cu combustibilul diesel petrolier,

conduce la o reducere cu 78,5% a emisiilor de CO2. Mai mult, biodieselul are o balan�� energetic�

pozitiv�: pentru fiecare unitate de energie necesar� producerii unui galon de biodiesel se câ�tig� 3,24

unit��i de energie.

Având în vedere c� biodieselul este legat de producerea uleiurilor vegetale �i deci este re-

înnoibil la pre�uri de produc�ie reduse, comparative cu pre�urile de producere a produselor petroliere,

este clar c� acest combustibil devine din ce în ce mai „prietenos”. Este, de asemenea, foarte clar �i c�

biodieselul va utiliza toate surplusurile domestice vegetale sau animale, ceea ce confer� o mare

securitate din punct de vedere energetic. Deoarece biodieselul poate fi fabricat pe cale industrial�

folosind capacit��ile industriale existente, acesta devine o foarte important� problem� legat� de

securitatea energetic� a unei ��ri.

Dac� avem în vedere costurile petrolului importat �i deci dependen�a energetic� de pia�a

mondial� a petrolului, este evident c� importan�a combustibililor re-înnoibili de tipul biodieselului

cre�te exponen�ial, mai ales pentru domeniul securit��ii na�ionale militare. De asemenea, biodieselul va

aduce beneficii importante pe pia�a muncii, �tiut fiind c� de exemplu în S.U.A. la fiecare miliard de

dolari cheltuit pentru importul de petrol se pierd 10000 – 25000 de locuri de munc�.

Din punct de vedere economic biodieselul aduce beneficii semnificative din punct de vedere

microeconomic atât în sectorul urban cât �i în cel rural. Departamentul Agriculturii din Statele Unite a


79

demonstrat c� o cre�tere a cererii medii anuale echivalente a 200 milioane de galoane de biodiesel

bazat pe uleiul de soia, va însemna o produc�ie cumulat� pân� în 2010 de 5,2 miliarde de dolari, ceea

ce înseamn� o cre�tere net� a produc�iei în ferme de circa 300 milioane de dolari pe an. Pre�ul fasolii

soia ar putea cre�te cu o medie de 17 cen�i anual pe o perioad� de 10 ani, datorit� cre�terii cererii de

biodiesel.

Toxicitatea: biodieselul B100 nu este toxic. Doza letal� LD 50, este mai mare de 17,4 g/kg corp

omenesc. Prin compara�ie de exemplu sarea de buc�t�rie este de 10 ori mai toxic� decât biodieselul

B100.

Iritarea pielii umane: aplicarea timp de 24 de ore unei comprese cu B100 a produs o iritare u�oar�.

Iritarea pielii a fost mai mic� decât cea produs� de o solu�ie apoas� de 4% s�pun.

Biodegrabilitatea: biodieselul este de 4 ori mai biodegradabil decât combustibilul diesel petrolier. În

timp de 28 de zile biodieselul B100 s-a degradat în procent de 85 – 88% în ap�. De exemplu dextroza

– care este folosit� pentru comparare – se degradeaz� în aceea�i rat�.

Punctul de inflamabilitate: punctul de inflamabilitate al unui combustibil este definit ca fiind

temperatura la care acesta se aprinde atunci când este expus unei scântei sau unei flame. Punctul de

inflamabilitate al biodieselului este peste 300 ºF (130 ºC), în timp ce al unui combustibil diesel

petrolier este de 125 ºF. Test�rile au ar�tat c� punctul de inflamabilitate al amestecurilor biodiesel

cre�te cu cre�terea procentajului de biocombustibil diesel. De aceea, biodieselul pur B100 �i

amestecurile biodiesel sunt mai sigure din punct de vedere al stoc�rii, manevr�rii �i utiliz�rii decât

combustibilii diesel conven�ionali.

NIVELUL EMISIILOR POLUANTE ALE COMBUSTIBILULUI BIODIESEL, DUP� NATIONAL

BIODIESEL BOARD

Combustibilul biodiesel este primul �i singurul combustibil alternativ care are o evaluare

complet� a emisiilor poluante produse prin arderea sa în motoarele cu ardere intern�. Agen�ia Statelor

Unite privind protec�ia mediului (EPA) a evaluat în cadrul sec�iunii privitoare la „cur��enia

aerului” – 211(b), efectele asupra s�n�t��ii produse de arderea biocombustibilului diesel. În acest sens

s-au derulat în ultimii 2 ani o serie de programe referitoare la cele mai stringente protocoale de testare

cerute de EPA pentru certificarea combustibililor �i/sau aditivilor. S-a realizat un inventar complet al

opiniilor culese de la marii produc�tori de motoare referitor la utilizarea biocombustibilului diesel. De

asemenea s-au efectuat teste de laborator care au pus în eviden�� nivelul emisiilor poluante �i care sunt

sintetizate în tabelul II.4.:


80

TABEL II.4.

Compararea emisiilor poluante produse de BIODIESEL cu combustibilul conven�ional Tipul emisiilor poluante B100 B20 Regulate HC nearse -68% -14% CO -44% -9% Particule solide -40% -8% NOx +6% +1% Neregulate Sulfa�i -100% -20%*

Hidrocarburi aromatice policiclice (HCAP)** -80% -13% Ntitri�i ai hidrocarburilor aromatice policiclice (nHCAP)** -90% -50%***

Poten�ial asupra nivelului de ozon indus de HC -50% -10% * Estim�ri fa�� de rezultatele ob�inute pentru B100 **Reducere medie privind toate componentele m�surate ***2-nitrofluorine-le rezultate au fost testate prin metoda varia�iei B100 – biocombustibil diesel 100% B20 – amestec format din biocombustibil diesel 20% (ca aditiv) �i 80% combustibil diesel conven�ional

Concluzii

5. Poten�ialul de alterare a stratului de ozon prin formarea „smogului” este mai mic în cazul

biocombustibililor diesel (B100 �i B20) decât în cazul combustibilului diesel conven�ional, cu

cca. 50%, prin sc�derea nitra�ilor hidrocarburilor aromatice policiclice.

6. Emisiile de sulfuri sunt eliminate complet prin utilizarea B100. Emisiile poluante din gazele de

evacuare nu mai con�in oxizi sulfurici �i nici sulfa�i (componente importante ale ploilor acide),

deoarece în structura molecular� nu se mai g�se�te sulful, în cazul B100 comparativ cu

motorina.

7. Criteriile de apreciere a emisiilor poluante pun în eviden�� reducerea puternic� a acestora în

raport cu combustibilul diesel conven�ional.

8. Biocombustibilul diesel reduce riscurile de îmboln�vire asociate motorinei. Emisiile produse de

biodiesel pun în eviden�� reducerea HCAP �i a nitri�ilor – nHCAP, r�spunz�tori ai producerii

cancerului. Cercet�rile recente au condus la reducerea cu 75 – 85%, cu excep�ia

benzo(a)antracene-lor care s-au redus cu cca. 50%. De asemenea, s-au redus 2-nitrofluorine-le

�i 1-nitropirene-le s-au redus cu 90%, în timp ce celelalte nHCAP s-au redus la nivelul unor

„vagi urme”.


81

PRODUCEREA BIOCOMBUSTIBILULUI DIESEL Biodieselul este acel amestec combustibil care con�ine o concentra�ie de minim 20%

biocombustibil – denumit B20. Biodieselul cu o concentra�ie de 100% de biocombustibil se denume�te

B100.

Biocombustibil diesel sau alchil esterii se pot ob�ine din uleiuri �i gr�simi pe trei c�i:

1. transesterificarea catalitic� a uleiurilor cu alcool;

2. esterificarea catalitic� acid� direct� a uleiurilor cu metanolul;

3. conversia uleiurilor la acizii gra�i �i apoi la alchil-esterii cu ajutorul catalizatorilor acizi.

Majoritatea alchil-esterilor produ�i ast�zi sunt produ�i pe baze catalitice, deoarece este

procedeul cel economic datorit� urm�toarelor motive:

• procesare la temperaturi �i presiuni reduse (150 ºF respectiv 20 psi)

• conversie deosebit de ridicat� cca. 98% în timpi de reac�ie redu�i;

• conversia direct� la metil-esteri f�r� faze intermediare;

• nu sunt necesare materiale deosebite �i nici construc�ii tehnologice deosebite.

Procesarea este prezentat� mai jos: gr�simea sau uleiul reac�ioneaz� cu un alcool, ca de

exemplu cu metanolul, în prezen�a unui catalizator producându-se glicerin� �i metil-esteri –

biocombustibilul diesel. Metanolul este înc�rcat în exces pentru a asigura conversia rapid� �i

recuperarea pentru reutilizare. Drept catalizator se folose�te de obicei, hidroxidul de sodiu sau

hidroxidul de potasiu, care se amestec� în prealabil cu metanolul.

Schema producerii biodieselului este prezentat� în figura II.26.

Formula esterilor metilici ob�inu�i din fasolea soia �i greutatea molecular�

Recuperator dealcool

Separator -decantorReactor Purificare EvaporareSpalare

Neutralizare - EvaporareDistilare

Separator -decantor

Alcool

Ulei vegetal

CatalizatoriAcid

mineral

Acizi grasi

~

~

Biodiesel

Glicerina

Figura II.26. Schema producerii biodieselului


82

Masa molecular� medie a esterilor metilici ob�inu�i din uleiul de soia este de 292,2 kg/kmol.

Aceasta a fost calculat� folosind distribu�ia medie a acizilor gra�i pentru esterii metilici ob�inu�i din

uleiul de soia. În tabelul II.5. sunt prezentate formulele chimice ale esterilor componen�i �i masele lor

moleculare.

Tabel II.5.

Formulele chimice ale esterilor componen�i ai biodieselului �i masele lor moleculare

Acidul gras Concentra�ie masic� (%)

Greutate molecular�

Formula

Palmitic 12,0 270,46 C15H31CO2CH3 Stearic 5,0 298,52 C17H35CO2CH3 Oleic 25,0 296,50 C17H33CO2CH3 Linoleic 52,0 294,48 CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7CO2CH3 Linolenic 6,0 292,46 CH3(CH2CH=CH)3(CH2)7CO2CH3

Pentru protejarea pie�ei, ASTM (American Society of Testing and Materials) a elaborat un

standard pentru industria biodieselului, având în vedere pia�a de desfacere a biodieselului aflat� în

expansiune în Statele Unite.

În mai 2002, a difuzat în regim de urgen�� un standard intitulat: „Specifica�ia Standard a

Combustibilului Biodiesel (B100) Stocarea Amestecului Pentru Combustibilii Ob�inu�i pe cale

Distilat�”. În acest standard se precizeaz� c� biodieselul se poate utiliza în orice motor diesel, f�r� a fi

necesare modific�ri aduse motorului. Acest biocombustibil este la fel de performant cu combustibilul

diesel conven�ional, având o putere calorific� inferioar� apropiat� cu combustibilul conven�ional,

precum �i o cifr� cetanic� superioar�. Acest combustibil ofer� o ungere superioar� �i emisii poluante

coborâte în compara�ie cu combustibilii de natur� petrolier�. Concentra�iile mai mari de

biocombustibil vor fi acceptate numai cu aprobarea companiilor produc�toare de motoare. Mai mult de

100 de mari companii de�in�toare de parcuri de autovehicule din Statele Unite folosesc curent B20,

cum ar fi: Serviciul Po�tal, Administra�ia Ora�ului Philadelphia, Departamentul de Stat al Agriculturii,

Districte �colare, NASA, �.a.

În tabelul II.6. se prezint� o propriet��ile biodieselui.B100.

Biodieselul este înregistrat la EPA, fiind cu cca. 75 – 90% mai pu�in cancerigen decât

combustibilii petrolieri.

Biodieselul: „combustibilul tân�r pentru tineret”: în data de 26.06.2002 o echip� de tineri

studen�i cercet�tori de la Universitatea Wisconsin-Madison au dezvoltat un sistem avansat hibrid

electric ce utilizeaz� biodieselul, reu�ind o cre�tere randamentului unui motor pentru Ford Explorer �i

o sc�dere a efectului de ser� 50% produs de acesta f�r� a sacrifica performan�ele sau siguran�a în trafic.

Echipa de studen�i a reu�it s� realizeze o economie de 45% a consumului de combustibil al acestui


83

vehicul. Acest proiect a câ�tigat competi�ia din acest an a concursului Future Truck (Camionul

viitorului). La competi�ie au participat 15 echipe din universit��ile de top din America de Nord.

Tabel II.6.

Propriet��ile biodieselului (B 100)

Proprietate Metoda ASTM Limite Unit��i de m�sur� Punct de inflamabilitate D 93 130 min. oC Apa si sediment D 2709 0.050 max. % vol. Vâscozitatea cinematic� la 40oC D 445 1.9 – 6.9 mm2 / sec.

Cenu�a de sulfa�i D 874 0.020 max. % masa Sulf D 5453 0.05 max. % masa Coroziune pe lamela de Cu D 130 No. 3 max. Cifra cetanic� D 613 47 min. Punct de rou� D 2500 Report oC Reziduuri de carbon D 4530 0.050 max. % masa Aciditate D 664 0.80 max. mg KOH / gm Glicerin� liber� D 6584 0.020 max. % masa Glicerin� total� D 6584 0.240 max. % masa Con�inut de fosfor D 4951 0.001 max. % masa Temperatura de distilare echivalent� temperaturii de recuperare 90% D 1160 360 max. oC

Situa�ia pe plan intern

Având în vedere diminuarea produc�iei proprii de �i�ei a României, cât �i epuizarea rezervelor

sale într-un viitor apropiat, se impune cu stringen�� realizarea unor combustibili alternativi având la

baz� materii prime provenite din resurse regenerabile, de tipul uleiurilor vegetale.

Necesitatea reducerii polu�rii mediului datorit� gazelor de e�apament, cât �i alinierea la

normativele Uniunii Europene în acest domeniu, recomand� de asemenea înlocuirea motorinei cu un

combustibil ecologic.

În România nu exist� instala�ii industriale produc�toare de biocombustibili din uleiuri

vegetale, iar cercet�rile în domeniu sunt în faz� incipient�.

La noi în institut s-a încercat ob�inerea biodieselului, cu rezultate neconving�toare din punct

de vedere al separ�rii �i purific�rii.

În prezent, în �ar� colabor�m cu ICECHIM în ceea ce prive�te aplica�iile pe motoarele diesel

indigene. De asemenea, suntem la început de drum într-o colaborare interna�ional� într-un parteneriat

din care fac parte: MASTER SA Bucure�ti, Universitatea „Politehnica” Bucure�ti, Universitatea

Tehnica din Perugia �i Universitatea din Torino, prin care urm�rim realizarea unor modele de simulare

numeric� a func�ion�rii motorului alimentat cu biodiesel, precum �i dezvoltarea unor metode de

evaluare a diver�ilor biocombustibili ob�inu�i din uleiuri vegetale �i din uleiuri arse rezultate în

industria „Fast Food”.


84

5. Procese �i tehnologii de ob�inere a uleiului vegetal presat la rece

5.1. Aspecte generale

De mult� vreme, uleiurile presate la rece au fost extrase din semin�ele cu con�inut ridicat de

substan�e uleioase, fiind folosite la prepararea hranei �i a medicamentelor. În ultimii ani, datorit�

cre�terii polu�rii �i reducerii resurselor de uleiuri minerale, aceste uleiuri au început s� fie folosite �i în

domeniul tehnologiilor industriale.

Uleiul vegetal este folosit în mod curent ca materie prim� natural� în fabricarea linoleumului, a

vopselelor, lacurilor, cosmeticelor �i a aditivilor pentru detergen�i. In domeniul tehnic se remarc� o

cre�tere a consumului pe pia�a lubrifian�ilor (ulei pentru fier�str�u cu lan�, ulei pentru angrenaje, ulei

de motor ), a uleiurilor hidraulice �i pentru domenii speciale (ex. a uleiurilor de protec�ie contra

coroziunii �i a uleiurilor pentru cofraje la betoane). Avantajele uleiului vegetal fa�� de produsele

uleioase fosile sunt c� se degradeaz� mult mai repede în p�mânt �i nu polueaz� apa, ele având acelea�i

performan�e tehnice ca �i uleiurile industriale [6].

Utilizarea energetic� a uleiului vegetal crud în motoare (co-generarea electricit��ii �i c�ldurii, în

motoarele diesel pentru vehicule) materializeaz� dorin�a de înlocuire a combustibililor fosili. In

prezent, tehnologia este deja testat� �i definitivat�. Combustibilul pe baz� de ulei vegetal crud prezint�

avantajul unui con�inut sc�zut de sulf �i fosfor, precum �i o mai mare siguran�� în utilizare. Folosind

ulei vegetal presat la rece în loc de combustibil diesel fosil, se reduce produc�ia de gaze cu efect de

ser�, CO2. Dac� se ia în considerare combustia, atunci uleiul vegetal este CO2 – neutru, deoarece

plantele consum�, din nou, întreaga cantitate emis� de CO2. Astfel gazele cu efect de ser� au un circuit

închis. Când este considerat întregul proces de ob�inere de produse din rapi��, produc�ia semnificativ�

de c�ldur�, ob�inut� prin arderea tulpinilor de rapi��, conduce la o balan�� energetic� pozitiv�, deoarece

se adun� cu produc�ia de turte �i de ulei din semin�e de rapi��. Aceasta înseamn� c� procesul asigur� o

reducere a emisiilor de CO2.

Oricine î�i poate produce propriul combustibil dac� are semin�ele de rapi��. Procesul de presare

la rece nu necesit� instala�ii complicate. Caracteristic pentru acest proces este necesarul redus de

energie �i faptul c� nu se folose�te nici un agent chimic extractiv. Aceste instala�ii de extrac�ie pot s�

func�ioneze continuu �i nu necesit� o supraveghere special�.

Produc�ia descentralizat� de ulei vegetal presat la rece asigur� �i o produc�ie valoroas� de

furaje, sub form� de turte-presate. Turtele bogate în proteine pot înlocui par�ial boabele de soia

importate �i astfel se reduce dependen�a de import �i riscul de a folosi furaj/nutre� din boabe de soia

modificate genetic. Este stimulat� astfel �i economia local�.


85

Acest studiu este un îndrumar practic pentru g�sirea echipamentelor adecvate producerii

turtelor-presate, bogate în proteine, cât �i a uleiului vegetal crud presat la rece �i ia în considerare to�i

parametrii importan�i ai procesului tehnologic. Sunt enumera�i câ�iva produc�tori de utilaje, punându-

se accentul pe o list� complet� de asemenea produc�tori de instala�ii de presare a semin�elor uleioase.

Pentru echipamentul de preparare �i filtrare sunt, probabil, furnizori �i mai buni decât cei enumera�i.

Specifica�iile tehnice ale instala�iilor cuprinse în list� se refer� în special la procesarea culturii

de rapi��, care este principala plant� uleioas� cultivat� în Europa.

5.2. Compara�ie între presarea descentralizat� la rece �i extrac�ia industrial� pe baz� de solven�i

Presarea la rece, descentralizat� Extrac�ia industrial� cu solven�i Scar� medie, firm� privat� sau cooperativ� Localizate în apropierea culturilor agricole Conectate direct sau indirect la produc�ia agricol� ( f�r� intermediari) Capacit��i < 25 t/ zi Producere de ulei vegetal presat la rece �i turte furajere valoroase de la presa de extrac�ie Valoare nutritiv� superioar� a turtelor de pres� Costuri reduse de investi�ii Consum redus de energie (80 kWh/ t de semin�e) (în medie de 6 ori mai redus decât în cazul extrac�iei industriale) Nu se folosesc solven�i chimici sau condi�ion�ri termice ale semin�elor F�r� ap� rezidual� Cheltuieli logistice �i m�suri de securitate reduse Transport local pe distan�e mici (de obicei sub 50 km), stimularea economiei locale Flexibilitate m�rit� (proces mai rapid de adaptare pentru alt fel de semin�e uleioase) Crearea de valori rurale suplimentare

Întreprinderi ce sunt de cele mai multe ori conectate la concerne multina�ionale Localizate în apropierea c�ilor de comunica�ii (feroviare �i rutiere) In mod normal separate de produc�ia agricol� Capacit��i > 500 t/ zi Producere de ulei vegetal rafinat �i semirafinat, turte furajere s�race Con�inut de ulei în turtele de pres� <1% Costuri mari de investi�ii Consum mare de energie (470 kWh/t de semin�e) Extrac�ie pe baz� de solven�i chimici �i precondi�ionare termic� Ap� rezidual� de la rafinare (aprox. 50 L/L ulei) Cheltuieli logistice �i m�suri de securitate mari

Transport pe distan�e mari, uneori interna�ionale, spre sau de la instala�ii centrale, cheltuieli mari de investi�ii pentru a se asigura protec�ia mediului


86

5.3. Presarea descentralizat� la rece a semin�elor uleioase

5.3.1. Considera�ii generale privind procesul de presare

Schema general� a procesului de ob�inere a uleiului presat la rece, ob�inut din semin�e

oleaginoase, este prezentat� în figura II.27.

5.3.2. Instruc�iuni generale privind o instala�ie complet� de ulei

Este mult mai eficient s� se foloseasc� gravita�ia în deplasarea materialelor de baz� �i a

produselor în cursul procesului tehnologic. Din acest motiv se recomand� ca întreaga instala�ie s� fie

amplasat� într-o cl�dire cu mai multe etaje.

Depozitul principal pentru semin�e poate fi amplasat în afara sau în interiorul cl�dirii unde se

afl� moara de ulei. Instala�ii transportoare duc semin�ele sus la rezervorul de depozitare pozi�ionat

deasupra presei. Aici semin�ele vor fi înc�lzite pân� la temperatura camerei înainte de a fi turnate, pe

baza gravita�iei, în pres�. Rezervorul de depozitare trebuie s� aib� dimensiunea adecvat� capacit��ii de

procesare zilnice. Un senzor de nivel controleaz� nivelul de umplere al rezervorului.

Este important s� se cure�e semin�ele de pietre, posibile buc��i metalice �i resturi de plante.

Aceast� opera�iune asigur� o calitate constant�, mai bun�, a uleiului �i reduce posibilitatea deterior�rii

Figura II.27. Schema general� a procesului de ob�inere a uleiului

presat la rece din semin�e oleaginoase


87

presei. Contaminarea cu impurit��i s� fie sub 2%. În acest scop, este folosit� o sit� pentru îndep�rtarea

resturilor de plante, �i un separator magnetic pentru posibilele buc��i metalice. Pentru cur��irea

semin�elor de rapi��, se recomand� o plas� cu ochiuri cu dimensiunea de 2,2 pân� la 2,5 mm.

Semin�ele sunt preînc�lzite pân� la aproximativ 20oC cu ajutorul unei instala�ii speciale sau al unui

schimb�tor de c�ldur� care folose�te c�ldura de la presarea la cald a turtelor. Preînc�lzirea semin�ele

peste 20oC nu aduce nici un beneficiu în plus, dar poate influen�a negativ con�inutul de fosfor al

uleiului.

Din motive economice, automatizarea morii de ulei este recomandat� numai pentru capacit��i

de peste 500 kg/or�, în cazul semin�elor de rapi�� i de peste 700 kg/or�, în cazul celor de floarea

soarelui. Dup� pres�, se recomand� amplasarea unui rezervor de depozitare, cu unitate de omogenizare

(vezi moara de ulei Plankstetten) în cazul folosirii unui filtru semiautomat sau automat, pentru a avea

particulele solide din uleiul crud uniform distribuite. Dimensiunea rezervorului trebuie s� fie de 1 pân�

la de 2 ori mai mare decât capacitatea de produc�ie zilnic�.

Pentru operarea automatizat� a întregului proces este necesar controlul urm�torilor parametrii:

• Controlul cantit��ii de materie trecut� prin instala�ie, f�cut, de obicei, la ie�irea turtelor presate.

• Controlul temperaturii la duz� �i la rezervorul pentru turtele presate.

• Nivelul de umplere a rezervorului de ulei crud curat �i a rezervorului de turte presate.

Depozitarea uleiului vegetal crud

Condi�iile urm�toare sunt favorabile depozit�rii uleiului vegetal:

• Nivelul total sc�zut de impurit��i în ulei.

• Temperatura sc�zut� de depozitare.

• Evitarea varia�iilor de temperatur� (�i îndep�rtarea condensului).

• Întunericul (din aceast� cauz� cisternele metalice sunt mai bune decât cele din plastic).

• Pentru ulei de uz alimentar se folose�te un container din o�el inoxidabil, f�r� materiale din

cupru sau o�el, evitându-se contactul cu oxigenul sau apa.

• Rezervoarele trebuie s� fie u�or de cur��at.

Utilizarea turtelor rezultate de la presarea uleiului

Turtele care sunt ob�inute prin presare la rece au un con�inut mai mare de ulei rezidual �i din

aceast� cauz� au o mai mare valoare nutritiv� pentru animale decât cele ob�inute prin presare la cald

sau prin extrac�ie industrial� normal� f�cut� cu solven�i. Prin presarea a 3 kg de semin�e de rapi�� se

ob�in aproximativ 1 kg de ulei de semin�e de rapi�� i 2 kg de turte presate. Turtele sunt partea cea mai

valoroas� a procesului tehnologic �i produsul principal al procesului de presare la rece. Un hectar de


88

p�mânt plantat cu cultur� de rapi�� produce, în medie, o cantitate de aproximativ 2000 kg de turte din

semin�e de rapi�� i aproximativ 1000 L de ulei.

Turta presat�, crud�, bogat� în gr�simi constituie un furaj bogat în proteine �i este folosit pe

scar� larg� în zootehnie. Cea mai valoroas� utilizare a turtei presate este folosirea ei ca furaj pentru

animale. Folosirea propriei turte presate constituie un pas spre auto-alimentare, auto-control �i venituri

suplimentare pentru fermieri. Turta rezultat� din presarea la rece a semin�elor uleioase locale poate

înlocui furajul asigurat de boabele de soia importate.

Turta poate fi administrat� bovinelor, porcinelor, p�s�rilor, oilor �i cailor �i este o important�

surs� de substan�e nutritive �i energie pentru animale. Turta de rapi�� i floarea soarelui este un furaj

optim pentru vi�ei. Uleiul presat la rece, în special cel bogat în sedimente, este folosit ca ulei de furaj

pentru îmbun�t��irea furajelor s�race energetic, pentru porcine. De asemenea, turta de la cur��area

pl�cii de filtru, cu un con�inut de 35-50% ulei, constituie un remarcabil furaj.

Turtele ar trebui depozitate într-un loc rece, întunecos �i uscat. Dup� presare, turta are o

temperatur� cuprins� între 40 – 60oC. R�cirea turtei presate imediat dup� presare este recomandat� în

cazul depozit�rii în siloz. Aceast� r�cire se poate realiza în timpul transportului turtelor spre siloz, pe

banda rulant�. R�cirea previne procesul de condensare �i deteriorare a turtelor în siloz. Alternativ

aceast� c�ldur� poate fi recuperat� cu un schimb�tor de c�ldur� �i folosit� la înc�lzirea semin�elor.

Astfel de instala�ii eficiente sunt oferite de o serie de fabrican�i de utilaje.

Turta presat� de rapi��, având o umiditate < 10%, nu este mai perisabil� decât grânele. Firma

Straehle a raportat o perioad� de depozitare de o jum�tate de an a turtelor presate, f�r� probleme,

respectând condi�iile sus men�ionate. Un alt raport men�ioneaz� depozitarea turtelor trei luni, f�r�

efecte negative asupra calit��ii nutritive a acestora. Cipsurile de turt�, de la presele cu filtru, pot fi

presate sub form� de pelete, cu ajutorul unor ma�ini speciale. Turta presat� sub form� de pelete are

urm�toarele avantaje:

• produce praf mai pu�in în timpul transportului;

• poate fi depozitat� pe o perioad� mai lung�, de cel pu�in o jum�tate de an, pentru evitarea

apari�iei Alfa-toxinei.

Valorile nutritive �i ingredientele turtei de rapi�� presate

Materie uscat� - 87%

Protein� brut� - 33%

Gr�sime brut� - 15%

Fibre brute - 10%

Energie (MJ/kg) - 13,5 MJ/kg


89

Minerale Ca/ P/ Na (g/kg) - 6,3/ 10,8/ 0,1

Conform legisla�iei germane privind alimenta�ia animalelor, urm�toarele tipuri de turte presate

se recomand� în alimenta�ia animalelor: din semin�e de rapi��, de in, de floarea soarelui �i �ofran.

Avantajele hr�nirii animalelor cu turte din rapi�� fa�� de cele de soia, se remarc� la porcine prin

cre�terea calitativ� a c�rnii, iar la bovine prin cre�terea calit��ii �i cantit��ii de lapte.

Toate evalu�rile se refer� la materie uscat� în propor�ie de 90%.

Aplicându-se o presare mai puternic� sau una mai slab�, asupra materiei prime, se ob�in

valorile prezentate în tabelul II.7.

Tabel II.7.

Valorile produselor rezultate în urma pres�rii unor semin�e ce con�in 40% gr�sime �i 20% proteine

Presare Unitate de m�sur� Mai slab� Mai puternic�

Gradul de valorificare a 100 kg semin�e

- Ulei - Turt�

kg kg

27,5 72,5

32,5 67,5

Valoarea de nutre� a turtei - Gr�sime brut� - Protein� brut� - Energie convertibil�

în cazul porcinelor

g/kg g/kg

MJ/kg

170 280 12,6

110 300 11,4

Con�inutul de gr�sime brut� din turt� (ulei rezidual) se refer�, în mod normal, la 100% materie

uscat�. Con�inutul de umiditate din turta presat� variaz� între aproximativ 5 �i 10%. Aceasta înseamn�

Figura II.28.Uleiul rezidual din turte în func�ie de randamentul de ulei ob�inut prin presare


90

c� valorile de gr�sime brut� din turt� vor cre�te, în exemplul nostru, de la 170-110 g/kg la 191-123

g/kg, în conformitate cu con�inutul de 19,1 �i 12,3% ulei rezidual din turt� (figura II. 28. )

Test experimental de calcul aproximativ al con�inutului de ulei rezidual în turt�:

Lua�i ulei �i semin�e de câteva ori simultan (de ex. 5 min) �i cânt�ri�i-le. Valoarea însumat� a

ambelor reprezint� greutatea semin�elor folosite. Calcula�i procentul gradului de valorificare a uleiului

din totalul de semin�e introduse în pres�. Folosi�i gradul de valorificare a uleiului din tabelul 6 pentru

determinarea aproximativ� a uleiului rezidual din turta presat�. Rezultatul poate fi diferit în func�ie de

con�inutul de ulei al semin�elor presate. Un grad mai mare de valorificare a uleiului determin� o

produc�ie mai mic� de turt� presat�, cu un con�inut de ulei rezidual mai sc�zut.

Important pentru valoarea nutritiv� a turtei din semin�e de rapi�� este, pe lâng� con�inutul de

proteine brute, con�inutul de gr�simi �i de glucosinolat (influen�eaz� acceptarea de c�tre animale).

Con�inut optim de gr�simi în turt� (ulei rezidual la 90% materie uscat�): 17%

Con�inut maxim de glucosinolat în s�mân�� (la 90% materie uscat�): 18 mmol/kg1

Con�inut maxim de glucosinolat în turt� (la 90% materie uscat� �i 13,5 ulei rezidual): 20 mmol/kg2

1mmol glucosinolat reprezint� aproximativ 0,45g 2mmol/kg = mol/g

5.3.3 Factori care influen�eaz� calitatea produsului în morile descentralizate de ulei

Factorii care influen�eaz� produc�ia de ulei din semin�e de rapi�� i cea de turte rezultate în

Figura II.29. Factorii care influen�eaz� produc�ia de ulei din semin�e de rapi�� i cea de turte

rezultate în procesul de presare


91

procesul de presare, sunt prezenta�i în figura II.29.

Fluxul de materiale în procesul de presare la rece a semin�elor de rapi��

Bilan�ul de materiale al semin�elor de rapi�� la presarea la rece

Distribu�ia cantit��ii de materiale pe parcursul pres�rii la rece este prezentat� în figura II.30.

Procentul total de “ulei �i turt�” de 8-12%, corespunde unui con�inut de ulei rezidual în turt� de

12,7-17,7%.

Pre-tratarea semin�ei

Pentru a ob�ine o calitate superioar� de ulei de uz tehnic (vezi 5.7 Standardizarea uleiului presat la

rece ob�inut din semin�e de rapi��), în special cu un con�inut sc�zut de fosfor, este important�

temperatura �i umiditatea semin�ei.

Bilan�ul fosforului

Bilan�ul fosforului în procesul de presare la rece este prezentat în figura III.20.

Când are loc procesul de presare, cea mai mare parte din cantitatea de fosfor, care este

component� a semin�ei, intr� în compozi�ia turtei presate �i nu a uleiului. Acest lucru este unul din

avantajele pres�rii la rece fa�� de procesul industrial de presare la cald a semin�elor uleioase, unde

con�inutul ridicat de fosfor din ulei trebuie redus prin rafinare, cu costuri ridicate.

Prin procesul de purificare a uleiului se îndep�rteaz� o parte din cantitatea de fosfor �i din acest

motiv opera�iunea trebuie f�cut� corespunz�tor. Dac� umiditatea semin�elor este redus�, randamentul

de ulei cre�te �i con�inutul de fosfor scade. Totu�i, capacitatea de produc�ie scade �i con�inutul de

solide cre�te.

Figura II.30. Distribu�ia cantit��ii de materiale pe parcursul pres�rii la rece


92

În afar� de aceste aspecte, în cazul proces�rii unor semin�e prea uscate, va cre�te consumul de

energie (tabel II.8.). O umiditate corespunz�toare a semin�elor va diminua frecarea dintre ele în timpul

procesului de presare, cantitatea de material ce trece prin instala�ie va cre�te, iar randamentul de ulei va

sc�dea.

Tabel II.8.

Influen�a umidit��ii semin�elor asupra procesului de presare la rece cu o pres� cu �urub tip duz�

Umiditatea semin�elor �:

Con�inut de fosfor

Cantitatea de semin�e ce trece prin instala�ie

Con�inut de particule �

Randamentul de ulei �

Necesar de energie �

S�ge�ile din tabelul de mai sus reflect� tendin�ele. Prin sc�derea umidit��ii apar rezultate

contrarii. Umiditatea semin�elor ar trebui s� fie între 6,5 �i 7,5% de greutate. In acest domeniu, se

poate opera cu parametrii optimi: capacitate, randament de ulei, con�inut de fosfor �i solide în uleiul

brut.

In tabelul II.9. este prezentat� rela�ia dintre caracteristicile principalele �i parametrii procesului

de presare la rece.

Figura II.31. Bilan�ul fosforului în procesul de presare la rece


93

Tabel II.9.

Rela�ia dintre câteva caracteristici principalele �i parametrii procesului de presare la rece

Parametrii Caracteristicile urm�rite RPM Umiditatea semin�ei Temperatura semin�ei Con�inut de fosfor

Cantitatea de materie ce trece prin instala�ie �

Con�inut de particule � � Randament în ulei � � Necesar de energie � �

În procesul de presare la rece a uleiului vegetal, urm�toarele valori trebuie permanent

echilibrate între ele:

• maximizarea cantit��ii prelucrate de semin�e

• maximizarea randamentului de ulei

• minimizarea procentului de solide în ulei

Sf�râmarea semin�elor înainte de presare d� rezultate proaste, în special un con�inut crescut de

solide �i de fosfor în uleiul vegetal. Numai în cazul nucilor �i plantelor tropicale este necesar�

zdrobirea lor la dimensiunea unei boabe de maz�re. Unii produc�tori de prese de ulei ofer�

echipamente adecvate, ex. IBG Monforts. Pentru presele cu �urub de mare capacitate ( >1000 kg

semin�e/h) se recomand� ca semin�ele s� fie trecute prin val�uri (în special în cazul semin�elor de

rapi��) pentru a se ob�ine un randament mai mare de ulei (vezi firma Reinartz). Morile cu val�uri nu

sunt folosite, în mod normal, în cazul instala�iilor descentralizate de mori de ulei.

Pre-înc�lzirea semin�elor ar trebui s� se fac� pân� la 20oC. Nu se constat� efecte pozitive prin

folosirea unei temperaturi mai mari pentru înc�lzirea semin�elor, ci din contr� - o cre�tere a

con�inutului de fosfor - în special la pre-înc�lzirea semin�elor peste 60oC.

Unii produc�tori de prese de ulei ofer� unit��i de recuperare a c�ldurii, preluate de la procesul

de presare a turtei �i o dirijeaz� la rezervorul de alimentare pentru înc�lzirea semin�elor imediat înainte

de intrarea lor în pres� (ex. Firma Straehle).

Schimb�torul de c�ldur� va trebui s� evite contactul direct dintre aerul cald �i umed de la pres�

�i semin�ele reci, deoarece umiditatea semin�elor va cre�te prin efectul de condensare. Dac� semin�ele

sunt prea reci (< 10o C), randamentul de ulei va fi sc�zut ( o mul�ime de semin�e întregi vor fi vizibile

în turta presat�) �i vor fi mai multe particule solide în ulei.

Semin�ele de floarea soarelui trebuie decorticate înainte de presare. Acest lucru reduce

deteriorarea instala�iilor, se constat� un con�inut mai ridicat de ulei în turta presat� �i o reducere a

cantit��ii de cear� în ulei.


94

Parametrii presei

Exist� dou� tipuri de prese cu �nec pentru producerea de ulei vegetal presat la rece (figura

III.21) Diferen�ele sunt la �nec �i la tipul de orificii de scurgere a uleiului. Orificiile de scurgere pot fi

construite ca un filtru, ceea ce înseamn� c� mantaua presei este confec�ionat� din bare metalice

apropiate unele de altele. Spa�iul dintre bare formeaz� orificiile de scurgere a uleiului care pot varia în

func�ie de tipul de semin�e uleioase (vezi schemele din figura II.32). Turtele presate ies printr-o duz�

reglabil� sub form� de discuri (un gen de chipsuri) (figura II.32a).

Sistemul de ie�ire a uleiului din alte tipuri de prese de ulei const� din rânduri de orificii f�cute

în special în tubul cilindrului. Turta presat� este for�at� s� ias� sub form� de pelete printr-o duz�

reglabil� de la cap�tul cilindrului (figura II.32.b).

Pentru a se evita obturarea orificiului de ie�ire a turtei presate, la unele tipuri de prese cu �nec,

este necesar� înc�lzirea acestei p�r�i a presei. Aceast� înc�lzire se recomand� s� fie între 60 �i 80o C.

Cre�terea temperaturii la orificiul de ie�ire a turtei presate va duce la un con�inut mai mare de fosfor în

ulei. Aceast� temperatur� are efect asupra temperaturii uleiului, care nu trebuie s� treac� de 40o C. O

temperatur� mai sc�zut� la orificiul de ie�ire a turtei presate va determina cre�terea con�inutului de

particule solide în ulei.

Diametrul exterior al duzei �i al orificiului duzei depinde de felul semin�ei. Diametrul optim al

duzei variaz� între 6 �i 8 mm. Cu un diametru de 6 mm �i o temperatur� de 60oC a duzei �i cu o

umiditate sc�zut� a semin�elor, se va diminua con�inutul de fosfor în ulei. In aceste condi�ii este îns�

posibil� apari�ia riscului de obturare a duzei. Semin�ele preseaz� cu o for�� mai mare orificiul mic de

evacuare a turtei, randamentul de ulei cre�te, iar capacitatea de prelucrare descre�te.

Un parametru important în procesul de presare a uleiului este uleiul rezidual din turta presat�.

O valoare sc�zut� a acestuia de pân� la minimum 10% este posibil� printr-o presare foarte puternic� �i

indic� un procent ridicat de ulei ob�inut (pân� la 38%). O presare mai puternic� în cazul preselor cu

Figura II. 32. Tipuri de prese cu �nec


95

duze este ob�inut� prin mic�orarea diametrului duzei. Pentru cre�terea presiunii la o pres� cu filtru este

necesar� ajustarea orificiului de ie�ire a turtei �i schimbarea segmentelor de separare ale �urubului.

Când cantitatea de materie introdus� în instala�ie este redus� (ex. Viteza de rota�ie a �urubului

este redus�), randamentul de ulei cre�te, dar cre�te �i con�inutul de particule solide în ulei. Reciproc,

când cre�te cantitatea de materie introdus� în instala�ie, randamentul de ulei este redus �i con�inutul de

particule solide în ulei scade. Este posibil s� se g�seasc� un compromis optim în func�ie de scopul

urm�rit cu ajutorul unei prese cu �urub reglat� prin num�rul de rota�ii. Aceast� pres� permite, de

asemenea, presarea unei game largi de semin�e uleioase. Viteza optim� de rota�ii a �urubului este între

20 �i 50 rpm. In aceast� gam� de rota�ii, este nevoie de un consum minim de energie. Cu cât este mai

mare cantitatea de semin�e ce trece prin instala�ie cu atât trebuie s� fie mai mare �i capacitatea de

purificare a instala�iei de ulei. O dat� cu cre�terea produc�iei de ulei, cre�te �i cantitatea total� de

particule solide din ulei.

5.3.4. Aspecte economice

În tabelul II.10. sunt prezentate costurile de produc�ie ale uleiului ob�inut din semin�e de rapi��

în trei exemple de mori de ulei cu presare descentralizat� la rece cu capacit��i de 15 kg, 130 kg �i 750

kg/h.

Tabel II.10.

Costurile produc�iei de ulei de rapi�� în morile de dimensiuni mici

Suprafa�a culturii de rapi��

Pân� la aprox. 40 ha Pân� la aprox. 350 ha Pân� la aprox 2000 ha

Capacitate instala�ie 15 kg/h 130 kg/h 750 kg/h Randament ulei 31 kg ulei/100 kg

semin�e 33 kg ulei/ 100 kg

semin�e 33 kg ulei/ 100 kg

semin�e Produc�ie de ulei 4,65 kg/h 42,9 kg/h 247,5 kg/ h Investi�ie în DKK 57.000 912.000 4.332.000- Timp de operare

în ore/an 1000 4000 7500 4000 7500 4000 7500

Costuri de produc�ie DKK/ kg ulei curat

între�inere/repara�ii 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023 0,023 energie electric� 0,080 0,080 0,080 0,080 0,080 0,080 0,080

salarii 0,342 0,342 0,342 0,220 0,220 0,384 0,205 Costuri fixe DKK/kg ulei curat

1,839 0,460 0,247 0,771 0,414 0,673 0,357

Costuri de conversie (DKK/L ulei din semin�e de rapi��)

2,101 0,832 0,635 1,007 0,676 1,068 0,612


96

Toate datele se bazeaz� pe condi�ii �i pre�uri germane la nivelul anului 1997!

Prima instala�ie cu o capacitate de 15 kg semin�e/h, este moara de ulei W. Koenig din

Weiherhof în apropiere de Empfingen, a doua cu o capacitate de 130 kg/h este moara de ulei W.

Unsoeld în apropiere de Herrenberg, iar a treia cu capacitatea de 750 kg/h este moara de ulei

particular� în apropiere de Ufenheim.

Sunt luate în calcul diferite pre�uri �i ore de operare. Costurile anuale aferente instala�iei sunt

de aproximativ 15% din investi�ie, pentru piesele de schimb �i pentru între�inere sunt de 7,6 DKK/t

semin�e folosite �i la un necesar energetic de aproximativ 35 kWh/t semin�e 26,6 DKK sunt

comercializate.

Timpul de lucru necesar este de : 20 de minute/zi de lucru, la o instala�ie de 15 kg, ceea ce

înseamn� 38 DKK. La o instala�ie de 130 kg, este de 1 or�/zi, deci la 230 DKK; iar la morile mari este

de “om an” pentru un specialist, luându-se în calcul 300.000 DKK.

Costurile de procesare pot fi calculate între 0,66 �i 0,74 DKK per kg de ulei de rapi�� purificat

pentru o perioad� de operare a instala�iei de 7.500 ore/an. Costurile de conversie cresc semnificativ cu

aproximativ 1,14 DKK per kg ulei în cazul unei instala�ii în care se opereaz� 4.000 ore/an. Utilizarea

redus� a instala�iei duce la costuri de transformare a�a de ridicate încât ele pot fi compensate numai

printr-un pre� corespunz�tor, ridicat al uleiului (produc�ie de ulei alimentar, ulei pentru aplica�ii

speciale).

Costul materiei prime este de 1,37 DKK/kg ulei, în condi�ii optime (pre�ul semin�elor de rapi��

106 DKK/100 kg �i pre�ul turtei presate 95 DKK/100 kg turt�)

�i 3,68 DKK/kg ulei în condi�ii nefavorabile (171 DKK/100kg semin�e de rapi�� i doar 76 DKK/100

kg turt� presat� de rapi��.

Este întotdeauna mai eficient când turta presat� este recuperat� de produc�torul de semin�e de

rapi�� i folosit� ca furaj pentru animalele din propria sa ferm�. Atunci profitul poate fi calculat în

func�ie de valoarea proteic� a turtei de rapi��. Valoarea turtei este mai mare când substituie hrana

reprezentat� de boabele de soia provenite din import.

For�ele de pia�� pot produce modific�ri neprev�zute în pre�ul semin�elor de rapi��, a uleiului �i

a turtei presate. Din aceast� cauz� este important s� se demonstreze c� ambele (atât turta cât �i uleiul)

pot fi produse sub pre�ul pie�ei. Costurile materiilor prime pentru o moar� de ulei în condi�iile redate

mai jos reprezint� aproximativ 75% din costurile totale.

Repartizarea costurilor de prelucrare într-o moar� de ulei descentralizat�, f�r� costurile

materiilor prime, sunt prezentate în figura II.33.


97

5.3.5. Exemple de moar� de ulei complete

Moara Gueltsteiner

Capacitatea de produc�ie de ulei vegetal: 700 t ulei/an

Componen�a instala�iei

• Rezervor de depozitare a semin�elor 3000 m3

• Separator magnetic

• Pre-înc�lzitor al semin�elor (pân� la max. 20o C)/ Unitate de recuperare a c�ldurii de la

opera�iunea de presare a turtei

• Pres� cu �nec, REINARTZ, tip AP 14 cu o capacitate de 300-320 kg semin�e/h

• Rezervor de depozitare intermediar de 3000 L, cu unitate de omogenizare

• Pomp� cu �urub

• 1. Filtru pres� cu camer�, SCHENK tipul KFP 470-20-18 (pentru ulei tehnic)

• 2. Filtru pres� cu camer�, SCHENK umplut cu rumegu� (pentru ulei alimentar)

• Rezervor de depozitare de 54 m3

Perioad� de operare anual�: 7000 – 8000 h

Om-ore necesare pe zi: 1 h (20 min. pentru cur��irea manual� a filtrului)

Investi�ii: DKK 1.520.000 ( 1.102.000 DKK pentru instala�ie �i 418.000 DKK pentru investi�ii

în construc�ii )

Figura II.33. Moar� de ulei cu o capacitate de 750 t semin�e/an: costurile de prelucrare

133 DKK/100 kg semin�e de rapi�� i 5000 h/an timp de operare, investi�ie 1,2 Milioane DKK.


98

Costuri de între�inere: 1,14 DKK /t de s�mân�� pe o perioad� de 4 ani

Necesar de energie: 138 kWh/t ulei filtrat

Oberes Werntal Oelfruchtmuuehle

Capacitatea de produc�ie a instala�iei de ulei vegetal: 8,5 t semin�e/zi �i

2,83 t ulei vegetal/zi

Componen�a instala�iei:

• Carcas�

• Rezervor siloz pentru semin�ele uleioase

• Pres� cu �urub tip REINARTZ, AP 14 cu o capacitate de 330 – 360 kg semin�e/h

• Filtru 1: SCHENK, tip Niro 490 – B, 5 µm

• Rezervor de ulei curat

• Conducte, pompe

Opera�iuni desf��urate pe parcursul unui an:

- Dependente de anotimp, în cre�tere total� în ultimii ani

- Pe perioada recolt�rii: 24 h/zi

Om –ore necesare: 2 ore/zi

- 1ore/zi pentru cur��irea manual� a celor dou� filtre

Investi�ii: 1.900.000 total DKK

Produse: 2/3 ulei vegetal ne-alimentar, 1/3 ulei comestibil,

turte furajere

Moar� de ulei Plankstetten pentru colectivit��i mici

Capacitatea total� a instala�iei: (700 t ulei vegetal/an)

Produc�ie actual�:

1200 t semin�e de rapi��/an (9 t semin�e/zi)

400 t ulei vegetal/an

800 t turt� de rapi��/an

Componen�a instala�iei:

• Rezervor de stocare a semin�elor ( capacitate pentru 2 zile);

• Filtru scutur�tor pentru îndep�rtarea pietrelor, buc��ilor metalice, diferitelor p�r�i de plant� (

dimensiunea ochiurilor de 3 mm);

• Pres� de ulei REINARTZ AP 14 cu o capacitate de 330 – 360 kg semin�e/h;

• Rezervor de stocare intermediar, izolat, cu agitare (pentru evitarea sediment�rii particulelor; o

bun� amestecare necesar� pentru filtrare); înc�lzirea rezervorului pentru ca temperatura


99

uleiului s� fie de cel pu�in 35oC, necesar� procesului de filtrare; procesul de filtrare începe prin

pomparea în circuit închis a uleiului brut, timp de 30 de minute, pentru a crea o membran� de

filtrare extrafin�;

• Filtru tip AMA FILTER ( cu capacitate dubl� fa�� de pres�, în vederea unei dezvolt�ri

ulterioare), cu cur��are automat� cu aer comprimat a filtrului;

• Compresor pentru cur��area filtrului;

• Rezervoare de stocare a uleiului vegetal pur;

• Conducte �i pompe pentru ulei.

Opera�iuni desf��urate pe parcursul unui an: 300 zile/an, 12h/zi,

total 3600 h/an

Om –ore necesare: 1or�/zi

Necesarul energetic: pentru 370kg semin�e/zi – 12-15 kWh (cu filtrare) pentru a ob�ine 125,8

kg ulei/h, cu randament de 34%;

95-119 kWh/t ulei filtrat;

Investi�ii: presa de ulei: 490.000 DKK

Filtru : 450.000 DKK

Total: aproximativ 1.900.000 DKK

Moara este proprietatea a circa 100 fermieri �i este instalat� la o companie de depozitare a

semin�elor.

Între�inere: de la punerea în func�iune a prelucrat circa 5000 t de semin�e, f�r� schimbare de

piese �i numai cu schimbarea uleiului de la pres�.

Schema unei mori de ulei Plankstetten este prezentat� în figura II.34.

Exemplu de investi�ie pentru o instala�ie descentralizat� de ulei

Un exemplu de moar� complet� de ulei este moara Gültsteiner a c�rei instala�ie este prezentat�

în figura II.35. P�r�ile componente ale instala�iei sunt:

1. Siloz pentru depozitarea semin�elor de rapi�� (neinclus în pre�ul complet !.,)

2. Separator magnetic,

3. Rezervor tampon de depozitare, aproximativ 5 m3,

4. Unitate de preînc�lzire a semin�elor (pân� la maxim 200C)/ Unitate de r�cire a turtei presate,

5. Pres� de ulei cu �nec pentru 150 kg semin�e/or�, 300 kg semin�e/or� sau 500 kg semin�e/or�,

6. Recuperator de c�ldur� de la turta presat� �i ventilator,

7. Rezervor de depozitare a turtei de la pres� (nu este inclus în pre� !),

8. Rezervor pentru uleiul brut (aprox. 3000 – 4000 L) cu unitate de amestecare de 1,5 kW,


100

9. Sistem de filtrare: ori un filtru pres� cu camer� (semiautomat) cu pomp� cu piston sau un filtru

total automat (filtru Niagara) pentru instala�ii cu capacitate de 300 – 500 kg semin�e/h; necesit�

un compresor în plus pentru cur��are automat�,

Filtru pres� cu camer� semiautomat este inclus în pre� !

10. Rezervor pentru uleiul curat ( de ex. de 20 m3, din o�el inoxidabil V2A).

Pre�uri recomandate:

Instala�ie complet� cu o pres� �nec la o capacitate de 150 kg semin�e/h aprox. 570 000 DKK Instala�ie complet� cu o pres� �nec la o capacitate de 300 kg semin�e/h aprox. 785 080 DKK Instala�ie complet� cu o pres� �nec la o capacitate de 500 kg semin�e/h aprox. 1 015000 DKK

Costurile suplimentare, care depind de situa�ia locale, sunt necesare pentru:

- instala�ii, amenajarea cl�dirii

- benzi de transport, conducte pentru transportul semin�elor, turtelor �i uleiului

Figura II.34. Schema morii de ulei Plankstetten


101

5.4. Prese pentru semin�e uleioase

Diferen�a dintre diferite prese cu �nec pentru presarea la rece a semin�elor uleioase este la

dispozitivul de ie�ire a uleiului din pres�. Aceast� diferen�� are efect asupra tipului de �nec �i a

dispozitivului de ie�ire a turtei din presa de ulei.

Exist� dou� tipuri principale de dispozitive la presele de ulei:

Figura II.35. Moar� complet� de ulei Gültsteiner


102

Tipul cu carcas� perforat�

Schema presei cu cilindru perforat este prezentat� în figura II.36.

• Dispozitivul de evacuare a uleiului are forma unor orificii în carcasa presei. Semin�ele creaz� o

presiune crescând� în direc�ia capului presei. Uleiul din semin�e este extras prin presare în

apropierea orificiilor de ie�ire �i direc�ionat spre ele. Perfora�ii speciale în interiorul tubului

împiedic� rotirea turtei presate/amestecului de semin�e concomitent cu �urubul. Altfel, n-ar

avea loc mi�carea de înaintare. Turta este presat� cu ajutorul duzelor variabile �i se transform�

în pelete. Majoritatea tipurilor de duze sunt înc�lzite pentru a se evita blocarea turtei presate.

Exist� tipuri de cilindrii perfora�i pentru capacit��i mici (pân� la aproximativ 100 kg

semin�e/or�).

• Modific�rile presei pentru trecerea la alt tip de semin�e se fac prin schimbarea duzei �i vitezei

de rota�ie

• Mai u�or de cur��at �i modificat decât o pres� cu filtru

Tipul cu filtru

Schema presei cu filtru este prezentat� în figura II.37.

Evacuarea uleiului se face prin filtre. Filtrele sunt montate între barele reglabile în rosturile lor.

In cea mai mare parte, toat� lungimea presei const� din filtre. Diametrul �urubului este mai mare. Turta

presat� iese din pres� sub form� de pl�ci.

Figura II.36. Presa cu �nec cu carcas� perforat�


103

Diametrul �urubului (�necului) este diferit pe lungimea acestuia pentru a se ob�ine m�rirea

presiunii asupra semin�elor. Modificarea diametrului poate fi f�cut� de câteva ori pe �urub. In timp ce

semin�ele trec prin pres�, uleiul este direc�ionat spre filtru, care înconjoar� spa�iul unde are loc

presarea. Dimensiunea presei poate fi modificat� pentru a presa mai puternic semin�ele.

Unele instala�ii pot îndep�rta c�ldura care se dezvolt� în jurul filtrelor printr-un r�citor cu ap�.

Pentru presarea câtorva tipuri de semin�e uleioase, este necesar� modificarea dimensiunii orificiilor

barelor filtru, pe unde iese uleiul pentru a ob�ine un randament optim de ulei vegetal. La unele tipuri de

prese cu filtru este posibil� schimbarea unor segmente ale �urubului în scopul modific�rii comprim�rii

semin�elor. Al�i furnizori ofer� �uruburi speciale. Dimensiunea presei �i viteza de rota�ie trebuie s� fie

modificate în func�ie de sortimentul semin�elor presate. Presele cu filtru exist� într-o gam� larg� de

capacit��i de la aproximativ 15 la 2000 kg semin�e/h.

5.4.1. Echipament de pretratare a semin�elor

Cimbria A/S

Conduct� magnetic�

Tip MR 100 Capacitate 6 t semin�e/h

Pre� 11.400 DKK

Firma produce de asemenea o gam� larg� de sisteme de cur��at semin�e �i de prese cu �urub

(vezi CIMBRIA SKET)

Figura II.37. Schema presei cu filtru


104

La Mecanique Moderne

Dispozitiv de cur��at semin�e

Tip Cur��itor rotativ cu ciclon exterior Capacitate pân� la 1000 kg semin�e/h

Putere motor 0,37 kW

Putere ventilator 0,75 kW

Pre� 59 900 DKK

Not�: Semin�ele sunt expuse într-un strat uniform �i sunt suflate cu aer. Propor�ia de reziduuri u�oare

îndep�rtat� este stabilit� prin modificarea intensit��ii ventila�iei. Semin�ele intr� într-un cilindru rotativ

a c�rui perfora�ii las� semin�ele s� ias� �i re�ine impurit��ile mari care ies pe la cap�tul cilindrului.

Cur��itorul îndep�rteaz� reziduurile u�oare �i separ� semin�ele sparte �i impurit��ile mari, de semin�ele

cur��ate. O aspirare cu ac�iune dubl� urmat� de trecerea semin�elor prin cilindrul rotativ efectueaz�

aceast� opera�ie. Utilizarea de site cu perfora�ii de diferite dimensiuni confer� acestui echipament

posibilitatea de a fi aplicat pentru toate tipurile de semin�e �i la toate capacit��ile.

În tabelul II.11. sunt prezenta�i produc�torii de prese pentru ob�inerea la rece a uleiului din

semin�e. Tabelul este ordonat dup� pre�urile unit��ilor. În el nu este inclus� firma Cimbria Sket,

deoarece aceasta nu au furnizat informa�ii despre pre�.

5.4.2. Produc�tori de instala�ii de presare pentru ob�inerea uleiului

ABC Hansen A/S

Pres� cu �nec

Pres� de ulei – 80 kg semin�e de floarea soarelui/h 54.200, DKK

Pres� de ulei – 300 kg semin�e de floarea soarelui/h (18 kW, 380 V trifazic, Viteza axului 50 RPM, presiunea de lucru este reglabil�)

286.900 DKK

• Presa asigur� presarea la rece a uleiului de floarea soarelui, in, canola (semin�e de rapi��),

dovleac, arahide, soia, copra (miezul uscat al nucii de cocos), sâmburi de palmier, jojoba,

sâmburi de caise �i de piersici etc.;

• Coeficient de extrac�ie a semin�elor de floarea soarelui decorticate 30-35%, în func�ie de

materia prim�;

• Decorticarea este necesar� în cazul pres�rii semin�elor de floarea soarelui;

• Se recomand� decorticarea semin�elor de rapi�� înainte de a fi presate;

• Echipamentul este fabricat în Africa de Sud (MALETSATSI virgin oil industries (PTY) LTD)

• Sistemul electric asigur� opera�iuni semi-automate.

Echipamentul complet al instala�iei

Cur��itor de semin�e cu magnet 38.250 DKK


105

Suflant� �i elemente de condi�ionare 12.750 DKKok

Moar� pentru turte �i transportor 4 kW 24.000 DKK

Pre-filtru 80 kg/h 39.850 DKK

Pre-filtru 300 kg/h 57.380 DKK

Filtru fin 80 kg/h 47.820 DKK

Filtru fin 300 kg/h 57.400 DKK

Siloz 50 m3 54 200 DKK

Tabel II.11. Produc�tori de prese pentru ob�inerea uleiului presat la rece

Firma Tipul presei Capacitate [kg semin�e/h]

Putere [kW]

Greutate [kg]

Pre� [DKK]

Täby 40a 8 -16 1,1 60 20 100 IBG Monforts KOMET CA 59 G 5 - 8 1 55 24 966

Karl Strähle SK 60/1 15 3 135 25 855 Swea �nec dublu 30 1,5 34 500

Heizomat Heizopress 10 0,55 27 200 Täby 55 20 -36 1,5 90 35 700 KEK P 0015 15 – 30 2,2 165 37 734

Karl Strähle SK 60/2 30 3 194 43 502 ABC Hansen 80 80 54 200

IBG Monforts KOMET D 85 1G 10 – 25 1,5 210 58 520 Täby 70 40 – 60 2,2 122 63 770

Reinartz AP 08 30 – 40 4 79 040 IBG Monforts KOMET DD 85 G 20 – 50 3 260 89 262

Täby 90 80 – 108 4 187 89 860 La Mecanique Moderne MBUL 20 – 10 100 7,5 94 300

Frandsen Ecotec 40 – 1 100 100 000 KEK P 0101 100 7,5 1080 122 240

Reinartz AP 10/6 70 – 100 7,5 124 640 De Smet Rosedowns Mini 100 100 – 110 7,5 146 556

IBG Monforts KOMET S 120 F 70 – 100 7,5 550 150 100 Karl Strähle SK 130/3 150 7,5 750 152 000

De Smet Rosedowns Mini 200 200 15/22 199 000 Reinartz AP 12 160 – 200 15 221 160

ABCHansen 300 300 18 286 900 Karl Strähle SK 190/1 300 22 3000 311 600

Reinartz AP 14/22 220 – 300 22 323 000 La Mecanique Moderne MBU 75 – 25 300 18,5 343 600

KEK P 0350 360 – 450 22 4000 453 720 Reinartz AP 14/30 400 – 500 30 471 200

Karl Strähle SK 250/1 500 30 4500 478 800 La Mecanique Moderne MBU 130 - 75 650 55 660 800 La Mecanique Moderne MBU 260 - 125 1000 90 749 000

Reinartz AP 15/45 700 – 900 45 931 000 Reinartz AP 25/110 1]500 – 1800 110 1 653 000

Pomp� de noroi 1 920 DKK

Pomp� de înalt� presiune 7 970 DKK


106

Sistem de conducte 80 kg/h 4 000 DKK

Sistem de conducte 300 kg/h 7 970 DKK

Decorticator de semin�e de floarea 21.700 DKK

soarelui 80 kg/h

Decorticator de semin�e de floarea 57.400 DKK

soarelui 300 kg/h

Container de depozitare 3 m3 12.750 DKK

Rezervor de plastic cu suport 10 000 L 9.400 DKK

Instala�ia complet�

Sistemul principal de presare a semin�elor de floarea 253.100 DKK soarelui 80 kg/h:

Sistemul principal de presare a semin�elor de floarea 710.400 DKK

soarelui 300 kg/h:

Sistemul de presare �i de depozitare a uleiului de 850.000 DKK

floarea soarelui 300 kg/h:

Sistemul de presare �i depozitare a uleiului de 1.307.700 DKK floarea soarelui

600kg/h:

Sistemul de presare �i depozitare a uleiului de 2.544.000 DKK

floarea soarelui 1200kg/h:

Cimbria SKET GmbH

Pres� cu �nec

Tip KP 15 Capacitate 250 – 330 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 10 – 15 % Putere 15 kW Greutate aprox. 2 t

Not�:

- presa cu �nec este prev�zut� cu înc�lzire �i r�cire pentru a evita pierderile de pornire �i

supraînc�lzirea,

- �nec �i piese de schimb foarte rezistente,

- cadru de pres� solid,

- transmisie prin curea trapezoidal� �i cu ro�i din�ate cilindrice,

- set de unelte pentru toate presele CIMBRIA SKET disponibil contra unei sume suplimentare,

- instala�ie de distribu�ie electric� care poate fi furnizat� contra unei sume suplimentare.

Cerin�e referitoare la semin�e:

- con�inutul de materie contaminant� �i str�in� s� nu dep��easc� 1%,


107

- semin�ele care vor fi prelucrate s� nu con�in� particule feromagnetice sau pietre.

Con�inut de ulei : 20 – 50%,

Con�inut de ap�: 5 – 7%,

Temperatura semin�elor: 15 – 25oC.

Tip KP 21 Capacitate 1 t semin�e/h Ulei rezidual în turt� 10 – 13 % Putere 77 kW Greutate aprox. 7,5 t

Not�:

- �nec cu alimentator cu vitez� variabil�,

- �nec cu piese de schimb foarte rezistente,

- cadru de pres� solid,

- set de unelte pentru toate presele CIMBRIA SKET disponibil contra unei sume suplimentare,

- instala�ie de distribu�ie electric� care poate fi furnizat� contra unei sume suplimentare.

Cerin�e referitoare la semin�e:

- con�inutul de materie contaminant� �i str�in� s� nu dep��easc� 1%,

- semin�ele care vor fi prelucrate s� nu con�in� particule feromagnetice sau pietre.

Tipul de semin�e: semin�e de rapi�� i semin�e decojite de floarea soarelui,

Con�inut de ulei : 39 – 46%,

Con�inut de ap�: 6 – 7%,

Temperatura semin�elor: 20 – 300C.

De Smet Rosedowns Limited

Pres� cu �nec

Tip MINI 100 Capacitate 100 – 110 kg semin�e rapi��/h Ulei rezidual în turt� 13 – 16 % Randament de ulei ~ 32 % Procent de substan�e solide în ulei 6 – 9% din volum Con�inut de ap� în ulei <0,2% Putere 77 kW Pre� 131.760 DKK Motor electric 7,5 kW 14.800 DKK

Not�:

- datele tehnice ale procesului corespund semin�elor de rapi�� cu un con�inut de 42% ulei,

con�inut de 6 – 8% ap� �i care au fost destul de curate,

- presa poate func�iona �i cu un motor diesel HATZ în locul unui motor electric.


108

Tip MINI 100 Capacitate 200 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 12 - 14 % Randament de ulei ~ 30 % Pre� 178.960 DKK Motor electric 15 kW 20.412 DKK

Frandsen Ecotec ApS

Pres� cu �nec.

Tip 40 – 1 Capacitate 95 – 115 kg semin�e/h 35 – 42 L ulei vegetal/h

Ulei rezidual în turt� ~ 11 - 12 % Viteza 15 – 80 rpm Pre� 100.000 DKK

Heizomat GmbH

Pres� cu �nec

Tip Heizopress S1 Capacitate pân� la 10 kg semin�e/h Putere motor 0,55 kW Viteza 0,48 rpm Pre� 27.200 DKK

IBG Monforts GmbH & Co.

Pres� cu �nec

Tip Capacitate (kg semin�e/ore) Puterea motorului (kW) Pre� (DKK) CA 59 G 5 - 8 1,1 24.970 D 85 – IG 10 – 25 3 58.520 DD 85 G 20 – 50 3 89.262 S 120 F 70 – 100 7,5 150.100

Not�:

- toate presele cu �nec pot fi livrate atât cu motor diesel sau electric, cât �i cu ac�ionare manual�

- presa cu dublu �nec DD 85 G este livrat� cu dou� �necuri separate pentru fiecare pres�, pentru

presarea diferitelor tipuri de semin�e

- presa cu �nec D 85 – 1G este livrat� cu dou� �necuri separate pentru presarea optim� a

diferitelor tipuri de semin�e oleaginoase

Filtru cu pl�ci (filtrare prin hârtia de filtru)

Model 20 x 20 Capacitate 20 – 60 L ulei brut/h Pomp� de alimentare 380 V Greutate 70 kg Pre� 47.500 DKK Model 20 x 40 Suprafa�a filtrului 0,16 – 3,2 m2 Capacitate 120 – 240 L ulei brut/h Greutate 160 kg Pomp� de alimentare 380 V Pre� 85.500 DKK Hârtii de filtru (100) 1500 DKK


109

Centrifug�

- din anul 2000 �i pân� în prezent este posibil s� se ob�in� o nou� centrifug� produs� de IBG

Monforts pentru purificarea uleiului vegetal brut direct dup� presare,

- avantaje: - nu exist� probleme cu blocarea filtrului �i este mai u�or de operat,

- separ� toate particulele mai mari de 5 �m.

Capacitate: pân� la 500 L ulei/or�

Pre�: ~ 95 – 114.000 DKK

Karl Strähle GmbH & Co. KG

Pres� cu �nec

Tip Capacitate (kg semin�e rapi��/h) Pre� (DKK) SK 60/1 15 25.855 SK 60/2 2 x 15 43.500 SK 130/3 150 152.000 SK 190/1 300 311.600 SK 250/1 500 478.800

KEK – Egon Keller GmbH & Co.

Pres� cu �nec

Tip KEK - P0015 Capacitate 20 kg semin�e de rapi�� Ulei rezidual în turt� 15% Puterea motorului 2,2 kW Tura�ie 13 – 79 rpm Pre� 30.210 DKK Tablou electric de comand� 7.524 DKK Tip KEK - P0101 Capacitate 100 kg semin�e de rapi��/h Ulei rezidual în turt� 12 % Puterea motorului 7,5 kW Tura�ie 36 rpm Pre� 110 090 DKK Tablou electric de comand� 12 160 DKK Tip KEK - P0350 Capacitate 400 - 550 kg semin�e de rapi��/h Ulei rezidual în turt� 10 - 12% Puterea motorului 22 kW Tura�ie 36 rpm Pre� 431.300 DKK Tablou electric de comand� 22.420 DKK

Filtru cu pl�ci

Tip KEK - P0350 Capacitate 10 cadre de filtru 250 x 250 mm, membrane de bumbac pentru filtru, pomp� cu roat� din�at� cu motor electric 0,12 kW, sistem de conducte

Volumul turtei de filtrare 0,01m3 Pre� 29.260 DKK Tablou electric de comand� 6.840 DKK


110

La Mecanique Moderne

Pres� cu �nec

Tip MBUL 20 – 10 Capacitate 100 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 14% Putere 7,5 kW Greutate 880 kg Pre� 94.300 DKK Filtru cu pl�ci propus pentru aceast� pres� cu �nec: Tip FILHA8P

Capacitate 40 L ulei brut/h

Pomp� 0,37 kW 8 filtre cu pl�ci, racord �i conducte Pre� 31.718 DKK Tip MBUL 75 – 25 Capacitate 300 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 15% Putere 18,5 kW Pre� 343.600 DKK Filtru cu pl�ci propus pentru aceast� pres� cu �nec: Tip FILHA16P

Capacitate 100 L ulei brut/h

Pomp� 0,37 kW 16 filtre cu pl�ci, racord �i conducte Pre� 49.340 DKK

Maschinenfabrik Renartz GmbH & Co.KG

Pres� cu �nec

Tip Capacitatea (kg semin�e/h) Motoreductor (kW) Pre� (DKK) Model AP 08 30 – 40 4 79.040 Model AP 10/06 70 – 100 7,5 124.640 Model AP 12 160 – 200 15 221.160 Model AP 14/22 220 – 300 22 323.000 Model AP 14/30 400 – 500 30 471.200 Model AP 15/45 700 – 900 45 931.000 Model AP 25/110 1500 - 1800 110 1.653.000

SWEA Produktion A/S

Pres� cu �nec

Caracteristici tehnice Capacitate 30 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� aprox. 21% (semin�e rapi��) Putere motor 2,2 kW Necesar de energie aprox. 125 kW/t ulei Pre� 34.500 DKK


111

Skeppsta Maskin AB

Prese cu �nec

Tip 40a Capacitate 8 – 16 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 10 - 18 % Putere motor 1,1 kW Pre� 20.100 DKK Pre� �nec de rezerv� 1 540 DKK

Tip 55 Capacitate 20 – 36 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 10 - 18 % Putere motor 1,5 kW Pre� 35.700 DKK Pre� �nec de rezerv� 3.100 DKK

Tip 70 Capacitate 40 – 60 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 25 - 37 % Putere motor 2,2 kW Pre� 63.770 DKK Pre� �nec de rezerv� 3.700 DKK Pre� cu motor HATZ 58 633 DKK

Tip 90 Capacitate 80 – 108 kg semin�e/h Ulei rezidual în turt� 25 - 37 % Putere motor 4,0 kW Pre� 89.860DKK Pre� �nec de rezerv� 1 540 DKK Pre� �nec de rezerv� 4.985 DKK

5.5 Purificarea uleiului ob�inut din plante

Uleiul vegetal, dup� presarea la rece, con�ine particule solide în propor�ie de 1-13%, în func�ie

de felul semin�elor �i condi�iile de presare. Prin sedimentare, filtrare sau centrifugare uleiul crud se

poate purifica. De asemenea, este posibil� o opera�ie combinat� de sedimentare urmat� de filtrare sau

centrifugare. În cazul folosirii uleiului în procese tehnice, este necesar� purificarea acestuia de toate

particulele mai mari de 5 �m.

Intre procesul de presare �i cel purificare nu trebuie s� fie o perioad� mai lung� de 3 luni. Când

uleiul n-a fost depozitat în condi�ii optime, din cauza unei oxid�ri înaintate este posibil s� apar� o serie

de probleme la filtrare.

Sedimentarea

Sedimentarea este modul cel mai simplu �i ieftin de purificare a uleiului, folosindu-ne de

gravita�ia p�mântului. Purificarea prin sedimentare se recomand� numai pentru instala�iile cu

capacitate mic� de procesare de maximum 1 t de semin�e/zi �i de 200-300 L ulei/zi.


112

Din considera�ii de spa�iu �i timp nu se recomand� folosirea unui sistem de sedimentare pentru

capacit��i de procesare mai mari.

Dezavantajul procesului de sedimentare este pierderea unei mari cantit��i de ulei în sediment.

Filtrarea �i centrifugarea sunt solu�ii mai bune pentru extragerea unei cantit��i mai mari de ulei dup�

procesul de purificare.

Urm�torul sistem de sedimentare (figura II.38.) lucreaz� dup� principiul decant�rii. In fiecare

rezervor (etap� de sedimentare) uleiul trebuie s� stea 2-4 zile la o temperatur� ambiant� de 20 grade C.

Din acest motiv volumul rezervorului trebuie s� asigure preluarea zilnic� a mai multor �arje de ulei

brut. Perioada de sedimentare depinde de temperatur� din cauza cre�terii rapide a viscozit��ii la

temperaturi sc�zute . Temperaturi mai sc�zute înseamn� o perioad� mai lung� de sedimentare.

Dimensiunea sistemului de conducte dintre rezervoare ar trebui s� fie de cel pu�in 20-30 mm pentru a

se evita curgerea rapid� �i a men�ine sc�zut� posibilitatea de apari�ie a turbulen�elor.

O solu�ie pentru a men�ine sistemul de sedimentare în condi�ii de lucru continue ar fi

urm�toarea: sedimentul de la partea inferioar� a rezervorului poate fi dirijat spre un recipient de

separare. Din rezervor, sedimentul poate fi evacuat cu o pomp�. Pentru aceast� pompare se recomand�

montarea unei conducte între rezervor �i recipientul de separare pentru a se evita pierderea de ulei.

Figura II.38. Sistem de purificare prin sedimentare �i filtru fin


113

Altfel ve�i cur��a rezervorul întrerupând procesul de producere a uleiului printr-un sistem mult mai

simplu.

Sedimentul poate fi filtrat pentru a avea pierderi cât mai mici de ulei. El constituie �i un bun

furaj cu un con�inut mai mare de gr�simi decât turta de la pres�.

In condi�ii optime, sedimentarea înl�tur� toate particulele mai mari de 8 �m din uleiul crud. Din

aceast� cauz� uleiul vegetal, dup� sedimentare trebuie purificat cu un filtru de siguran�� (e.g. filtru sac

sau un filtru fin) pentru a putea fi folosit drept carburant de ma�ini. Sistemul de sedimentare în

rezervor este realizat, de cele mai multe ori, de procesatori.

Centrifugarea

Acest mod de purificare folose�te for�a centrifugal� �i este o sedimentare mult mai rapid�. In

purificarea uleiului de m�sline se folosesc decantoare �i separatoare, uneori în combina�ie. Tipul lor

este ales în func�ie de con�inutul de particule solide din ulei �i de dimensiunea particulelor. Deoarece

viscozitatea uleiului vegetal, în procesul de centrifugare, este la fel de important� ca �i în cazul filtr�rii,

ea trebuie verificat� înainte de alegerea metodei de purificare. Unii furnizori ofer� o unitate special� de

preînc�lzire pentru atingerea unei viscozit��i sc�zute .

Filtrarea

În procesul de filtrare, uleiul crud este trecut printr-o membran� unde se re�in impurit��ile.

Materialele din care este confec�ionat� membrana sunt �es�turi, hârtie �i metal. Diametrul porului

membranei este ales astfel, încât s� fie pu�in mai mare la filtrele cu pl�ci, filtrele „cricket” sau filtrele-

cartu� pentru a se evita colmatarea lor. Din aceast� cauz�, în prima etap� de filtrare, particulele mai

mari trec prin filtru pân� când formeaz� o membran� suplimentar�. Aceast� membran� suplimentar� de

particule asigur� o filtrare mai fin�. Astfel, unele unit��i de filtrare opereaz� pe perioade scurte de timp

într-un ciclu anterior de filtrare înainte de începerea propriu-zis� a procesului de filtrare (vezi exemplu

morii de ulei Plankstetten: se pompeaz� 30 minute uleiul crud într-un circuit prin filtrul „cricket”

înainte de începerea propriu-zis� a opera�iunii de filtrare).

Temperatura uleiului vegetal este foarte important�. La temperaturi sc�zute (sub 10 grade C),

se va produce o oarecare cantitate de glicerin� din ulei care va colmata repede filtrul. De asemenea la

temperaturi mai joase trecerea uleiului prin filtru se va îngreuna. Din cauza viscozit��ii ridicate, se

recomand� filtrarea uleiului vegetal la cel pu�in 20 - 30 grade C, dar s� nu dep��easc� 60 0C din cauza

unei oxid�ri înaintate �i a sc�derii capacit��ii de depozitare a uleiului purificat.

Schema de func�ionare a unui filtru cu pl�ci

Schema de func�ionare a unui filtru cu pl�ci este prezentat� în figura II.39.


114

Membrana filtrului este confec�ionat� din materiale cum ar fi polipropilena (PP), bumbacul,

poliesterul (PE) sau hârtia în cazul filtrelor cu pl�ci sau a filtrelor cu camer�. Suplimentar pe

membran� se poate lipi hârtie pentru a realiza mai u�or purificarea.

Pentru toate tipurile de filtru este important� capacitatea de re�inere a impurit��ilor. Un volum

mare de sedimente permite o perioad� mai mare de operare înainte ca filtrul s� fie cur��at sau chiar

înlocuit.

Filtrele cu pl�ci sunt flexibile �i pot fi m�rite, în cazul unor capacit��i crescute, prin ad�ugarea

unor rame de filtru suplimentare. Acest tip de filtru este mult aplicat în industria alimentar� (ex. în

produc�ia de bere, vin). Îndep�rtarea turtei de pe filtru poate fi manual� sau automat�. Pentru

îndep�rtarea manual� a turtei trebuie planificat�, zilnic, aproximativ o jumate de or� de munc�. În

cazul filtrelor cu pl�ci, turta de pe filtre con�ine ulei în propor�ie de 35 pân� la 50%. Se ob�in 2-4 kg de

turt� de filtru prelucrând 100 kg de semin�e de rapi��.

Firma Schenk a recomandat, pentru propriile filtre cu pl�ci, un con�inut optim de particule

solide în uleiul crud de 5%. Intervalele de purificare vor fi mai scurte la un con�inut mai mare de

impurit��i a uleiului. Altfel, dac� particulele solidele sunt mai pu�ine, turta de filtru se va forma mai

greu.

Figura II.39. Schema de func�ionare a unui filtru cu pl�ci


115

Filtrele sac sunt construite din materiale ne�esute ca polipropilena c�reia i se d� forma unui sac.

Uleiul crud este introdus în acest sac �i este filtrat prin orificiul de jos, prin ac�iunea for�ei

gravita�ionale sau a unei presiuni. Sacul se umple cu particule filtrate �i este apoi golit.

Filtrul cartu� con�ine un set de cartu�e a�ezate într-un �asiu. Unele dintre ele pot fi cur��ate, dar

timpul necesar acestei ac�iuni ar trebui comparat cu pre�ul unui nou set de cartu�e.

Filtrele „cricket”, filtrele cu cartu� �i cele cu cartu�e verticale se cur�� automat, utilizând aer

comprimat. Sistemul de evacuare a turtei ac�ioneaz� automat. Este necesar un compresor suplimentar.

Filtrele fine, care se folosesc dup� sedimentare au dimensiunea ochiului de plas� de 5 �m, �i

pân� în prezent nu au fost sp�late. Ele sunt de unic� folosin��. În cazul filtrelor fine, este bine s� se

aib� în vedere pre�ul elementelor unui filtru. Capacitatea de re�ine a sedimentelor este important� în

calcularea timpului de exploatare a filtrelor.

Filtrele de debit principal �i de efluent, care sunt folosite, în mod obi�nuit, la ob�inerea uleiului

de motor �i a uleiului hidraulic, pot fi folosite ca filtre fine pentru ob�inerea uleiului alimentar dup�

sedimentare. Aceste filtre au orificiile membranei de 1 �m. Materialul filtrului trebuie s� poat� absorbi

o parte din cantitatea de ap�, altfel ele se vor colmata prea repede �i vor determina cre�terea costurilor

pentru noi inser�ii de filtru. Faptul c� uleiul vegetal are un con�inut mai mare de ap� decât cel mineral,

trebuie avut în vedere atunci când se alege tipul de filtru.

5.5.1. Produc�tori de filtre

Aage Christensen A/S

Filtru pentru purificare direct dup� presarea la rece

Capacitate 300 – 400 kg ulei brut de semin�e de rapi��/h

Temperatura de filtrare 35 – 400C Con�inut de umiditate max. 0,1% Con�inut substan�e solide max. 6 – 8% Capacitatea de re�inere a turtei 375 m3 Num�rul de membrane ale filtrului 11 Spa�iul între membrane 70 mm Diametrul bazinului 1070 Greutatea f�r� înc�rc�tur� 1350 kg

Tip AMA filtru vertical Model 42V–195MS–32

Pre� 156 980 DKK Ciclul tipic de filtrare Umplere 0,1 h Circulare 0,1 – 0,2 h Filtrare 2 – 4 h Golire 0,1 h Uscare turt� 0,2 h Desc�rcare turt� 0,1 h


116

Filtru pentru purificarea uleiului presat la rece dup� sedimentare

Tip filtru cu cartu� AMA Capacitate 50 kg ulei/h la 5 �m Model 4 AFW – 1T - 2 Pre� 5 150 DKK 1 set cu 4 cartu�e de filtru 100 DKK Cartu�e de 25 cm Tip filtru cu cartu� AMA Capacitate 50 kg ulei/h la 5 �m Model 24 AFW – 4T - 2 Pre� 6 800 DKK 1 set cu 6 cartu�e de filtru 600 DKK Cartu�e de 100 cm Tip filtru cu cartu� AMA Capacitate 100 kg ulei/h la 5 �m Model 36 AFW–4T–3F–M3

Pre� 15 300 DKK

1 set cu 9 cartu�e de filtru 1 350 DKK Cartu�e de 100 cm

Alfa Laval A/S

Separator centrifugal de re�inere a substan�elor solide pentru purificarea

uleiului brut

Tip Modul Separator Alfa Laval Capacitate 80 -120 L ulei/h Cup� de solide MIB 303S – 13/33 Temperatura de separare 35 – 650C Greutate total� 93 kg Volumul de reziduuri a cupei 0,6 L Viteza cupei 7 300 rpm Înc�lzitor 700 – 2 100 W Pre�: 115 000 DKK CJC – C.C. Jensen A/S

Frac�ionarea uleiului dup� sedimentare

Tip Modul de filtru fin Capacitate 90 L ulei/h LG 15/25 L Volum de reziduu 1,5 L Greutate 16 kg Presiune max. 2 bari Absorb�ia total� a apei 1 kg Pre�ul include 1 filtru 7 860 DKK Filtru de rezerv� 623 DKK

Flottweg GmbH

Centrifug�

Capacit��i: 3 500 L ulei/h

Volumul decantorului: 1,5 pân� la 15 L

Viteza cupei: 8 580 rpm

Pre�ul variaz�: de la 114 000 la 380 000 DKK

Decantor


117

Capacit��ii: începând cu 300 kg ulei /h

Pre�uri: începând de la 380 000 DKK

KHS Skandinavien ApS

Filtrarea materiei prime dup� sedimentare

Tip SF 220 Suprafa�a filtrului 0,076 m2 Capacitate aprox. 15 – 20 L ulei brut/h Diferen�� maxim� de presiune 3 bari Pre� din o�el inoxidabil: 10 572 DKK din alam�: 7 449 DKK

Filtrarea materiei prime direct dup� presarea cu filtre cu pl�ci

Tip BECO SF 2000 Format filtru 200 x 200 mm Suprafa�� filtru între 0,07 m2 �i 1,2 m2 Presiunea de func�ionare 10 bari Tip BECO SF/ASF 4000 Suprafa�� filtru între 0,28 m2 �i 14 m2 Presiunea de func�ionare 6 bari

SCHENK-Filterbau GmbH

Filtru pentru purificarea uleiul brut dup� sedimentare

Tip Filtru modul Capacitate 600 L ulei/h MF 325 – 1 Pre� pentru suport de filtru 38 000 KK Pre� pentru 1 modul 684DKK cu suprafa�a filtrului de 2,1 m2 Tip Filtru modul Capacitate 1260 L ulei/h MF 325 – 2 Pre� pentru suport de filtru 41 800DKK Pre� pentru 2 module cu suprafa�a

filtrului de 4,2 m2 1 368 DKK

5.6. Accesorii

5.6.1. Pompe

Tip Pomp� cu rotor Capacitate începând cu 60 L ulei/h Presiune începând cu 1 bar începând cu 2 828 DKK Tip Pomp� cu ro�i din�ate Capacitate 360 L ulei/h Presiune 40 bari Pre� 7 256 DKK

Pentru pomparea reziduurilor (de ex. la sistemul de sedimentare) se folosesc pompe cu

membrane.


118

5.6.2. Rezervoare

COGÈTIL SCANDINAVIA A/S

Sistem complet: Pompe autoaspiratoare cu rotor, tub �i pistol

Capacitate: 40/50 L/h

Pre�: 1 200 DKK

Pre�ul unei pompe singulare: 900 DKK

Contor cu flux continuu

Unitate mecanic� de înregistrare, reglabil� (important pentru uleiul vegetal datorit�

viscozit��ii lui diferite de cea a �i�eiului) Pre�: 695 DKK

Filtru de siguran�� dup� pomp�

Capul filtrului; Pre�: 90 DKK

Element filtru 10 �m; Pre�: 100 DKK

5.7 Standardizarea uleiului presat la rece ob�inut din semin�e de rapi��

Uleiul vegetal carburant pentru motoarele Diesel adaptate

Pentru a fi siguri c� uleiul vegetal poate fi folosit cu succes la motoarele diesel adaptate trebuie

definit� o anume calitate a acestui carburant. In cadrul grupului de lucru “Presarea descentralizat� a

uleiului” organizat de Landtechnik din Weihenstephan (Germania), reprezentan�ii produc�torilor de

motoare, produc�torilor de ulei, institutelor de analiz�, tehnologilor, oamenilor de �tiin�� i

reprezentan�ii ministerelor au elaborat un standard pentru uleiul extras din semin�ele de rapi��, folosit

drept carburant la motoarele diesel adaptate (tabel II.12). Standardul cuprinde un num�r important de

parametrii care descriu caracteristicile uleiului natural (ex: puterea caloric�, viscozitatea) �i diferite

con�inuturi (ex: con�inutul total de impurit��i �i de fosfor), date importante pentru func�ionarea

motoarelor. Standardul este provizoriu pân� când se vor definitiva �i al�i parametrii în urma

experiment�rilor în curs de efectuare. Deocamdat�, exist� aceast� baz� comun�, care confer� garan�ii

produc�torilor de motoare, produc�torilor de ulei �i �oferilor: standardul provizoriu.

O viscozitate ridicat� a uleiului poate cauza o vitez� sc�zut� de pompare �i posibilit��i de

filtrare mai dificile. Din aceast� cauz� se recomand� ca uleiul din semin�ele de rapi�� în procesul de

filtrare (inclusiv înainte de injectarea motorului diesel) s� aib� o temperatur� cuprins� între 20 �i 35oC

în func�ie de tehnologia de filtrare.

Varia�ia viscozit��ii uleiului de rapi�� cu temperatura este prezentat� în figura II.40.


119

Tabel II.12.

Standard de calitate pentru uleiul din semin�e de rapi�� folosit drept carburant în motoarele diesel

adaptate 05/2000

Valori limit� Propriet��i/Con�inut Unit��i Min. Max.

Metoda de testare

Propriet��i caracteristice pentru uleiul de rapi�� Densitate (150C) kg/m3 900 930 DIN EN ISO 3675

DIN EN ISO 12185 Punct de aprindere 0C 220 DIN EN 22719 Putere caloric� kJ/kg 35000 DIN 51900 -3 Viscozitate cinematic� (40 0C) mm2/s 38 DIN EN ISO 3104 Comportament la temperatur� sc�zut� Viscozimetru rotativ Num�r cetanic Metoda de testare va fi

revizuit� Reziduu de carbune Mas� % 0,40 DIN EN ISO 10370 Indice de iod g/100 g 100 120 DIN 53242 - 1 Con�inut de sulf mg/kg 20 ASTM D5453 – 93

Propriet��i variabile Contaminare mg/kg 25 DIN EN 12662 Indice de aciditate mg KOH/g 2,0 DIN EN ISO 660 Stabilitatea la oxidare (1100C) h 5,0 ISO 6886 Con�inut de fosfor mg/kg 15 ASTM D3231 - 99 Con�inut de cenu�� Mas� % 0,01 DIN EN ISO 6245 Con�inut de ap� Mas� % 0,075 pr EN ISO 12937

Figura II.40. Varia�ia viscozit��ii uleiului de rapi�� cu temperatura


120

6. Ob�inere de biocarburan�i din gazul de sintez� rezultat prin gazificarea biomasei

În forma sa cea mai simpl�, gazul de sintez� este compus din dou� molecule diatomice, CO �i

H2, pe care se bazeaz� un domeniu larg de sintez� a diferi�ilor compu�i chimici sau combustibili. De-a

lungul timpului, acest amestec de gaze a fost cunoscut sub diferite denumiri, dintre care men�ion�m:

gaz produc�tor, gaz de turn, gaz de sintez�, singaz. Începutul secolului XX a marcat sinteza

combustibililor �i produselor chimice din acest gaz [13].

Datorit� vechimii istorice a conversiei gazului de sintez� cât �i cercet�rilor intense �i

eforturilor de dezvoltare a acestui domeniu de lucru, nu este surprinz�tor c� exist� o vast� literatur�

disponibil� privind tehnologiile, chimismul proceselor, catalizatorii, tipurile de reactoare, metodele de

purificare a gazelor, performan�ele privind protec�ia mediului înconjur�tor cât �i aspectele economice.

Sinteza hidrocarburilor prin hidrogenarea CO a fost descoperit� de Sabatier �i Sanderens, în

1902, care au ob�inut metan prin trecerea amestecului de CO �i H2 peste un catalizator de Ni, Fe �i Co.

Cam în aceea�i perioad� s-a ob�inut, la scar� industrial�, H2 din gazul de sintez� produs prin

reformarea cu abur a metanului. Haber �i Bosch au descoperit sinteza amoniacului din H2 �i N2, în

1910, iar prima instala�ie industrial� de fabricare a amoniacului s-a pus în func�iune în 1913.

Producerea de hidrocarburi lichide prin conversia gazului de sintez� pe catalizator de Fe s-a descoperit

de Fischer �i Tropsch în 1923. Varia�ii ale acestei tehnologii de sintez� s-au folosit la scurt timp,

pentru ob�inerea selectiv� de metanol, amestecuri de alcooli �i produ�i de izosintez�. O alt� dezvoltare

a sintezei Fischer Tropsch a fost hidroformilarea olefinelor descoperit� în 1938.

Diagrama prezentat� în figura II.41. subliniaz� procesele specifice care vor fi tratate în

continuare.

Multe din procedeele de conversie a singazului au fost dezvoltate în Germania, în timpul

primului �i celui de al doilea r�zboi mondial, când resursele naturale erau pu�ine �i se impunea g�sirea

unor c�i alternative de producere a hidrogenului, de sintez� a amoniacului �i a combustibililor pentru

transportul auto.

Odat� cu dezvoltarea industriei petroliere în anii 1940 �i pe de alt� parte din cauza ineficien�ei

economice a multora dintre c�ile de conversie a gazului de sintez�, ob�inerea produselor s-a realizat

prin chimizarea petrolului, ob�inerea carburan�ilor �i chimicalelor din produse petroliere cucerind

pia�a mondial�, în perioada imediat urm�toare.

Situa�ia politic� din Africa de Sud �i abunden�a rezervelor locale de c�rbune au creat condi�ii

pentru ob�inerea celui mai mare succes comercial al procedeului de sintez� Fischer Tropsch, la nivel


121

mondial, pe baza ob�inerii gazului de sintez� prin gazificarea c�rbunelui. Astfel, firma Sasol, a livrat,

pe pie�ele locale �i mondiale, benzin�, carburant Diesel �i alte hidrocarburi de mare valoare.

Embargoul arab asupra petrolului, din anii 1970, a subliniat dependen�a Statelor Unite �i a

multor alte ��ri de petrolul de import, �i a dus la reînnoirea interesului privind tehnologiile de conversie

a gazului de sintez�.

Cre�terea preocup�rilor privind mediul înconjur�tor, din ultima perioad� de timp, cât �i

severitatea reglement�rilor privind utilizarea combustibililor fosili, au contribuit la reluarea cercet�rii

�i dezvoltarea tehnologiilor curate de conversie a gazului de sintez� pentru producerea curat� (teoretic

f�r� sulf) de carburan�i �i produse chimice.

În principiu, gazul de sintez� se poate ob�ine din orice materie prim� care con�ine carbon �i

hidrogen. Alegerea tehnologiei pentru producerea gazului de sintez� depinde de capacitatea instala�iei

�i de utilizarea gazului. Cel mai mare impact pentru îmbun�t��irea eficien�ei economice a instala�iei de

conversie gaz-lichid îl are sc�derea costurilor de capital legate de produc�ia gazului de sintez� �i

îmbun�t��irea eficien�ei termice prin combinarea �i integrarea instala�iei de conversie gaz-lichid cu o

instala�ie de generare de energie, pentru valorificarea aburului rezidual de joas� presiune.

Figura II.41. Diagrama proceselor de conversie a gazului de sintez�


122

Compozi�ia gazului de sintez�, în principal raportul H2/CO, variaz� în func�ie de procesul

tehnologic �i de natura materiei prime utilizate la ob�inerea lui.

Procesele catalitice de conversie a gazului de sintez� sunt, în general, exoterme, generând

cantit��i mari de c�ldur�, ceea ce conduce la necesitatea îndep�rt�rii excesului de c�ldur� �i la controlul

atent al temperaturilor de reac�ie cât �i la men�inerea condi�iilor optime de proces.

Catalizatorii joac� un rol esen�ial în reac�iile de conversie a gazului de sintez�. De fapt,

sinteza carburan�ilor �i a produselor chimice, din gazul de sintez� nu are loc în absen�a catalizatorilor

specifici. Una dintre diferen�ele func�ionale fundamentale între catalizatorii utiliza�i este dac�

moleculele de CO adsorbite disociaz� sau nu pe suprafa�a catalizatorului. Pentru sinteza Fischer

Tropsch �i sinteza alcoolilor, disocierea CO este o condi�ie de reac�ie necesar�. Pentru sinteza

metanolului, leg�tura CO r�mâne intact�. Hidrogenul are rol dublu în reac�iile catalitice ale gazului de

sintez�. În primul rând este reactantul necesar pentru hidrogenarea CO, iar în al doilea rând, este

utilizat pentru reducerea catalizatorilor metalici �i pentru activarea suprafe�ei metalice.

De la descoperirea procedeelor de conversie a gazului de sintez� pentru ob�inerea

carburan�ilor �i diferitelor produse chimice, o activitate impresionant� de cercetare - dezvoltare s-a

desf��urat în scopul optimiz�rii randamentului �i eficien�ei proceselor. Aceasta a inclus descoperirea

catalizatorilor cu formula optim�, care con�in cele mai active metale, în combina�ie cu aditivii specifici

pentru îmbun�t��irea activit��ii �i selectivit��ii unui anumit proces. S-au efectuat studii ale

mecanismelor de reac�ie în scopul interpret�rii specificit��ii proceselor de conversie �i m�sur�rii

vitezelor de desf��urare ale reac�iilor chimice principale.

Proiectarea reactoarelor �i studiul ingineriei de proces a reprezentat un alt domeniu principal

de cercetare �i dezvoltare în cadrul tehnologiei de conversie a gazului de sintez�.

Controlul temperaturii �i stabilitatea ei în reactorul de conversie reprezint� un parametru critic

datorit� excesului mare al c�ldurii de reac�ie. Ingineria am�nun�it� a proceselor, �inând cont de

recuperarea c�ldurii �i recircularea gazului de sintez�, pentru îmbun�t��irea eficien�ei conversiei, a dus

la optimizarea proceselor de sintez� la scar� industrial�.

În scopul securit��ii �i independen�ei energetice, al optimiz�rii calit��ii mediului înconjur�tor

�i al s�n�t��ii economice, în ��rile dezvoltate s-au ini�iat �i se desf��oar� programe privind utilizarea

biomasei �i a energiilor regenerabile, programe care urm�resc promovarea �i dezvoltarea tehnologiilor

de transformare a cantit��ilor regenerabile de biomas� în biocombustibili cura�i �i ob�inu�i la nivel

local, în bioenergie, �i în bioprodu�i cu valoare ridicat�, ceea ce va conduce la dezvoltare economic�,

la c�i alternative de furnizare a energiei �i la securitate �i independen�� energetic�. În acest context se


123

evalueaz�, în continuare, procesele disponibile la scar� industrial� sau semiindustrial�, de conversie a

gazului de sintez�, din punct de vedere tehnologic, economic �i al impactului asupra mediului ambiant.

În tabelul II.13 se prezint� produsele care se pot ob�ine din gazul de sintez� cât �i avantajele �i

dezavantajele diferitelor tehnologii. Condi�iile de lucru �i catalizatorii reac�iilor de conversie a gazului

de sintez� sunt prezentate în tabelul II.14.

Tabel II.13

Produsele ob�inute din gazul de sintez� – Date, avantaje �i dezavantaje

Produs Date Avantaje Dezavantaje

Hidrogenul - cea mai larg� utilizare a gazului de sintez�

- ob�inut predominant prin reformarea cu abur a metanului

- pare s� fie op�iunea cea mai competitiv�, din punct de vedere economic, pentru biomas�;

- fabrican�ii de autovehicule lucreaz� la vehiculele alimentate cu H2;

- este un carburant curat; - fluxuri concentrate de CO2; - tehnologie pus� la punct; - randamente ridicate.

- pre�ul de livrare poate fi semnificativ mai mare decât cel de produc�ie.

Lichide Fischer Tropsch

- instala�ii existente în Africa de Sud, Malayezia, Noua Zeeland�

- ob�inute, predominant din c�rbune, dar unele instala�ii din Africa de Sud au trecut pe gaze naturale;

- multe companii studiaz� combina�ia cu gaze naturale

- se ob�in produse petroliere care reprezint� carburan�ii actuali;

- tehnologie de succes; reactor cu zona activ� în suspensie;

- nu rezult� sulf sau produse aromatice inferioare;

- emisii reduse comparativ cu carburan�ii conven�ionali diesel.

- randamente sc�zute; - gam� larg� de produse,

selectivitate redus�; - e necesar s� se utilizeze

toate produsele ob�inute pentru a fi economic�, ceea ce duce la dimensiuni mari (Africa de Sud realizeaz� peste 200 de carburan�i �i produse chimice);

- este economic avantajos numai în zonele unde nu exist� petrol.

Amoniac - cel mai mare consumator de H2

- al doilea mare produs chimic de sintez�

- tehnologie pus� la punct - toxic

Metanol - ob�inut predominant din gaz de sintez�, prin reformarea cu abur a metanului;

- unii fabrican�i de autovehicule au

- tehnologie pus� la punct; - utiliz�ri multiple pentru

MeOH (formaldehid�, acid acetic, dimetil eter, MTBE, etc.);

- utilizat drept carburant ca

- trebuie s� concureze cu marile instala�ii de metanol;

- sinteza metanolului în faz� lichid� este înc� în stadiu de dezvoltare;


124


dezvoltat prototipuri pe baz� de celule combustibile cu metanol;

- produs de larg consum.

M100 �i M85; - posibil� surs� de H2 - reformarea metanolului este

o tehnologie practicat�.

- solubilitate sc�zut� în benzen �i separare de faze;

- mai coroziv decât benzina;

- M85 nu este dezvoltat la scar� mare.

Dimetileterul (DME)

- utiliz�ri poten�iale multiple (carburant diesel sau combustibil menajer, agent frigorific, materie prim� pentru chimie)

- deshidratarea in situ a metanolului la DME cre�te randamentul de metanol.

Acid acetic - jum�tate din produc�ia mondial� se realizeaz� prin carbonilarea metanolului

Formaldehid� - cel mai mare consumator de MeOH;

- cererea pe pia�� determinat� de industria de construc�ii.

Metil ter�butil eterul (MTBE)

- 95% utilizat ca aditiv pentru benzin�;

- America de Nord consum� 65% din produc�ia mondial�

- îngrijor�ri în privin�a contamin�rii apelor freatice.

Olefine din metanol �i benzin� �i motorin� din metanol

- con�inut sc�zut de aromatice în aceast� benzin�;

- selectivitatea reac�iei olefinelor la benzin� �i motorin� este de peste 95%

- nu exist� instala�ii industriale;

Benzin� din metanol

- o instala�ia în Noua Zeeland� construit� în 1985 dar care produce numai metanol

- benzin� de calitate superioar�, cu cifr� octanic� ridicat�

- con�inut ridicat de aromatice în benzin�;

- concentra�ie ridicat� de decalene

Sinteza integrat� a benzinei TOPSOE

- benzin� din metanol - nu exist� instala�ii industriale;

- benzin� de calitate mai sc�zut�

Etanol - produs, în mod curent, prin fermenta�ia

- este un aditiv pentru combustibil;

- nu exist� instala�ie comercial� pentru gazul


125


direct� a carbohidra�ilor

- ob�inut din biogaz, se poate procesa aproape orice fel de biomas�

de sintez�; - multe institute au

cercetat tipurile de fermentatoare, dar, în general, nu se cunoa�te stadiul actual al dezvolt�rii.

Amestecuri de alcooli

- utilizat de mul�i drept carburant;

- unele amestecuri testate în Europa.

- component mai atractiv pentru benzin� decât metanolul;

- este necesar un raport H2/CO mai sc�zut

- nu exist� instala�ii industriale independente;

- randamente sc�zute; - selectivitate redus�;

Produ�i de oxosintez�

- hidroformilarea olefinelor cu gaz de sintez�;

- se ob�in aldehide C3-C15 care sunt convertite în alcooli �i acizi.

- este necesar un raport H2/CO mai sc�zut;

- proces foarte versatil; - proces industrial.

- separarea produ�ilor de catalizatori este o problem�;

- este limitat� la ob�inerea produ�ilor cu valoare comercial� ridicat�.

Produ�i de izosintez�

- convertirea gazului de sintez� în izobuten� �i izobutan

- este necesar un raport H2/CO mai sc�zut

- nu exist� instala�ii industriale;

- activitate catalitic� redus�;

- reac�ia concureaz� cu izomerizarea butanilor rezulta�i.

Tabel II.14

Condi�iile de lucru �i catalizatorii reac�iilor de conversie a gazului de sintez�

Condi�ii

Proces Catalizator Tempe- ratura

oC

Presiunea (bar)

Raportul H2/CO

Procent de conversie

fa�� de CO (%)

Produ�i Selectivitate

Fe 300-350 10-40 1,7:1 Alfa-

olefine benzin�

ASF-max. 48% Uzual - 15-

40%

Co 200-240 7-12 2,15:1 Ceruri Motorin� ASF – 40%

Sinteza Fischer Tropsch

Ru

50-90 cu recirculare

Ceruri

ZnO/Cr2O3 350 250-350 3:1 Sinteza metano-

lului Cu/ ZnO/Al2O3

220-275 50-100

99% (25% max / trecere; uzual 4 -7%/

trecere)

metanol Peste 99% cu recirculare


126

Condi�ii

Proces Catalizator Tempe- ratura

oC

Presiunea (bar)

Raportul H2/CO

Procent de conversie

fa�� de CO (%)

Produ�i Selectivitate

Amoniac Fe/FeO + aditivi

430-480 (max. 550)

100-500 2-3:1 H2:N2

10-35/ trecere Amoniac Peste 99% cu recirculare

Metal alcalin/ZnO/

Cr2O3

300-425 125-300 1:1 5-20 Alcooli primari

ramifica�i

Metal alcalin/Cu/

ZnO (Al2O3) 275-310 50-100 2-3:1 20-30 Alcooli

primari 30-45% C2 17-25%CO2

Metal alcalin/CuO/

CoO 260-340 60-200 0,5-4:1 5-30

Alcooli primari liniari

ASF

Alcooli în

amestec

Metal alcalin/MoS2

260-350 30-175 1:1 10 Alcooli liniari

75-90% C2+ în produsul lichid

Co carbonil 110-200 200-300 1:1 + olefine

P modificat cu Co 160-200 50-100 1:1 +

olefine C11 –C14 Oxosinteza

P modificat cu Rh 60-120 7 -25 1:1 +

propilen� Aldehide C4

Peste 90%

ThO2 400-450 100 -1000 0,85:1 40-50 Izosintez�

ZrO2 300-425 350 1:1 30 i-C4

15

6.1.Ob�inerea Hidrogenului

Producerea de hidrogen este cea mai important� utilizare a gazului de sintez�. Principala

utilizare a hidrogenului este ob�inerea amoniacului, urmat� de fabricarea metanolului �i rafinarea

�i�eiului. Cantitatea total� de hidrogen, consumat� la nivel mondial, în 1999, a fost de 450*109m3; 20%

din aceast� cantitate s-a consumat în Statele Unite. La nivel mondial, majoritatea hidrogenului (cca.

60%) s-a consumat pentru producerea de amoniac, 23% în rafinarea �i�eiului �i 9% pentru metanol,

restul de 8% s-a comercializat ca atare.

În mod curent hidrogenul se produce prin reformarea cu abur a metanului. Electroliza se

folose�te, de asemenea, pentru ob�inerea hidrogenului, acolo unde energia electric� este ieftin�. În

prezent, 77% din produc�ia mondial� de hidrogen , se ob�ine în petrochimie, 18% din c�rbune, 4% din

electroliza apei �i 1% din alte surse.


127

O schem� general� pentru ob�inerea hidrogenului din biomas� este dat� în figura II.42. [14].

În toate metodele termochimice pentru producerea hidrogenului din biomas� se reg�se�te etapa de

gazificare, care poate diferi în func�ie de condi�iile de gazificare �i de pre- sau post tratamentul aplicat.

Gazificarea se utilizeaz� pentru convertirea biomasei în gaz de sintez� �i poate avea loc la

temperatur� ridicat�, medie sau joas�. Biomasa poate fi pretratat� prin piroliz� pentru a o converti într-

o form� mult mai u�or de alimentat în gazogen. Gazul de sintez� poate fi post tratat prin reformare cu

aburi sau prin oxidare par�ial� pentru convertirea hidrocarburilor produse prin gazificare în H2 �i CO.

Apoi, gazul de sintez� este procesat pentru producerea de H2 prin reac�ia gazului de ap�. În continuare

hidrogenul se ob�ine fie prin separarea CO2 �i metanare sau prin adsorb�ie du presiune oscilant�. Când

se utilizeaz� îndep�rtarea CO2 �i metanarea, concentra�ia celorlalte gaze în afar� de H2 �i CO2 trebuie

s� fie foarte sc�zut�, iar la ob�inerea prin adsorb�ie, concentra�ia H2 trebuie s� fie de peste 50% în

volume. În amândou� cazurile este exclus� utilizarea aerului ca mediu de gazificare.

Prin gazificare la temperatur� înalt�, de peste 1250oC, materia prim� este complet convertit�

în gaz de sintez� (H2, CO, CO2, H2O). C�ldura necesar� gazific�rii este asigurat� (par�ial) de arderea

unei p�r�i din materia prim� �i/sau a produ�ilor. Timpul de sta�ionare al materiei prime în gazogen este

mic, ceea ce permite utilizarea gazogenelor cu flux antrenat. Acest tip de gazogen este bine dezvoltat �i

utilizat pentru reziduurile petroliere �i c�rbuni, dar experien�ele pentru biomas� sunt foarte limitate.

Gazogenele cu flux antrenat necesit� fie o materie prim� lichid�, fie una solid� cu particule de

dimensiuni foarte mici. Pentru gazogenele cu flux antrenat, marile probleme de rezolvat în cazul

gazificare piroliz�

Reformare cu abur/oxidare par�ial�

Reac�ia gazului de ap�

Îndep�rtare CO2

Metanare

Adsorb�ie cu echilibrarea

presiunii

biomas� gazificare piroliz�

Reformare cu abur/oxidare par�ial�

Reac�ia gazului de ap�

Îndep�rtare CO2

Metanare

Adsorb�ie cu presiune oscilant�

biomas�

H2

CO2

H2

Gaze reziduale

Figura II.42. Fluxul tehnologic pentru producerea H2 din biomas�


128

biomasei sunt: producerea particulelor de dimensiuni mici, alimentarea biomasei �i managementul

cenu�ii la ie�irea din gazogen. Alimentarea în gazogen a uleiului de piroliz� ob�inut din biomas�

trebuie înc� cercetat� �i pus� la punct.

Gazificarea la temperatur� medie (750-950oC) converte�te biomasa într-un amestec de gaz de

sintez� �i hidrocarburi (C1-C4 �i gudroane). C�ldura necesar� este asigurat�, ca �i în cazul gazific�rii la

temperatur� ridicat�, prin arderea unei p�r�i din materia prim� �i/sau din produse. Reac�iile de ardere

pot avea loc fie direct în gazogen (gazificare direct�), fie într-un reactor separat ( gazificare indirect�).

Gazificarea direct� necesit� oxigen, în timp ce cea indirect� poate avea loc cu aer. Temperatura medie

de gazificare conduce, în general, la o conversie relativ sc�zut� a carbonului �i în producerea de

gudroane. O caracteristic� major� a acestui tip de gazificare este aceea c� o cantitate considerabil� (30-

70%) din energia chimic� a gazului produs este re�inut� de hidrocarburi (C1-C4). Post tratarea prin

oxidare par�ial� sau reformare cu aburi, pentru conversia acestor hidrocarburi în gaz de sintez�, este

necesar� pentru atingerea unei eficien�e ridicate de producere a hidrogenului. Gazificarea direct� a

biomasei în strat fluidizat circulant este demonstrat�, pentru dimensiuni mari, în aer, la presiune

atmosferic�, dar pentru producerea H2 este necesar folosirea oxigenului ca mediu de gazificare, �i sunt

preferabile condi�iile de lucru la presiune ridicat�. Experien�a în acest sens este foarte limitat�.

Gazificarea la temperatur� sc�zut� (500-700oC) are loc în ap� supercritic� ( 200-400atm). în

acest sistem de gazificare pe lâng� gazul de sintez� se ob�in hidrocarburi (C1-C4), mangal �i gudroane.

Analiza procesului realizat� de Sparqle International (1998) arat� c� atunci când se folose�te aerul

pentru ardere, concentra�ia azotului în produsul rezultat este de 17% în volume. La gazificarea în ap�

supercritic� a rumegu�ului, concentra�ia metanului în produsul gazos este de 9% în volume. S-a

calculat c� circa 1/3 din energia chimic� a produsului gazos este re�inut� în CH4. conversia metanului

în H2 �i CO este necesar� pentru a asigura producerea hidrogenului cu eficien�� ridicat�. Se estimeaz�

c� producerea gazului de sintez� are loc cu eficien�� relativ ridicat�, datorit� temperaturii de gazificare

sc�zute. Experien�a practic� de gazificare cu ap� supercritic� este limitat� la experiment�ri de laborator

�i pilot.

Impactul asupra mediului

Hidrogenul este un combustibil curat, dar producerea lui, în func�ie de materia prim� utilizat�,

poate genera cantit��i considerabile de CO2. În plus, convertizorul cu abur genereaz� oxizi de azot,

NOx, de la arderea combustibilului. Controlul emisiilor produse prin utilizarea unor materii prima mai

pu�in bogate în hidrogen este �i mai dificil, materia prim� variind de la gaze naturale, �i�ei greu, cocs

sau c�rbune. Materia prim� poate con�ine �i alte impurit��i cum ar fi sulf sau metale grele.


129

În tabelul II.15 se prezint� o compara�ie între studiile privind ob�inerea hidrogenului din

biomas�.

Tabel II.15.

Compara�ie între studiile privind ob�inerea hidrogenului din biomas�.

Studiul Hammelink (2001) Larson (1992) Spath (2000)

Costurile în anul 2001 1991 2000

Viteza de alimentare a

biomasei (t/zi) 1920 1650 300 - 1500

Costul biomasei 2$/GJ

34$/t uscat�

2$/GJ

34$/t uscat�

2,7$/GJ

46,2$/t uscat�

Pre�ul de vânzare al

electricit��ii 0,03$/kWh

0,05$/kWh

(cump�rat�)

0,05$/kWh

(cump�rat�)

Puterea net� (MW) 0-85MW Nu exist� exces Nu este exces (excesul de

abur este produs �i vândut)

H2 produs (t/zi) 91-184 134-188 23-114

Pre�ul H2 8-11 $/GJ 7-12$/GJ 14-21$/GJ

În tabelul II.16 sunt prezentate costurile ob�inerii hidrogenului din biomas� comparativ cu alte

surse.

Tabel II.16.

Costurile ob�inerii hidrogenului din biomas� comparativ cu alte surse.

Sursa IEA (1999) IEA (2001)

McKinley (1990)

Evaluarea Guvernului

Britanic (1999)

Gregoire Padro (1999)

Amick (2003)

Gaze naturale 5,6 $/GJ 7 $/GJ

(Gazele ~ 3$/GJ) 5,4 $/GJ 7$/GJ

(1987 $)

5,7 $/GJ (Gaze

naturale ~ 3$/GJ)

5,97-7,46 $/GJ -

C�rbune

10$/GJ (c�rbunele~2$/GJ)

10 -12 $/GJ

15$/GJ (1987 $)

10,3$ /GJ (carbunele ~ 2$/GJ)

9,87 -19,3 $/GJ 9-10 $/GJ

Biomas� - 12-13$/GJ 7$/GJ

(Biomasa ~15 $/t)

- 8,69-17,1 $/GJ -


130

6.2. Ob�inerea metanolului �i a deriva�ilor s�i

Majoritatea metanolului se produce din gaz de sintez�, printr-o reac�ie exoterm�, la

temperatur� �i presiune ridicat�, atingerea echilibrului limitând conversia total� la peste 99%.

Îndep�rtarea excesului mare de c�ldur� de reac�ie �i dep��irea constrângerilor termodinamice

reprezint� probleme care trebuie rezolvate pentru sinteza industrial� a metanolului. Metanolul este

între primele 10 produse chimice cu cea mai mare produc�ie, la nivel mondial. El poate fi utilizat direct

sau în amestec cu alte produse petroliere, ca un combustibil cu ardere curat�, dar este �i un important

intermediar pentru sinteza numeroaselor produse chimice, printre care: formaldehida, dimetil eterul,

metil-ter�butil eterul, acidul acetic, olefine, metilamine, halogenuri de metil �.a.

Sinteza metanolului a început pe la 1800 cu izolarea „spirtului de lemn” (un amestec de

aceton� �i metanol) de la distilarea uscat� (piroliza) a lemnului. Studiile �i cercet�rile de la începutul

secolului XX au dus la conversia gazului de sintez� în combustibili lichizi �i la ob�inerea metanolului

ca produs secundar a reac�iei Fischer Tropsch, atunci când se utilizeaz� catalizatori cu promotori de

metale alcaline. În prezent sinteza metanolului este un proces catalitic bine pus la punct la scar�

industrial�, cu selectivitate ridicat� ( peste 99%).

Tehnologia procesului

Gazul de sintez� este introdus într-un vas de reac�ie, în prezen�� de catalizator, ob�inându-se

metanol �i vapori de ap�. Metanolul brut, care con�ine peste 18% ap�, etanol, alcooli superiori, cetone,

eteri este dirijat c�tre instala�ia de distilare, care const� într-o unitate pentru îndep�rtarea volatilelor �i

o unitate pentru îndep�rtarea apei �i a alcoolilor superiori. Gazul de sintez� nereac�ionat este recirculat

în convertizorul de metanol, rezultând o eficien�� total� a conversiei de peste 99%. Schema

tehnologic� a sintezei metanolului este prezentat� în figura II.43.

Ca �i în cazul sintezei Fischer Tropsch o problem� tehnologic� este îndep�rtarea excesului

c�ldurii de reac�ie. Activitatea catalizatorului de sintez� a metanolului cre�te la temperaturi mai mari,

dar, în acela�i timp, cre�te �i posibilitatea desf��ur�rii de reac�ii secundare. Produsele secundare care se

Compresor Convertizor de

metanol R�cire �i distilare

Metanol

Purj�

Biogaz

Recirculare gaz de sintez�

Figura II.43. Schema tehnologic� a sintezei metanolului


131

formeaz� sunt: CH4, dimetil eterul, alcooli superiori �i acetona. Durata de via�� a catalizatorului este de

asemenea redus� de operarea continu� la temperaturi ridicate �i, de aceea, temperatura este men�inut�

sub 300oC pentru a minimiza sinterizarea catalizatorului.

Dep��irea constrângerilor termodinamice este o alt� problem� în sinteza industrial� a

metanolului. Conversia maxim� a gazului de sintez�, la o singur� trecere, este limitat� la circa 25%.

Conversii mai ridicate, pentru o singur� trecere, se pot ob�ine la temperaturi mai sc�zute, când

echilibrul reac�iei este dirijat c�tre produ�i; totu�i, activitatea catalitic� scade, în general, cu sc�derea

temperaturii. Îndep�rtarea metanolului pe m�sura form�rii lui este o alt� strategie pentru deplasarea

echilibrului �i îmbun�t��irea conversiei pentru o singur� trecere a gazului de sintez� prin reactor.

Metanolul este scos din mediul de reac�ie ( condensat �i absorbit pe o suprafa�� solid�) sau este

convertit în alte produse ca: dimetileter, formiat de metil sau acid acetic.

Reactoare

Controlul �i disiparea c�ldurii de reac�ie cât �i maximizarea conversiei la o singur� trecere a

gazului de sintez� sunt cele dou� probleme majore care trebuie avute în vedere la proiectarea

reactorului de sintez� a metanolului. Numeroasele tipuri de reactoare de sintez� a metanolului care au

fost proiectate de-a lungul anilor pot fi separate în dou� categorii: adiabatice �i izoterme.

Reactoarele adiabatice con�in, deseori, multiple straturi de catalizator, separate prin sisteme de

r�cire a gazului, care sunt fie schimb�toare de c�ldur�, fie prin injectarea de gaz de sintez� r�cit,

proasp�t sau recirculat. Profilul temperaturii are aspectul din�ilor de fier�str�u, cu minime în punctele

de îndep�rtare a c�ldurii �i cre�teri liniare între zonele cu schimb�toare de c�ldur�.

Reactoarele izoterme sunt proiectate pentru îndep�rtarea continu� a c�ldurii de reac�ie astfel

încât ele opereaz� ca un schimb�tor de c�ldur� cu un profil izoterm al temperaturii axiale.

Unul dintre cele mai r�spândite reactoare izoterme este convertizorul Lurgi. El are forma unei

scoici prelungit� cu un tub. Tuburile con�in un catalizator conceput de Lurgi (Cu/ZnO/Cr2O3 +

promotori ) �i sunt înconjurate de ap� fierbinte pentru îndep�rtarea c�ldurii de reac�ie. Aceast� unitate

opereaz� la 50-100 bar �i 230-265oC. Variind presiunea apei la fierbere se poate controla temperatura

din reactor. Aburul ob�inut ca produs secundar are 40-50 bar �i poate fi folosit la ac�ionarea

compresorului sau pentru producerea c�ldurii necesare procesului de distilare.

Convertizorul ICI cu r�cire indirect� la presiune sc�zut� este cel mai utilizat convertizor

adiabatic. El func�ioneaz� la 50-100 bar �i 270oC. Catalizatorul Cu/ZnO/Al2O3 este sub forma unui

singur strat sus�inut de un material inert. R�cirea mediului de reac�ie are loc prin ad�ugarea de gaz de

sintez� r�cit, proasp�t sau recirculat, controlându-se astfel temperatura de reac�ie. Gazul este injectat la


132

o anumit� adâncime în reactor prin ni�te pulverizatoare speciale. Exist� straturi orizontale cu aceste

pulverizatoare care traverseaz� reactorul dintr-o parte în cealalt� �i care prezint� o suprafa�� exterioar�

acoperit� cu ochiuri metalice �i un tub central care alimenteaz� gazul rece. ICI de�ine �i o variant�

îmbun�t��it� a acestui reactor, cunoscut� sub numele de convertizor ARC, principala diferen�� tehnic�

fiind aceea c� stratul de catalizator este împ�r�it cu ajutorul unor pl�ci de distribu�ie �i formeaz� mai

multe zone consecutive de catalizator.

Kellogg, Brown �i Root (acum Halliburton) au pus la punct un convertizor adiabatic care are

mai multe reactoare în strat fix, aranjate în serie �i separate prin schimb�toare de c�ldur�. Toate

fluxurile de gaz de sintez� recuperat sunt introduse direct în primul reactor. Reactorul are o geometrie

sferic� pentru reducerea costurilor de construc�ie �i reducerea cantit��ii de catalizator, comparativ cu

convertizorul ICI.

Convertizorul Haldor –Topsoe se bazeaz� pe un principiu de func�ionare similar. Fascicule de

suporturi verticale separ� straturile de catalizator. Gazul introdus la baza reactorului asigur� materia

prim� proasp�t� care se distribuie radial în sus prin primul strat de catalizator. La vârful reactorului,

acest gaz este amestecat cu gaz rece �i este distribuit astfel încât s� curg� radial în jos prin al doilea

strat de catalizator. Avantajul acestui tip de reactor este cre�terea conversiei pentru fiecare trecere a

gazului.

Reactorul tubular r�cit este simplu de operat. Gazul de sintez� intr� prin partea de jos a

reactorului unde este distribuit prin tuburi, care func�ioneaz� ca schimb�toare de c�ldur�, înainte de

intrarea gazului în stratul de catalizator.

Reactorul Linde, izoterm, cunoscut sub numele de convertizor Variobar, prezint� o

caracteristic� unic� de proiectare �i anume ni�te tuburi spirale elicoidale încorporate în stratul de

catalizator pentru îndep�rtarea c�ldurii. Distan�ierele separ� spiralele multistrat �i apa fierbinte circul�

prin tuburi.

Superconvertizorul MGC/MHI ( Mitsubishi Gas Chemical în colaborare cu Mitsubishi Heavy

Industry) prezint� tuburi cu pere�i dubli, care sunt umplute cu catalizator în spa�iul inelar dintre tubul

interior �i cel exterior. Gazul de sintez� intr� în tubul interior �i este înc�lzit pe m�sur� ce avanseaz� în

tub �i apoi trece prin stratul de catalizator din spa�iul inelar. C�ldura este îndep�rtat� pe ambele p�r�i

ale stratului de catalizator, de apa fierbinte care înconjoar� tuburile în exterior cât �i de gazul alimentat

în tubul interior. O conversie ridicat� este men�ionat� pentru acest tip de reactor (14%)

Alte tipuri de convertizoare folosesc sistemele în trei faze, similare în principiu cu reactoarele

în suspensie utilizate la sinteza Fischer Tropsch. Aceast� tehnologie este cunoscut� ca sinteza

metanolului în faz� lichid� (LPMeOH). S-a pus la punct un reactor catalitic cu lichid antrenat care


133

transform� gazul de sintez�, care prezint� un raport molar H2/(CO+CO2) sc�zut, în metanol. Abilitatea

de a transforma acest tip de gaz de sintez� face aceste reactoare eficiente pentru ob�inerea metanolului

din biogaz. Reactoarele în suspensie cu trei faze asigur� un control mai bun al temperaturii prin

disiparea uniform� a c�ldurii de reac�ie în lichidul cu capacitate caloric� ridicat�. Procedeul în faz�

lichid� utilizeaz� un catalizator Cu/ZnO pe suport ( 20-45% în greutate) dispersat în ulei mineral

circulant, la 225-265oC �i presiune de 49,35 atm. Brookhaven National Laboratory a dezvoltat un

proces de sintez� a metanolului în faz� lichid� care are loc la presiune mai sc�zut�, adic� sub 5 atm.,

realizând .o conversie de peste 90%, f�r� recircularea gazului de sintez�.

Alte dou� procese de conversie se bazeaz� pe sisteme în care metanolul este îndep�rtat

continuu din faza gazoas�, prin adsorb�ie selectiv� pe un solid sau într-un lichid. Drept adsorbant solid

se utilizeaz� SiO2/Al2O3, care este colectat în rezervoare speciale, iar metanolul este apoi desorbit. În

cealalt� variant�, se utilizeaz� un solvent lichid pentru adsorb�ia metanolului.

Chimismul procesului

Ob�inerea catalitic� a metanolului din gaz de sintez� este o reac�ie tipic� exoterm�, la

temperatur� �i presiune ridicate, conversia materiei prime fiind limitat� de stabilirea echilibrului.

Sinteza metanolului are loc dup� urm�toarele reac�ii:

CO + 2H2CH3OH Hr= -90,64 kJ/mol

CO2 + 3H2 CH3OH + H2O Hr= -49,67 kJ/mol

CO +H2O CO2 + H2 Hr= -41,47 kJ/mol

Pentru sinteza metanolului, este preferat un raport stoechiometric, definit ca (H2-CO2)/ (CO +

CO2) de circa 2. Aceasta înseamn� c� va exista cantitatea de hidrogen stoechiometric necesar� pentru

sinteza metanolului. Din motive cinetice �i pentru controlul produ�ilor secundari, o valoare u�or mai

mare de 2 este preferabil�.

De�i metanolul se ob�ine din amestecul de H2 �i CO, reac�ia este de circa 100 de ori mai lent�

când se g�se�te �i CO2. Pân� în anii 90, rolul CO2 în sinteza metanolului nu era cu totul clarificat.

Studiile cu izotopi marca�i au dovedit f�r� echivoc c� CO2 este sursa de C pentru metanol. CO este

implicat în reac�ia invers� a gazului de ap�, pentru ob�inerea H2 �i CO2. CO2 este acela care men�ine

catalizatorul într-un stadiu de oxidare intermediar Cu0/ Cu+ prevenind reducerea ZnO urmat� de

formarea alamei. Mecanismul propus pentru sinteza metanolului trece prin formarea unui intermediar.

CO2 este adsorbit pe suprafa�a metalic� par�ial oxidat�, ca un carbonat sau hidrogenat. Acest

intermediar este apoi hidrogenat într-o etap� limitatoare de vitez�. Centrii activi ai catalizatorul de

cupru prezint� activitate ridicat� pentru ruperea primei leg�turi C-O din CO2, ceea ce ajut� la


134

men�inerea st�rii de oxidare a acestora. O concentra�ie ridicat� de CO2 reduce, totu�i, activitatea

catalitic� prin inhibarea sintezei metanolului. Compozi�ia gazului de sintez� de alimentare este astfel

ajustat� încât s� con�in� 4-8% CO2 pentru o activitate �i selectivitate maxim�. Chiar dac� Cu prezint�

selectivitate pentru reac�ia gazului de ap�, cantit��i excesive de ap� conduc, de asemenea, la blocarea

centrilor activi, ceea ce scade activitatea, dar m�resc selectivitatea prin reducerea form�rii de produ�i

secundari cu 50%.

Catalizatori

Primul catalizator utilizat pentru sinteza metanolului la temperatur� �i presiune ridicat� a fost

ZnO/Cr2O3 iar condi�iile de lucru au fost 350oC �i 246,7 -345,4 atm. Compozi�ia catalitic� con�ine 20-

75 atomi % Zn. Acest catalizator demonstreaz� activitate �i selectivitate ridicat� pentru sinteza

metanolului �i dovede�te suficient� rezisten�� la otr�virea cu sulf, în cazul prezen�ei acestuia în gazul

de sintez�. În prezent se utilizeaz� pentru produc�ia industrial� de metanol procedeul la temperatur� �i

presiune sc�zut� (220 -275 oC �i 49,35 – 98,7 atm), pe baz� de catalizator de Cu. Procesul de sintez� a

fost modernizat astfel încât se ob�ine 1kg MeOH/ L catalizator / h, cu selectivitate pentru metanol de

peste 99,5%. Durata de via�� a catalizatorilor este de 3-5 ani în condi�ii normale de lucru.

Alte formul�ri de catalizatori sunt puse la punct în scopul îmbun�t��irii randamentului, la o

singur� trecere a gazului de sintez�. Adaosul de Cs la amestecul de Cu/ZnO a condus la cre�terea

randamentului. Aceast� constatare este valabil� pentru metalele alcaline mai grele deoarece ad�ugarea

de K la catalizatorul de sintez� duce la cre�terea randamentului în alcooli superiori. Catalizatorul

Cu/ThO2 a demonstrat activitate ridicat� pentru sinteza metanolului din gazul de sintez� f�r� CO2.

acest catalizator se dezactiveaz� rapid în prezen�a dioxidului de carbon. Catalizatorul de Cu/Zr s-a

dovedit activ pentru sinteza metanolului din gaz de sintez� f�r� CO, la 5atm �i 160-300oC.

Catalizatorul de Pd pe suport s-a dovedit activ în cazul gazului de sintez� f�r� CO2 , la 5-110atm �i

260-350oC.

Puritatea catalizatorilor este o condi�ie pentru asigurarea unei activit��i �i selectivit��i optime

pentru sinteza metanolului. Este foarte important� eliminarea impurit��ilor de Ni �i Fe din precursori,

în timpul formul�rii catalizatorului. Aceste impurit��i duc la sc�derea selectivit��ii �i cresc randamentul

de ob�inere a CH4 �i produ�ilor Fischer Tropsch. Metalele alcaline trebuie de asemenea eliminate

deoarece reduc total activitatea catalizatorului �i m�resc produc�ia de alcooli superiori. Prezen�a

nedorit� de SiO2 în catalizator favorizeaz� producerea de ceruri, iar alumina non-spinel conduce la

formarea de dimetileter. Alte otr�vuri pentru catalizator sunt As �i P.


135

Stadiul actual al tehnologiei

În prezent se ob�ine metanol la scar� industrial� prin procedeul la presiune sc�zut� care este

mai eficient, are costuri de investi�ie �i de exploatare mai mici. ICI �i Lurgi ofer� cele 2 procese de

sintez� la presiune sc�zut� cel mai r�spândite. În tabelul II.17. sunt prezenta�i furnizorii mondiali

actuali de tehnologii de sintez� a metanolului din gaz de sintez�.

Tabel II.17.

Furnizorii mondiali actuali de tehnologii de sintez� a metanolului din gaz de sintez�

Furnizorul de

tehnologie

Temperatura

(oC)

Presiunea

(atm)

Observa�ii

ICI ( Synetix) 210-290 50-100 Licen�� pentru 4 tipuri de reactoare:

ARC, Tubular cu r�cire, Linde izoterm

�i Toyo

Lurgi 230-265 50-100 reactor izoterm tubular

Mitsubishi 240 77-97 reactor izoterm tubular

Haldor-Topsoe �i

Nihon

260 48-300 Nu exist� înc� instala�ii industriale

bazate pe acest proces

Halliburton (Kellogg,

Brown �i Root)

- - Reactor cu geometrie sferic�

La 1 ianuarie 2002, capacitatea anual� mondial� de metanol a fost 38 milioane tone (9

milioane GJ). În 2001, consumul în Statele Unite a fost de 28% din produc�ia total�, în timp ce

America de Nord a produs 20% din produc�ia mondial� de metanol. Cel mai mare produc�tor mondial

de metanol este Methanex, cu 17% din capacitatea mondial�; în Statele Unite exist� 17 instala�ii de

metanol. Lurgi a câ�tigat un contract pentru construirea unei instala�ii în Iran, cu capacitate de 1,8

milioane tone/an, care va deveni cea mai mare unitate din lume.

Costul metanolului

În tabelul II.18 este prezentat� o compara�ie între datele de literatur� referitoare la metanolul

ob�inut din biomas�.


136

Tabel II.18.

Compara�ie între datele de literatur� referitoare la metanolul ob�inut din biomas�.

Studiul Hamelink �i Faaij-

2002 Novem -2000 Larson -

1992 Wyman-

1993 1990 Mudge- 1981

Anul de referin�� privind costurile 2001 1999 1991 1989 1987 1980

Viteza de alimentare a biomasei (t

biomas� uscat�/zi) 1920 1358 1650 1814 1814-

9841 1800

Pre�ul biomasei $/GJ

$/t biomas� uscat� 2

38 3

55 2

38 2,45 46

2,45 46

1,2 22

Pre�ul de vânzare al electricit��ii

$/kWh 0,03 0,067 0,05 - 0,04 0,03

Puterea net� (MW) Nu este exces Circa 150 Nu este

exces Nu este exces

Nu este exces

Nu este exces

Al�i combustibili utiliza�i Nu

Ardere împreun� cu

gaze naturale în turbina de gaze

Nu Nu Nu Nu

Produc�ia de metanol (t/zi) 613-970 57-196 705-1004 790-1110 717-4577 900

Pre�ul metanolului $/GJ $/m3

9-12 155-221

10,6-13,6 192-248

9,62-15,4 176-280

10,01-19,60

181-357 10-18,9 181-344

8,2-10,3 149-186

Ob�inerea benzinei din metanol

Procesul de transformare a metanolului în benzin� pus la punct de Mobil Oil Corporation,

implic� conversia metanolului pe catalizator de zeoli�i, la hidrocarburi. Acest proces, de�i considerat

prima sintez� nou�, important�, de combustibil, de la sinteza Fischer Tropsch, a fost descoperit�

accidental, în 1970, de dou� grupuri independente de cercet�tori de la Mobil, care încercau s�

transforme metanolul în etilenoxid sau cercetau metilarea izobutenei cu metanol pe catalizator zeolitic

ZSM-5.

Procesul de ob�inere a combustibilului din metanol are loc în dou� etape. În prima etap�,

metanolul brut (17% ap�) este supraînc�lzit la 300oC �i este deshidratat par�ial pe catalizator de

alumin�, la 27atm, ob�inându-se un amestec în echilibru de metanol, dimetileter �i ap�. (este

transformat 75% din metanol ). Acest amestec este combinat cu gaz de sintez� recirculat �i este

introdus într-un reactor care con�ine catalizatorul de zeolit ZSM-5, la 350-366oC �i la 19-23 atm pentru

a produce hidrocarburi (44%) �i ap� (56%). Procedeul cuprinde multiple reactoare de conversie cu


137

catalizator, legate în paralel, deoarece zeolitul trebuie regenerat frecvent, prin arderea cocsului format

în cursul reac�iei. Reactoarele sunt ciclice, astfel încât un reactor poate fi regenerat f�r� oprirea

întregului proces, în mod obi�nuit la 2-6 s�pt�mâni.

Reac�iile care stau la baza acestui proces sunt:

2CH3OH CH3OCH3 + H2O

CH3OCH3 olefine C2-C5

olefine C2-C5 parafine, cicloparafine, aromatice

Selectivitatea pentru hidrocarburi din compozi�ia benzinei este mai mare de 85%, restul fiind

format din gaze petroliere lichefiate. Aproape 40% din benzina produs� prin acest procedeu,

reprezint� hidrocarburi aromatice �i anume: 4% benzen, 26% toluen, 2% etilbenzen, 43% xilen, 14%

trimetilbenzeni, 12% alte aromatice. Prin acest procedeu rezult� �i 3-5% 1,2,4,5-tetrametilbenzen

(duren), de aceea benzina este, în general, distilat� iar frac�ia grea este prelucrat� într-o unitate de

tratare a benzinei grele, pentru a reduce concentra�ia de duren sub 2%. Astfel rezult� o benzin� de bun�

calitate cu cifr� octanic� ridicat�. Dar acest procedeu nu va r�mâne pentru înc� mult timp o cale de

ob�inere a benzinei deoarece amendamentele la Legea Aerului Curat din 1990 limiteaz� con�inutul de

aromatice în benzina reformulat�, în vederea reducerii noxelor. În California, de exemplu, con�inutul

total de aromatice este limitat la 25% (în volume).

Ob�inerea olefinelor, a benzinei �i a motorinei din metanol

În paralel cu procedeul de ob�inere a benzinei din metanol, Mobil a dezvoltat �i alte procedee

de conversie a metanolului, cu catalizatori de zeoli�i, în hidrocarburi. Deoarece olefinele u�oare sunt

intermediari în procedeul de ob�inere a benzinei, este posibil� optimizarea procesului pentru sinteza de

olefine. Temperaturi de reac�ie mai mari (cca. 500oC) presiuni mai sc�zute �i catalizator cu activitate

mai mic�, favorizeaz� producerea de olefine u�oare. Raportul de sintez� a olefinelor poate fi modificat

astfel încât 80% din produs s� fie format din olefine C2-C5, cu propilen� (32%), butene (20%) �i o

frac�ie de benzin� (36%).

Mobil a realizat �i un procedeu pentru transformarea metanolului în benzin� �i motorin�.

Oligomerizarea, dispropor�ionarea �i aromatizarea olefinelor produse prin procedeul anterior reprezint�

reac�iile de baz� pentru acest procedeu, în care selectivitatea pentru benzin� �i distilate din olefine este

mai mare de 95%. Compozi�ia benzinei astfel ob�inute este de: 3% parafine, 94% olefine, 1% naftene

�i 2% aromatice. Nici unul din aceste procedee nu se aplic� industrial.


138

Procedeul integrat TOPSOE de sintez� a benzinei

Acest procedeu a fost dezvoltat de Harold Topsoe cu scopul de a minimiza costurile de capital

�i pentru energie, prin integrarea sintezei metanolului cu etapa transform�rii acestuia în benzin�, totul

într-o singur� faz�, f�r� izolarea metanolului ca intermediar. Procedeul implic� ob�inerea unui amestec

de metanol �i dimetil eter (DME), înainte de sinteza benzinei �i necesit� numai o singur� bucl� de

recirculare, de la sinteza benzinei la treapta de sintez� a MeOH/DME. Datorit� selectivit��ii reduse

pentru aromaticele din benzin�, prin acest procedeu se ob�ine o benzin� de calitate redus�, cu cifr�

octanic� mai mic�, comparativ cu procedeul de conversie a metanolului în benzin�.

M100 �i M85

Metanolul curat (M100) prezint� multe propriet��i corespunz�toare folosirii drept carburant,

care îl fac o alternativ� atractiv� la benzina ob�inut� din �i�ei. Prezint� o c�ldur� de vaporizare ridicat�

�i o putere caloric� relativ mic� ( aproximativ jum�tate fa�� de benzin�) ceea ce conduce la o

temperatur� de aprindere mai sc�zut� comparativ cu benzina. Aceasta are drept urmare emisii mai

sc�zute de CO, NOx �i hidrocarburi, dar emisii mai ridicate de formaldehid�. În general, metanolul

curat se folose�te drept carburant numai la motoarele de curse de mare performan�� i la avioanele

care au fost complet modificate �i adaptate la func�ionarea cu metanol. Aceasta implic� înlocuirea

componentelor de plastic din sistemul de alimentare cu carburant, modificarea carburatorului sau a

sistemului de injec�ie �i preînc�lzirea carburantului.

Metanolul este miscibil cu apa, dar în amestecurile cu concentra�ie sc�zut� de metanol se poate

produce o separare de faze. Metanolul este mai coroziv decât benzina dar este mai pu�in toxic �i nu

este carcinogen. Metanolul a fost folosit ca adaos în benzin� pe la mijlocul anilor 80. Dup� un timp,

Agen�ia de Protec�ie a Mediului din Statele Unite a interzis utilizarea metanolului, în benzina f�r�

plumb, f�r� ad�ugarea unui cosolvent alcoolic. Aceasta în primul rând pentru c� metanolul prezint� o

solubilitate sc�zut� în benzin� �i apar probleme de separare de faze. Totu�i, s-au ob�inut unele succese

cu M 85, adic� un amestec de metanol cu benzen (85% /15%, în volume), a�a cum se folose�te în mod

obi�nuit. Folosirea metanolului în aceast� propor�ie cu benzina are dou� motive: (1) flac�ra

metanolului este incolor� �i adaosul de benzin� îi d� o oarecare colora�ie, f�când detectabil un incendiu

�i (2) metanolul pur poate produce probleme de pornire la rece, iarna, sau o închidere de vapori, vara.

De�i s-au fabricat automobile care s� func�ioneze cu M85 �i unele aparate de zbor continu� s�

func�ioneze cu acest amestec, el nu a fost dezvoltat la scar� industrial� �i comercial�. Printre factorii

care au contribuit la acest e�ec au fost percep�ia negativ� a consumatorului cuplat� cu o lips� a

infrastructurii, cu toate c� sunt necesare numai mici modific�ri, la sta�iile de alimentare cu carburant,

pentru manipularea M85.


139

M100 se poate utiliza �i în celulele combustibile cu metanol, utilizate la autovehicule. Aceste

celule permit utilizarea metanolului drept combustibil f�r� a necesita un procesor pentru a extrage

hidrogenul din metanol. Un progres semnificativ în acest domeniu s-a realizat prin g�sirea unui

electrolit mai bun pentru a preveni p�trunderea metanolului prin membran�. Temperatura de

func�ionare a acestor celule combustibile este aproape de 100oC. Un anod din catalizator corespunz�tor

faciliteaz� oxidarea metanolului �i elimin� nevoia unei instala�ii de reformare a metanolului în

hidrogen. DaimlerChrysler �i Honda au fiecare câte dou� prototipuri de vehicule cu celul�

combustibil� cu metanol. Unul din vehiculele DaimlerChrysler a finalizat un traseu de 4828 km de-a

lungul Statelor Unite.

6.3. Ob�inerea etanolului

În prezent, etanolul este singurul combustibil lichid regenerabil care se ob�ine în cantit��i

industriale. Statele Unite au avut o produc�ie în 2002, de 8,062*106 m3/an, mai mare decât în 2001 (

6,4345 *106m3/an). În conformitate cu datele oficiale, necesarul de benzin� este de circa 996*103m3/

zi, sau circa 1,7 GJ/an. Astfel etanolul este responsabil pentru furnizarea numai a 1% din necesarul

energetic na�ional pentru combustibilul tip benzin� pentru vehiculele de transport.

Produc�ia industrial� de etanol se realizeaz� prin fermenta�ia carbohidra�ilor sau prin hidratarea

etilenei. În Statele Unite, prin fermenta�ie direct� se produce peste 95% din capacitatea total�, care este

de 346*106 m3/an. Hidrolizatul de amidon de porumb ob�inut din m�cinarea umed� sau uscat� a

porumbului, reprezint� principala surs� de carbohidrat, în Statele Unite. Alt� �ar� mare produc�toare de

etanol, Brazilia, cu o capacitate de peste 477*106 m3/an, utilizeaz� sucul de trestie de zah�r ca

principal� surs� de carbohidrat.

Necesarul de etanol este stabilit în principal, de utilizarea sa în amestec cu benzina. În afara

acestei utiliz�ri, consumul de etanol a fost, în 2001, de numai 32,065*106m3/an.

Disponibilitatea materiei prime este una din constrângerile exercitate asupra industriei existente

pe baz� de porumb pentru a realiza un impact semnificativ în furnizarea de energie la nivel na�ional.

Biomasa reprezint� o surs� abundent� �i ieftin� de carbohidra�i. Se estimeaz� c� în Statele Unite se

produc 1*1012L/an de etanol din biomas� celulozic� derivat� din culturi energetice pe terenuri

nefolositoare sau neocupate, reziduuri ca furajul de porumb sau paiele de orez, de�euri municipale

solide, etc.

Un mod de a aborda utilizarea acestei bioresurse este modificarea procesului direct de

fermenta�ie, astfel încât în loc de fermentarea zaharurilor prezente în amidon, are loc fermenta�ia

direct� a zaharurilor din celuloza �i hemiceluloza din biomas� �i ob�inerea de etanol. Din p�cate,


140

zaharurile din celuloz� �i hemiceluloz� sunt greu de eliberat �i difer� ca �i compozi�ie de cele prezente

în amidon. Aceste dou� aspecte conduc la diferen�e semnificative între cele dou� modalit��i de

fermentare direct�.

Descrierea tehnologiei

În figura II.44 se prezint� schema tehnologic� simplificat� pentru ob�inerea etanolului din

gazul de sintez�.

Gazul de sintez� este convertit în etanol prin fermenta�ie. Procedeul indirect BCL/FERCO

utilizeaz� un gazogen înc�lzit indirect care opereaz� la presiune apropiat� de cea ambiant�. Rezult� un

gaz de sintez� de putere caloric� medie, f�r� a fi nevoie de o fabric� de oxigen. Biomasa este uscat� �i

introdus� într-un strat fluidizat rapid unde este convertit� în gaz de sintez�. Nisipul circulant furnizeaz�

c�ldura necesar� gazific�rii. Nisipul este separat de mangal într-un ciclon. Gazul de sintez� este apoi

condi�ionat �i comprimat. Nisipul �i mangalul sunt alimentate în stratul fluidizat urm�tor, unde sunt

amestecate cu aer �i mangalul este ars. C�ldura eliberat� astfel în arz�tor este utilizat� pentru înc�lzirea

nisipului circulant. C�ldura este recuperat�, de asemenea �i de la gazele reziduale, fiind utilizat� pentru

uscare sau pentru producerea de abur.

Acest gazogen special lucreaz� la temperaturi destul de joase încât s� nu se formeze zgur� din

cenu��, �i anume 700-850oC �i presiune pu�in mai mare decât cea atmosferic�. În aceste condi�ii gazul

Tratare biomas� Fermentare gaz de

sintez�

Separare etanol Etanol

Ob�inere gaz de sintez�,

condi�ionare, comprimare

Biomas�

Cenu��

Gaze reziduale Ap� �i nutrien�i

Mas� celular�

Ap�

Figura II.44. Ob�inerea etanolului din biomas� prin intermediul gazului de sintez�


141

de sintez� rezultat con�ine cantit��i semnificative de metan, etilen� �i alte hidrocarburi u�oare cât �i

gudroane. Acestea nu sunt convertite în etapa urm�toare de fermenta�ie. Ele pot fi îndep�rtate în etapa

de condi�ionare, pot fi transformate într-un plus de gaz de sintez�, sau pot fi trecute prin treapta de

fermentare pentru a fi arse, împreun� cu gazele rezultate aici, ca un combustibil suplimentar, în focarul

gazogenului.

Gazul condi�ionat este introdus în fermentator unde este convertit în etanol cu ajutorul unor

bacterii. Bulionul de fermenta�ie rezultat este destul de diluat, con�inând, în general, 2% sau chiar mai

pu�in etanol. Etanolul poate fi recuperat din acest bulion prin metodele utilizate industrial în cazul

porumbului. Masa celular� rezultat� de la fermentare nu este avizat� pentru hrana animalelor. O

utilizare eficient� este recircularea, drept combustibil, în gazogen.

Un avantaj al metodei de fermentare este c� energia chimic� stocat� în biomas�, inclusiv în

lignin�, contribuie la cre�terea randamentului în etanol.

În tabelul II.19 este prezentat comparativ randamentul în etanol ob�inut prin fermentarea

direct� a porumbului, prin fermentarea direct� a biomasei, �i prin procesul ferment�rii gazului de

sintez� ( la nivel de proiect). Este oarecum surprinz�tor c� randamentul procesului de fermentare a

gazului de sintez� nu este estimat a fi mai mare �inând cont c� lignina �i alte componente care nu sunt

utilizate în metodele directe, sunt convertite în etanol prin procesul de fermenta�ie a singazului. Totu�i

beneficiile sunt compensate prin pierderile de conversie la gazificare, condi�ionare �i fermenta�ie.

Tabel II.19.

Cantitatea de etanol ob�inut� prin diferite metode

M�cinare

umed�

M�cinare

uscat�

mare

M�cinare

uscat�

medie

M�cinare

uscat�

fin�

Fermentare

direct� a

biomasei

Fermentare

gaz de sintez�

Cantitate

etanol m3/t

biomas�

(uscat�)

0,4265 0,4273 0,4144 0,4114 0,3395 0,265-0,3975

Microorganismele utilizate pentru produc�ia etanolului din gazul de sintez� sunt neap�rat

anaerobe, care utilizeaz� pentru acetogenez� o versiune heterofermentativ� a acetilcoenzimei A (acetil-

CoA). Aceasta se sintetizeaz� din amestecurile CO sau H2/ CO2. Intermediarul acetil-CoA este apoi

convertit fie în acid acetic fie în etanol, ca un prim produs de metaboliz�. Principalele reac�ii sunt:


142

Producerea etanolului:

6 CO + 3 H2O CH3CH2OH + 4 CO2 G = -48,7 kcal/mol;

puterea caloric� produs/ puterea caloric� materie prim� = 0,81

2CO2 + 6H2 CH3CH2OH + H2O G = 28,7


Producerea acidului acetic:

4 CO + 2 H2O CH3COOH + 2 CO2 G = -39,2


2CO2+4H2 CH3COOH + 2H2O G = -25,8


CO este un substrat preferabil fa�� de H2+CO2 deoarece schimb�rile în energia liber� sunt

favorabile. Conversia obi�nuit� pentru CO, raportat� în literatur�, pentru fermenta�ia la nivel de

laborator este de cca. 90%, în timp ce pentru H2 este de cca. 70%. Alte aspecte, cum ar fi transferul de

mas� între faza gazoas� �i cea lichid� pot contribui, de asemenea, la diferen�ele semnalate.

Raportul între produc�ia de etanol �i cea de acetat depinde de natura microorganismului �i de

condi�iile de fermentare. Organismele sunt inhibate de pH-ul sc�zut �i de concentra�ia m�rit� de ioni

acetat. Când se formeaz� acidul acetic, pH-ul scade �i concentra�ia ionilor acetat cre�te, astfel c�

organismele vor favoriza produc�ia de etanol pentru a atenua inhibarea. În mod normal, pH-ul este

men�inut în jur de 4,5 pentru a produce etanol.

Multe dintre microorganisme sunt mezofile sau termofile, având un domeniu optim de

temperatur� între 25 �i 90oC. Un mediu de cultur� destul de bogat în elemente nutritive este necesar,

dar temperaturi de lucru ridicate, nivele sc�zute ale concentra�iei de carbohidrat �i ridicate de CO (

care inhib� microorganismele metanogene) �i pH-ul sc�zut reduc riscul de contaminare.

Un simplu reactor tanc cu barbotare de gaz, care func�ioneaz� continuu sau discontinuu, poate

fi folosit ca fermentator. De�i simplu, acest tip de reactor are dezavantajul unei productivit��i

volumetrice sc�zute, a unei conversii sc�zute �i a unui flux diluat de metanol. O îmbun�t��ire ar fi un

sistem de fermenta�ie în dou� trepte, cu recircularea microorganismelor. În prima etap� sunt create

condi�iile pentru cre�terea celulelor, în timp ce în treapta a doua sunt condi�ii pentru producerea de

etanol. Celulele sunt reciclate în treapta a doua pentru îmbun�t��irea productivit��ii volumetrice �i

cre�terea conversiei.


143

Transferul de mas� între faza lichid� �i gazoas� poate limita performan�ele fermentatorului. În

contrast cu multe alte procese pe baz� de gaz de sintez�, performan�ele ferment�rii gazului nu sunt

legate de un raport specific H2/CO. Cu toate c� organismele prefer� CO comparativ cu H2, pot fi

convertite simultan �i amestecurile de CO �i H2/CO2.

Situa�ia actual� �i furnizorii de tehnologie

- Universitatea din Arkansas/Bioengineering Resources Inc – lucreaz� în domeniul

ferment�rii gazului de sintez� înc� din anii 80. Ei au descoperit �i patentat tulpina Clostridium

ljungdahlii, i-au caracterizat performan�ele �i au dezvoltat procesul în fermentatorul în dou� trepte de

la scar� de laborator/pilot, pân� la faza industrial�. Cercet�rile au fost sus�inute de granturi din partea

Departamentului de Energie al Statelor Unite, la începutul anilor 90, pentru conversia CO �i H2

rezultat de la gazificarea c�rbunelui sau din gazele reziduale industriale mai mult decât din gazificarea

biomasei.

- Mississippi Ethanol LLC are o instala�ie de gazificare a rumegu�ului recent finalizat�, în

Winona, MS.

- Universitatea de Stat Mississippi, împreun� cu alte universit��i lucreaz� tot sub granturile

DOE prezentând la simpozionul cu tema „Biotehnologia pentru combustibili �i produse chimice”, din

mai 2003, un poster cu titlul „Izolarea �i optimizarea performan�elor culturilor capabile s� transforme

gazul de sintez� în etanol”

- Universitatea de Stat din Oklahoma lucreaz� în domeniul fermenta�iei gazului de sintez� de

la mijlocul anilor 90, în prezent lucrând la instala�ia integrat� de gazificare �i fermentare, la nivel de

pilot.

- Universitatea de Stat din Michigan a publicat o serie de articole privind transferul de mas� la

fermentarea gazului de sintez�, la începutul anilor 2000, concentrându-se pe influen�a dimensiunii

bulelor de gaz asupra transferului de mas� gaz-lichid.

Performan�ele privind protec�ia mediului

Factorul principal care determin� utilizarea etanolului în amestec cu benzina este rolul s�u ca

surs� de oxigen, în scopul respect�rii normelor legislative actuale. Aceste dispozi�ii au ap�rut în anii 90

cu scopul reducerii polu�rii aerului de c�tre automobile, vizând, în special, reducerea emisiilor de CO.

Oponen�ii dispozi�iei privind prezen�a compusului oxigenat în benzin� argumenteaz� c� motoarele

moderne ard combustibilul într-un mod mult mai curat decât acum 10-15 ani �i de aceea prezen�a


144

compu�ilor oxigena�i în benzin� nu mai este necesar� pentru respectarea normelor privind emisiile de

CO.

Exist� �i controverse în privin�a emisiilor rezultate de la utilizarea amestecului etanol-benzin�.

Când etanolul este combinat cu alte hidrocarburi de amestec, amestecul rezultat are presiunea de

vapori mai mare decât cea a�teptat� pentru o combina�ie liniar�, deoarece etanolul tinde s� formeze

minimum de azeotrop cu hidrocarburile aromatice �i parafinice.

Metil ter�butil eterul (MTBE) scurs din rezervoarele de stocare a benzinei s-a constatat c�

produce contaminarea apelor subterane. Prin contrast, etanolul care ajunge în acela�i mod în apele

subterane, nu este la fel de persistent �i de toxic.

Probabil c� dispozi�ia privind utilizarea unui compus oxigenat în amestec cu benzina va fi

înlocuit� de un standard privind combustibilii regenerabili. Scopul acestei legisla�ii va fi sc�derea

emisiilor nete de CO2 prin cre�terea con�inutului de combustibil regenerabil din benzin�. Etanolul,

componentul regenerabil majoritar utilizat ast�zi în amestec cu benzina, va fi probabil utilizat în

cantit��i tot mai mari, dac� se va adopta acest tip de legisla�ie. Din punct de vedere ecologic, emisiile

de CO2 de la consumul combustibililor fosili în timpul producerii etanolului, difer� foarte mult în

func�ie de modul în care se produc aburul �i electricitatea necesare procesului de produc�ie. În prezent,

majoritatea fabricilor produc�toare de etanol din porumb consum� combustibili fosili pentru ob�inerea

utilit��ilor necesare. Un sistem care utilizeaz� biomasa pentru generarea utilit��ilor va avea ca rezultat

o sc�dere a emisiilor totale de CO2.

Costuri

Pre�ul etanolului a variat între 264 -398 $/m3 în perioada 1999-2001, aceste valori nu includ

dispensele de taxe �i accize.

Tabelul II.20 prezint� o compara�ie între costurile de produc�ie ale etanolului din porumb, în

cadrul instala�iilor existente. Costurile difer� în func�ie de tehnologia utilizat� �i de capacitatea

instala�iei. Instala�iile mici, cu m�cinare uscat�, au cele mai mari costuri. Costurile prezentate nu

includ extinderi, deprecieri, impozit pe venit sau amortismente. Diferen�a raportat� între pre�ul de

vânzare a etanolului �i costurile cash acoper� aceste probleme. Guvernul federal al Statelor Unite

subven�ioneaz� micii produc�tori pentru o produc�ie anual� de pân� la 56775 m3.

Pre�ul de vânzare nu reflect� valoarea actual� a etanolului, drept component de amestec

pentru benzin�, datorit� impactului dispenselor de taxe acordate de guvern. Aceste dispense sunt un

avantaj acordat mai curând distribuitorului de benzin� amestecat� cu etanol decât produc�torului de

etanol. Sus�inerea de c�tre guvern expir� în 2007. Efectul acestei legisla�ii este sc�derea pre�ului


145

efectiv al etanolului astfel încât s� concureze, pe baza valorii sale de utilizare, în pre�ul amestecului cu

benzin�.

Tabel II.20.

Costurile cash ($/m3 etanol )

M�cinare umed�

M�cinare uscat� mare

M�cinare uscat� medie

M�cinare uscat� fin�

Porumb 126,68 139,6 139,6 157,25

Combustibil +energie 29,51 28,48 37,06 48,18

Alte variabile 49,16 27,08 35,08 43,45

Munca 20,16 18,81 18,67 25,41

Alte contribu�ii 22,61 21,16 26,97 23,17

Costuri totale 248,13 235,14 257,43 287,47

Putsche a construit, în 1999 un model ASPEN �i a estimat costurile investi�iei plus cele ale

func�ion�rii unei instala�ii de fermenta�ie a gazului de sintez� ob�inut din ierburi, folosind un gazogen

BCL/FERCO. Instala�ia prelucreaz� 2000t (uscate)/zi, ar produce 183,5*103 m3 /an etanol. Capitalul

fix a fost estimat la 153,6 mil. $. Costurile cash sunt de 184$/m3 , cu un cost al materiei prime de 25$/t.

Pre�ul final estimate a fost de 351$/m3.

Rezultatele modelului Putsche se bazeaz� pe un set ra�ional de presupuneri, utilizând nivelul

actual al tehnologiei. Cele mai curajoase presupuneri bazate pe îmbun�t��irea randamentului,

reducerea costurilor de capital, etc., ar conduce la costuri mult mai favorabile. În orice caz, tehnologia

de fermentare a gazului de sintez� apare competitiv� cu tehnologia actual� pe baz� de porumb. Pentru

instala�ia de fermentare a gazului de sintez� sunt estimate costuri cash sc�zute, dar ele sunt compensate

de costuri mari de investi�ie.

Unul din avantajele clare ale metodei de fermentare a gazului de sintez� este c� se poate

prelucra orice biomas� imaginabil�. Instala�iile existente în prezent pe baz� de porumb se limiteaz� la

prelucrarea amidonului din cereale. Fermenta�ia direct� a biomasei poate manipula o larg� varietate de

biomas�, dar materia prim� mai recalcitrant� implic� costuri mult mai ridicate decât cele necesare

pentru prelucrarea porumbului. Materialele greu de prelucrat, cum ar fi lemnul moale ( de r��inoase),

se pot converti mai bine prin metoda ferment�rii gazului de sintez�.

6.4.Ob�inerea amestecurilor de alcooli superiori

Produc�ia alcoolilor superiori din gaz de sintez� este cunoscut� înc� de la începutul secolului

trecut. Exist� mai multe procese care pot fi utilizate pentru sinteza amestecurilor de alcooli superiori


146

din CO �i H2 �i anume izosinteza, variante ale sintezei Fischer Tropsch, oxosinteza cu hidroformilarea

olefinelor �i omologarea metanolului �i a alcoolilor inferiori. Odat� cu dezvoltarea diferitelor procese,

ca Fischer Tropsch �i sinteza metanolului, s-a constatat c� alcoolii superiori apar ca produ�i secundari

în aceste procese atunci când catalizatorii sau condi�iile de reac�ie nu sunt optimizate. Catalizatori ai

sintezei F-T sau metanolului, pot fi modifica�i cu promotori de metale alcaline ob�inându-se alcooli

superiori. Sinteza alcoolilor superiori poate fi optimizat�, de asemenea, la temperaturi ridicate �i viteze

spa�iale mai mici, comparativ cu sinteza metanolului precum �i cu un raport H2/CO� 1, în loc de 2 sau

mai mare.

În timp ce alte procese de conversie a gazului de sintez� la produse lichide au fost

industrializate, dezvoltarea sintezei alcoolilor superiori a fost limitat� de lipsa de selectivitate �i de

randamentul sc�zut. Cantitatea de alcooli superiori ob�inut� la o singur� trecere este de ordinul a 10%

din conversia gazului de sintez� la alcooli având metanolul ca cel mai abundent component. Metanolul

poate fi recirculat pentru a produce mai mult alcooli superiori, sau poate fi îndep�rtat �i vândut ca

atare.

În 1913 BASF a brevetat un proces de sintez� a amestecului de alcooli, aldehide, cetone �i al�i

compu�i organici, din gaz de sintez�, peste un catalizator de CoO alcalinizat, la 10-20 MPa �i 300-

400oC. Fischer Tropsch a pus la punct procesul „Synthol” pentru producerea de alcool în 1923,

utilizând un catalizator de Fe alcalinizat, la presiuni mai mari de 10MPa �i la 400-450oC. În perioada

1935- 1945 sinteza industrial� de amestecuri de alcooli s-a realizat cu catalizatori alcalini de

ZnO/Cr2O3. Cererea de amestecuri de alcooli ob�inute din gaz de sintez� a sc�zut dup� 1945 o dat� cu

cre�terea disponibilit��ii de petrol �i a necesarului de alcooli puri pentru sinteza altor produse chimice.

Embargoul asupra �i�eiului din anii 70 a reactualizat interesul pentru sinteza �i utilizarea

alcoolilor superiori drept carburan�i, în amestec cu benzina. Amestecul de alcooli este un component

de amestecare mai atractiv decât metanolul, conducând la cre�terea cifrei octanice. Prin folosirea

amestecului de alcooli, care con�ine metanol �i alcooli superiori, se elimin� inconvenientele existente

la utilizarea metanolului curat, �i anume: volatilitatea ridicat�, tendin�a de separare a fazelor când se

g�se�te �i ap� �i incompatibilitatea cu anumite componente ale sistemului de alimentare a motorului.

Amestecul de alcooli are o presiune de vapori sc�zut�, o solubilitate mai bun� cu componentele

hidrocarbonate, o toleran�� îmbun�t��it� a apei �i o putere caloric� total� mai mare comparativ cu

metanolul. De asemenea, când amestecul de alcooli este utilizat ca substitut de motorin�, în propor�ie

de 20 -30%, în greutate, puterea caloric�, propriet��ile lubrifiante �i cele de aprindere, sunt

îmbun�t��ite, comparativ cu metanolul pur. Un alt aspect important este posibilitatea utiliz�rii

infrastructurii existente.


147

Impactul asupra mediului al componentelor oxigenate din benzin� este un alt factor care

conduce la cre�terea interesului pentru sinteza alcoolilor superiori. În 1990, legea privind aerul curat,

permite utilizarea sezonier� a compu�ilor oxigena�i în benzin�, în anumite regiuni ale Statelor Unite,

pentru îmbun�t��irea calit��ii aerului, prin reducerea emisiilor de hidrocarburi organice volatile, care

conduc la cre�terea concentra�iei de ozon la nivelul solului. Pân� de curând, componentul oxigenat

folosit era metil ter�butil eterul (MTBE). Cre�terea rapid� a necesarului de MTBE a dus la un deficit de

izobuten� derivat� din petrol, având în vedere c� sinteza industrial� a MTBE implic� esterificarea

izobutenei cu metanol în prezen�a de catalizator schimb�tor de ioni acid.

Valorificând aceast� oportunitate, cercet�torii �i-au m�rit eforturile pentru optimizarea

procesului de sintez� a alcoolilor superiori �i pentru alegerea catalizatorilor, în vederea ob�inerii

amestecurilor de metanol �i izobutanol, care pot fi combinate pentru producerea MTBE din surse

nepetroliere. Raportul molar optim între metanol �i izobutanol pentru produc�ia MTBE este 1.

Izobutanolul este deshidratat pentru ob�inerea izobutenei care se combin� cu metanolul, cu formare de

MTBE. Aceste cercet�ri s-ar putea s� nu aib� viitor având în vedere constatarea contamin�rii apelor

subterane cu MTBE.

Chimismul reac�iei

Mecanismul sintezei alcoolilor superiori implic� un set complex de reac�ii, cu multiple c�i, care

conduc la o varietate de produse care sunt influen�ate de constrângeri cinetice �i termodinamice. În

func�ie de condi�iile de lucru �i catalizatorii utiliza�i, cele mai abundente produse care se ob�in sunt

metanolul �i CO2. Prima etap� în sinteza alcoolilor superiori este formarea leg�turii C-C prin inser�ia

CO în molecula CH3OH. Alcoolii lineari sunt produ�i printr-o modelare în trepte, care implic� sinteza

metanolului urmat� de omolog�ri succesive la etanol, propanol, butanol etc. De aceea, catalizatorul

utilizat în sinteza alcoolilor superiori trebuie s� aib� activitate de sintez� la metanol, acesta putând fi

considerat un reactant recurent. Alcoolii superiori ramifica�i se formeaz� prin sinteza modificat� a

metanolului cu catalizatori Fischer Tropsch modifica�i, iar alcoolii ramifica�i se ob�in când se

utilizeaz� catalizator de MoS2 alcalinizat.

Mecanismul de sintez� a alcoolilor superiori pe catalizatori de sintez� a metanolului modifica�i

pentru temperatur� ridicat� implic� o serie de reac�ii care pot fi grupate în câteva tipuri distincte.

• Cre�tere liniar� de caten� prin adi�ia carbonului la sfâr�itul catenei cu ob�inerea de alcooli

liniari primari;

• Adi�ie � de carbon, între C1�i Cn (n�2) cu ob�inere, de exemplu de 1-propanol, sau alcooli

primari ramifica�i, ca 2metil-1-propanol (izobutanol);


148

• Adi�ie � între Cm (m=2 sau3) �i Cn (n�2);

• Formare de metilester via acid carboxilic ob�inut din alcoolii sintetiza�i

• Carbonilarea metanolului cu ob�inere de metilformiat.

Mecanismul general de sintez� a alcoolilor superiori prezint� urm�toarea stoechiometrie

total�:

nCO + 2nH2 CnH2n+1OH +(n-1)H2O �Hr= -61,2 kcal/mol

cu n variind între 1-8

Stoechiometria reac�iei sugereaz� c� raportul optim CO/H2 este 2, totu�i apari�ia simultan� a

reac�iei gazului de ap� arat� c� raportul optim este cel apropiat de 1. Reac�iile principale în complexul

reac�iilor de sintez� a alcoolilor superiori sunt: sinteza metanolului, reac�ii Fischer - Tropsch, reac�ii

de sintez� a alcoolilor superiori �i reac�ia gazului de ap�.

CO + 2H2 � CH3OH sinteza metanolului

CO + H2O � CO2 + H2 reac�ia gazului de ap�

CH3OH + CO � CH3CHO + H2O adi�ie � de CO cu formare de aldehide

CH3OH + CO + 2H2 � CH3 CH 2OH + H2O omologarea etanolului

CnH2n+1OH + CO + 2H2 � CH3(CH2)nOH + H2O omologare alcooli superiori

2CH3OH � CH3 CH 2OH + H2O condensare/deshidratare

2CH3OH � (CH3)2CO + H2O formare dimetileter

(CH3)2CO + H2 � (CH3)2CHOH sintez� isoalcooli ramifica�i

2CH3CHO � CH3COOCH2CH3 sinteza esterului metilic

Reac�ii competitive:

nCO + 2nH2 CnH2n + nH2O formare de olefine

nCO + (2n+1)H2 CnH2n+2 + nH2O formare de parafine

Formarea metanolului este favorizat� de temperaturile sc�zute �i presiunea ridicat�. La

presiuni ridicate, sinteza alcoolilor superiori cre�te odat� cu cre�terea temperaturii, prin formarea

metanolului �i minimizarea form�rii de hidrocarburi. Pentru maximizarea alcoolilor superiori, raportul

H2/CO trebuie s� fie apropiat de 1. Rapoarte molare mai sc�zute favorizeaz� inser�ia CO �i cre�terea

catenei C-C.


149

În general, condi�iile de reac�ie pentru sinteza alcoolilor superiori, sunt mai severe decât cele

pentru producerea metanolului. Pentru a cre�te cantitatea de alcooli superiori, metanolul poate fi

recirculat pentru urm�toarea omologare dac� catalizatorul prezint� o bun� activitate de

hidrocarbonilare. Inevitabil reac�iile principale prezentate mai sus duc la formarea H2O �i CO2, ca

produ�i secundari. Reac�ia gazului de ap� joac� un rol major �i, în func�ie de activitatea catalizatorului,

unele reac�ii de deshidratare a alcoolilor pot avea loc in situ, ducând la ob�inerea de alcooli superiori,

esteri �i eteri. De multe ori se ob�in �i cantit��i însemnate de metan.

Constrângerile termodinamice limiteaz� randamentul teoretic de alcooli superiori, �i ca �i la

alte procese de ob�inere de produse lichide din gazul de sintez�, una din condi�ii este îndep�rtarea

c�ldurii de reac�ie considerabile pentru men�inerea temperaturii de proces. Comparativ cu sinteza

metanolului, cu cât se formeaz� mai pu�in alcool/mol de CO, cu atât mai mult produs secundar se

formeaz� per mol de alcool, �i cu atât degajarea de c�ldur� este mai mare.

Catalizatori

Catalizatorii de sintez� a alcoolilor superiori sunt catalizatori de hidrogenare bifunc�ionali, �i

sunt împ�r�i�i, în mod obi�nuit, în mai multe grupe în func�ie de compozi�ia lor. O caracteristic�

comun� tuturor acestor catalizatori este adaosul de metale alcaline în formularea lor. Caracterul

activator al promotorilor constitui�i din metale alcaline depinde de bazicitatea lor. Metalele alcaline

furnizeaz� un centru activ bazic pentru cataliza reac�iei de condensare aldolic� prin activarea CO

adsorbit la suprafa�� i cre�terea formiatului rezultat intermediar. Principalele 4 grupe de catalizatori

sunt urm�toarele:

1. catalizatori modifica�i pentru sinteza metanolului la presiune ridicat� – ZnO/Cr2O3 dopat cu

alcalii;

2. catalizatori modifica�i pentru sinteza metanolului la presiune sc�zut� – Cu/ZnO dopat cu alcalii;

3. catalizatori modifica�i pentru sinteza Fischer – Tropsch;

4. sulfuri, în special MoS2, dopate cu alcalii.

Unul din obstacolele care trebuie dep��ite pentru ca sinteza alcoolilor superiori s� devin� un

proces industrial este îmbun�t��irea catalizatorului în vederea cre�terii productivit��ii �i selectivit��ii

pentru ob�inerea de alcooli superiori.

Catalizatorii actuali modifica�i pentru sinteza metanolului �i Fischer –Tropsch s-au dovedit

mai activi în produc�ia amestecurilor de alcooli; catalizatorii pe baz� de sulfuri sunt mai pu�in activi

decât cei pe baz� de oxizi.


150

Reactoare

Similar celorlalte procese de conversie a gazului de sintez�, unul din cele mai importante

aspecte ale sintezei alcoolilor superiori este îndep�rtarea excesului mare de c�ldur� de reac�ie pentru

men�inerea controlului temperaturii de lucru, pentru maximizarea randamentului �i minimizarea

dezactiv�rii catalizatorului prin sinterizare. Reactorul pentru sinteza alcoolilor superiori este similar

celui pentru sinteza metanolului �i Fischer Tropsch. ChemSystem a efectuat cercet�ri la scar� pilot

pentru sinteza izobutanolului într-un reactor cu zona activ� sub form� de suspensie, utilizând un

catalizator de Cu/Zn/Al2O3 cu promotor de Cs, într-un mediu de hidrocarburi uleioase (40% în greutate

suspensie), la 12,5 MPa �i 350oC. Un alt procedeu care a fost cercetat se bazeaz� pe o configura�ie cu

„dublu strat”. Scopul este optimizarea produc�iei de metanol, din gazul se sintez�, în primul reactor, la

temperatur� mai sc�zut�, utilizând un catalizator pe baz� de Cu. Al doilea reactor func�ioneaz� la o

temperatur� u�or mai ridicat�, cu un catalizator pe baz� de oxid de crom, pentru cre�terea

randamentului în alcooli superiori, prin maximizarea etapei de formare a leg�turii C-C.

Stadiul actual al tehnologiei / furnizori de tehnologie

Actualmente nu exist� instala�ie industrial� pentru producerea amestecurilor de alcooli cu un

num�r de 2-6 atomi de carbon în molecul�. În tabelul II.21. sunt prezentate date privind companiile

care au desf��urat cercet�ri privind ob�inerea amestecurilor de alcooli. În general raportul H2/CO este

1-1,4, excep�ie f�când Snamprogetti, care lucreaz� în domeniul 0,5-3. în vederea industrializ�rii

procesului, Dow, Institutul Francez al Petrolului (IFP) �i Snamprogetti sunt cel mai avansate în

dezvoltarea procedeului.

Tabel II.21.

Companiile care au desf��urat cercet�ri privind ob�inerea amestecurilor de alcooli

Compania �ara Tipul de catalizator

Tempe-ratura

oC

Presiunea (atm)

H2/CO Produ�i (% în

greutate)

Conversie �i selectivitate

Lurgi Germania Pentru MeOH modificat

250 -420 49,3 - 98,6 1-1,2 53,5 MeOH 41,9 C2_C6

Conversia CO =20-60%

Union Carbide

Statele Unite

Rodiu 300 -350 68 -170 - - Conversia CO la EtOH =60%

Sagami Research Center

Japonia Rodiu 200 -300 50 1,4 MeOH, EtOH, CH4

Conversia CO =14% Selectivitate la EtOH peste 61% Selectivitate la alcooli =90%


151

Compania �ara Tipul de catalizator

Tempe-ratura

oC

Presiunea (atm)

H2/CO Produ�i (% în

greutate)

Conversie �i selectivitate

IFP Fran�a Pentru MeOH modificat

260 -320 57,8 – 98,6 1-2 30-50 C2 –C4

Selectivitatea CO la EtOH=74,5%

Hoechst Germania Rodiu 275 98,95 - - Conversia CO =17% Selectivitatea la alcooli = 71%

Snamprogetti Italia Pentru MeOH modificat

260 – 420 177,48 – 260

0,5 -3 20-40 C2 –C4

Conversia gazului de sintez� =40% Selectivitatea pentru produ�i=75%

Texaco (sistem în faz� lichid�)

Statele Unite

Pentru Fischer – Tropsch modificat

220 – 240 450 - 12 -39 produ�i oxigena�i nealcoolici

Conversia CO =10-40% Selectivitatea pentru alcooli =85%

Dow Statele Unite

Pentru Fischer – Tropsch modificat

299-310 102 - 136 1,1- 1,2 30 -70 MeOH

6.5. Sinteza Fischer-Tropsch

Sinteza hidrocarburilor prin hidrogenarea CO în prezen�a catalizatorilor din metale de tranzi�ie

s-a descoperit în 1902, când Sabatier �i Sanderens au ob�inut CH4 din amestec de H2 �i CO peste

catalizator de Ni, Fe �i Co. În 1923 Fischer �i Tropsch au raportat utilizarea catalizatorului de Fe

alcalinizat pentru producerea hidrocarburilor lichide bogate în compu�i oxigena�i, denumit procedeul

Synthol. În continuare s-au depus eforturi considerabile pentru dezvoltarea catalizatorilor optimi în

acest proces. Un catalizator format din Co (100 p�r�i, în greutate), ThO2 (5 p�r�i în greutate), MgO ( 8

p�r�i în greutate) �i kieselgur ( 200 p�r�i în greutate) a devenit catalizatorul „standard” pentru procesul

la presiune atmosferic�. În 1936, Fischer �i Pilcher au pus la punct un proces la presiune medie (9,87 –

14,8 atm). Urmare acestui proces, catalizatorul de Fe alcalinizat a fost implementat �i la procedeul de

presiune medie, procesul de conversie a amestecului de CO �i H2 în hidrocarburi lichide, cu catalizator

de metal tranzi�ional, a devenit cunoscut ca sinteza Fischer – Tropsch.

Dou� caracteristici principale ale sintezei Fischer Tropsch este producerea inevitabil� a unei

serii largi de hidrocarburi �i eliberarea unei mari cantit��i de c�ldur� din reac�ia de sintez�, care este

puternic exoterm�. Ca urmare, dezvoltarea procesului �i a reactorului s-au concentrat pe îndep�rtarea


152

c�ldurii �i controlul temperaturii. În privin�a catalizatorului s-a urm�rit îmbun�t��irea duratei de via��,

a activit��ii �i a selectivit��ii lui. O singur� trecere a gazului de sintez� prin reactorul de conversie

produce o gam� larg� de olefine, parafine �i produ�i oxigena�i ca alcooli, aldehide, acizi �i cetone, cât

�i apa ca produs secundar. Distribu�ia produ�ilor este influen�at� de temperatur�, compozi�ia gazului de

sintez� (H2/CO), presiune, tipul �i compozi�ia catalizatorului. Selectivitatea produsului poate fi

îmbun�t��it� utilizând procese în mai multe trepte.

Tehnologia procesului

Sunt patru trepte principale în reac�ia Fischer Tropsch: generarea gazului de sintez�,

purificarea gazului, sinteza FT �i purificarea produsului. În figura II.45. se prezint� schema

tehnologic� a procedeului FT.

Gazogen Purificare gaz de sintez� �i condi�ionare

Reactor în suspensie (Co) �i tubular (Fe)

Ceruri ( peste C20)

Hidrocracare

Reactor cu strat fluidizat circulant sau fix

Olefine (C3-C11)

Oligomerizare Izomerizare Hidrogenare

Biomas�

Aer, oxigen, abur

Motorin� Benzin�

Temperatur� ridicat� Temperatur� sc�zut�

Figura II.45. Schema tehnologic� a procedeului Fischer - Tropsch


153

În func�ie de tipul �i cantitatea de produse FT urm�rite, se utilizeaz� sinteza la temperatur�

sc�zut� (200-240oC) sau ridicat� (300-350oC), cu catalizator de fier sau cobalt. În mod obi�nuit

temperatura este men�inut� sub 400oC pentru minimizarea produc�iei de CH4, iar catalizatorul de Co

este utilizat numai pentru temperaturi joase. Temperaturile mai mici duc la formarea de ceruri cu

molecul� liniar� �i mas� molecular� mare, în timp ce la temperatur� ridicat� se ob�ine benzin� �i

olefine cu mas� molecular� sc�zut�. Pentru maximizarea cantit��ii de benzin� ob�inut�, cel mai bine se

utilizeaz� drept catalizator fierul, la temperatur� ridicat�, într-un reactor cu strat fluidizat fix. Pentru

maximizarea frac�iei diesel, se folose�te un reactor cu suspensie �i catalizator de cobalt. Reactoarele

FT lucreaz� la presiuni între 10-40 bar. Concentrarea produsului se realizeaz� printr-o combina�ie de

hidrotratare, hidrocracare �i hidroizomerizare, dup� separarea produsului.

Chimismul reac�iei FT

Reac�ia de sintez� FT a fost mult timp considerat� ca o reac�ie de polimerizare, având ca

principale etape urm�toarele:

1. adsorb�ia reactantului (CO) pe suprafa�a catalizatorului;

2. ini�ierea catenei prin disocierea CO urmat� de hidrogenare;

3. cre�terea catenei prin inser�ia de molecule CO, urmat� de hidrogenare;

4. întreruperea de lan�;

5. desorb�ia produsului de pe suprafa�a catalizatorului.

Grupele metil chemosorbite sunt formate prin disocierea moleculelor CO adsorbite �i adi�ia, în

etapa urm�toare, a atomilor de hidrogen. Aceste specii metil pot fi apoi hidrogenate cu formarea

metanului, sau pot ac�iona ca ini�iatori pentru cre�terea catenei. Cre�terea catenei are loc prin adi�ii

succesive de grupe CH2 .Întreruperea procesului de cre�tere a lan�ului poate interveni în orice moment,

prin desorb�ia produsului, conducând la ob�inerea de �-olefine sau de n-parafine.

Reac�iile procesului de sintez� FT sunt urm�toarele:

1. CO + 2H2 -CH2- + H2O Hr = -165kJ/mol

Reac�ia gazului de ap� este o reac�ie secundar� care apare când se utilizeaz� Fe drept

catalizator. Combinarea reac�iei 1. cu reac�ia 2. duce la reac�ia net� 3., care caracterizeaz� sinteza FT

cu catalizator de Fe.

2. CO + H2O H2 +CO2 ( reac�ia gazului de ap�)

3. 2CO + H2 -CH2- + CO2


154

Raportul molar H2/CO pentru catalizatorul de cobalt este 2,15, dar de când catalizatorul de Fe

favorizeaz� �i reac�ia gazului de ap� în paralel cu reac�ia FT, raportul molar poate fi u�or mai sc�zut

pentru acest catalizator.

Produ�ii FT specifici se sintetizeaz� conform urm�toarelor reac�ii:

4. CO + 3H2 CH4 +H2O (metanare)

5. nCO + (2n+1) H2 CnH2n+2 +nH2O (ob�inere de parafine)

6. nCO +2nH2 CnH2n + nH2O (ob�inere de olefine)

7. nCO +2nH2 CnH2n+1OH + (n-1)H2O (ob�inere de alcooli)

Alt� reac�ie concurent� care este important� în sinteza FT este reac�ia Boudouard:

8. 2CO Cs +CO2

Depunerea de carbon pe suprafa�a catalizatorului produce dezactivarea catalizatorului.

Reac�ia de sintez� FT este controlat� cinetic, iar treapta determinant� de vitez� este etapa de

cre�tere de caten�, adic� polimerizarea grupelor CH2 la suprafa�a catalizatorului. Selectivitatea

produselor de reac�ie este determinat� de abilitatea catalizatorului s� catalizeze reac�ia de propagare de

lan� în detrimentul reac�iei de întrerupere de lan�. Viteza de polimerizare, deci cinetica, este

independent� de produ�ii forma�i. Probabilitatea cre�terii de caten� �i cea a întreruperii de lan� este

independent� de lungimea catenei. Astfel, selectivitatea ob�inerii diferitelor hidrocarburi poate fi

prev�zut� printr-o distribu�ie statistic� calculat� din probabilitatea de cre�tere a catenei �i num�rul

atomilor de carbon. Modelul de cinetic� pentru polimerizarea catenei, cunoscut drept modelul

Anderson-Shulz-Flory (ASF) este dat de urm�toarea ecua�ie:

Wn = n (1-�)2 �n-1

unde: Wn reprezint� procentul de greutate dintr-un produs con�inând n atomi de carbon, iar �

reprezint� probabilitatea cre�terii de caten�. Aceast� ecua�ie este reprezentat� grafic în figura II.46. Se

prezint� clar distribu�ia posibil� pentru câteva produse �i sortimente de interes deosebit.

• Independent de condi�iile de lucru, în reac�ia FT se ob�in întotdeauna olefine, parafine �i

compu�i oxigena�i ( alcooli, aldehide, acizi, cetone). Exist� ni�te caracteristici unice ale produselor FT.

Produsele sunt predominant lineare �i olefinice. Raportul molar parafine/olefine este mai mic decât cel

determinat termodinamic. Dubla leg�tur� este predominant terminal� (alfa). Se formeaz� o cantitate

considerabil� de catene laterale monometilice, iar gradul de ramificare scade pe m�sura cre�terii

lungimii catenei. Teoretic, numai metanul poate fi produs cu selectivitate 100%, iar singurul produs

care se ob�ine cu selectivitate mare este parafina grea. Benzina are o selectivitate de maxim 48%, iar

produ�ii diesel de aproape 40% �i variaz� în func�ie de domeniul num�rului de atomi de carbon.


155

Variabilele care influen�eaz� distribu�ia produsului sunt: temperatura �i presiunea din reactor,

compozi�ia gazului de alimentare, tipul de catalizator �i promotorii de reac�ie.

Catalizatorii

Oxizii metalelor de tranzi�ie sunt considera�i, în general, drept buni catalizatori de hidrogenare

a CO. Primii catalizatori utiliza�i în sinteza FT au fost Fe �i Co, iar ordinea descresc�toare a activit��ii

catalitice este: Ru>Fe>Ni>Co>Rh>Pd>Pt. Nichelul este de fapt un catalizator de metanare �i nu are

activitatea larg� a celorlal�i catalizatori FT. Ru are o activitate foarte ridicat� �i o selectivitate destul de

mare pentru ob�inerea produ�ilor cu greutate molecular� mare, la temperatur� mic�. Fe este de

asemenea foarte activ �i prezint� activitate pentru reac�ia gazului de ap�. El formeaz� u�or carburi,

azoturi �i carboazoturi cu caracter metalic care au de asemenea, activitate în sinteza FT. Fe prezint� o

tendin�� mai puternic� decât Ni sau Co pentru formarea carbonului care se depoziteaz� pe suprafa�a

catalizatorului �i îl dezactiveaz�. Co prezint� o durat� de via�� mai lung� decât catalizatorii de Fe �i nu

are activitate în reac�ia gazului de ap�, ceea ce conduce la îmbun�t��irea conversiei carbonului în

produ�i utili, deoarece nu se formeaz� CO2. Catalizatorii de Co conduc, în principal, la formarea

hidrocarburilor cu caten� liniar� �i nu la produ�i oxigena�i, cum face Fe. De�i Ru este cel mai activ

catalizator în sinteza FT, el este de 3*105 ori mai scump decât Fe, care este de departe cel mai ieftin

Figura II.46. Distribu�ia Anderson-Shulz-Flory (ASF)


156

catalizator pentru acest� reac�ie dintre toate metalele active. Catalizatorii de Co sunt de 230 de ori mai

scumpi decât Fe, dar reprezint� totu�i o alternativ� la catalizatorii de fier, deoarece prezint� activitate

la presiuni de sintez� mai mici, astfel încât costurile mai ridicate pentru catalizator sunt compensate de

costuri de operare mai sc�zute.

Cele trei propriet��i cheie ale catalizatorilor FT sunt: durata de via��, activitatea �i

selectivitatea fa�� de produ�i. Optimizarea acestor propriet��i pentru utilizare industrial� a fost

preocuparea principal� a cercet�rii �i dezvolt�rii în domeniul catalizatorilor. Fiecare din aceste

propriet��i poate fi influen�at� de diferite strategii, dintre care:

• utilizarea promotorilor;

• prepararea �i formularea catalizatorilor;

• pretratarea �i reducerea;

• otr�virea selectiv�;

• selectivitatea catalizatorului cu zeoli�i.

Performan�ele catalizatorilor de Co nu sunt foarte sensibile la adaosul promotorilor. La

catalizatorii de Fe, promotorii �i suportul reprezint� componente esen�iale ale catalizatorului. Înc� de la

descoperirea sintezei FT, K a fost utilizat ca promotor pentru catalizatorii de Fe, producând o cre�tere

efectiv� a bazicit��ii suprafe�ei catalizatorului. Scopul este cre�terea adsorb�iei CO pe suprafa�a

metalului, care tinde s� capteze electroni de la metal, furnizând un donor de electroni. Ad�ugarea

oxidului de potasiu la catalizatorul de fier tinde s� mic�oreze hidrogenarea speciilor de C adsorbite, �i

astfel îmbun�t��e�te cre�terea catenei, ducând la ob�inerea de produ�i olefinici cu greutate molecular�

mai mare. Ad�ugarea de promotori de K duce la activarea reac�iei gazului de ap� �i deci la o vitez� mai

mare de dezactivare a catalizatorului din cauza ratei crescute de depunere a carbonului pe suprafa�a

catalizatorului.

Cupru a fost folosit, de asemenea, cu succes ca promotor pentru catalizatorii de Fe. El cre�te

viteza reac�iei FT mai mult decât K, dar scade viteza reac�iei gazului de ap�. S-a dovedit c� cupru

faciliteaz� reducerea fierului. Greutatea molecular� medie a produ�ilor ob�inu�i cre�te în prezen�a

cuprului, dar nu atât de mult ca în prezen�a potasiului. Promotorii de K nu sunt eficien�i pentru

catalizatorii de Co.

Modul de preparare a catalizatorilor influen�eaz� performan�ele catalizatorilor de Fe �i Co.

Catalizatorii de Fe se pot prepara prin precipitare pe diferi�i supor�i, cum ar fi SiO2 sau Al2O3, sau sub

form� de fier topit, care se ob�ine prin topirea fierului, urmat� de r�cire �i sf�râmare. Rolul suportului

la catalizatorii de Co este, de asemenea, important. Deoarece Co este mult mai scump decât Fe,


157

precipitarea concentra�iei optime de metal pe un suport corespunz�tor, reduce costurile �i maximizeaz�

activitatea �i durabilitatea catalizatorului.

Combinarea oxizilor metalelor de tranzi�ie u�oare, cum ar fi MnO, cu fierul duce la cre�terea

selectivit��ii pentru sinteza de olefine cu mas� molecular� mic�. Catalizatorii de Fe/Mn/K prezint�

selectivitate de 85-90% pentru olefinele C2-C4 . Adaosul de metale nobile la catalizatorii de Co

m�re�te activitatea catalizatorului dar nu �i selectivitatea lui.

Tipuri de reactoare

Una din problemele majore ale reac�iei FT este îndep�rtarea cantit��ii mari de c�ldur� de reac�ie

general� de sinteza exoterm�. Insuficienta îndep�rtare a c�ldurii de reac�ie duce la supraînc�lziri

locale, care produc depuneri masive de carbon pe suprafa�a catalizatorului ducând la dezactivarea lui.

Formarea metanului se produce în cantitate mare la temperaturi mari, în locul form�rii produ�ilor de

sintez� dori�i. Pentru reactoarele industriale de mari dimensiuni, îndep�rtarea c�ldurii �i controlul

temperaturii sunt cele mai importante obiective ale proiect�rii reactorului, pentru ob�inerea unei

selectivit��i optime a produsului �i unei durate lungi de via�� a catalizatorului. Exist� 4 tipuri de baz�

de reactoare utilizate industrial pentru sinteza FT, care sunt prezentate în figura II.47.

Figura II.47. Diferite tipuri de reactoare pentru sinteza Fischer – Tropsch; 1.- intrare gaz de sintez�;

2.-tuburi cu catalizator; 3- evacuare cear�; 4.- ie�ire gaze; 5.-pâlnie; 6.-catalizator; 7.-tub de refulare;

8.- abur; 9.-ap� de r�cire; 10. –strat de catalizator; 11.- strat în suspensie.


158

Unul dintre primele reactoare a fost cel tubular cu strat fix. Dup� mul�i ani de cercetare,

Ruhrchemie �i Lurgi au perfec�ionat acest concept realizând un reactor de mare capacitate, denumit

ARGE, care a fost folosit pân� la punerea în func�iune a instala�iei Sasol 1. Reactoarele con�in 2000 de

tuburi, umplute cu catalizator de Fe, imersate în ap� la fierbere pentru îndep�rtarea c�ldurii.

Temperatura b�ii de ap� este men�inut� în reactor prin reglarea presiunii. Gazul de sintez� se introduce

pe la partea superioar� a reactorului, trece prin tuburi iar produ�ii ies pe la partea inferioar�. Ceara

reprezint� 50% din produ�i. Eficien�a conversiei este de 70%. Reactorul lucreaz� la 20 – 30 atm. �i o

temperatur� de 220-260oC. Un control suplimentar al temperaturii se realizeaz� printr-o vitez� mare a

gazului �i prin recircularea lui. Gazul recirculat reprezint� de 2,5 ori cantitatea de gaz proasp�t introdus

în reactor. Durata de via�� a catalizatorului este de 70-100 de zile, iar îndep�rtarea catalizatorului este

destul de dificil�.

Reactoarele cu strat fluidizat circulant la temperatur� ridicat� au fost realizate pentru produc�ia

de benzin� �i olefine u�oare. Acestea sunt cunoscute ca reactoare Synthol �i lucreaz� la 350oC �i 25

atm. Alimentarea cu gaz combinat ( proasp�t �i recirculat) prin partea de jos a reactorului antreneaz�

catalizatorul care curge de-a lungul conductei de leg�tur� �i prin robinetul cu sertar. Viteza mare a

gazului antreneaz� catalizatorul �i îl transport� în zona de reac�ie unde c�ldura este îndep�rtat� de

schimb�toarele de c�ldur�. Produsele gazoase �i catalizatorul sunt dirijate c�tre o pâlnie pentru

catalizator, cu diametru mare, unde acesta sedimenteaz�, iar gazele sunt eliminate printr-un ciclon.

Reactoarele Synthol au �i ele unele dezavantaje: sunt foarte complexe, ceea ce implic� circula�ia unor

cantit��i mari de catalizator, ceea ce duce la eroziuni considerabile în anumite regiuni ale reactorului.

Aceste reactoare prezint� �i limite de proiectare în privin�a capacit��ii �i tranzit�rii materialelor

(capacitate de 895m3/zi).

Reactoarele Synthol perfec�ionate cu strat fluidizat fix au înlocuit reactoarele cu strat fluidizat

circulant. La acest tip de reactor gazul este introdus printr-un distribuitor �i barboteaz� prin stratul fix

de catalizator. C�ldura este îndep�rtat� de un schimb�tor de c�ldur� intern imersat în stratul de

catalizator. Aceste reactoare sunt pe jum�tate ca pre� �i dimensiuni, fa�� de cele cu strat circulant de

catalizator, pentru aceea�i capacitate. Ele au o eficien�� termic� mai bun�, cu un gradient de

temperatur� mai mic �i o pierdere de presiune mai mic�, de-a lungul reactorului. Costurile de operare

sunt considerabil mai mici, procesul prezint� o flexibilitate mai mare din punct de vedere al distribu�iei

produsului cât �i posibilitatea de m�rire a capacit��ii la 2385m3/zi. Condi�iile de lucru sunt acelea�i ca

în reactorul Synthol.

Al patrulea tip de reactor este reactorul cu suspensie la temperatur� sc�zut�. Acest reactor cu

trei faze const� într-un catalizator solid suspendat �i dispersat într-un lichid cu capacitate termic�


159

ridicat� (adesea se folose�te produsul ceros al sintezei FT). Gazul de sintez� este barbotat prin faza

lichid�, realizându-se un excelent contact cu particulele dispersate de catalizator. Aceste reactoare sunt

optime pentru produc�ia de ceruri, la temperaturi joase, cu ob�inere de cantit��i reduse de metan.

Comparativ cu reactoarele în strat fluidizat, reactoarele în suspensie lichid�, ofer� avantajul unui

control mai bun al temperaturii, a unei înc�rc�ri mai mici a catalizatorului �i a unei viteze de uzur� a

catalizatorului semnificativ mai mici. Condi�iile izoterme îmbun�t��ite din reactorul cu suspensie

permit atingerea unei temperaturi medii mai ridicate, ceea ce conduce la o conversie mai eficient� a

gazului de sintez�. Aceste reactoare cost� cu 75% mai pu�in decât reactoarele multitubulare cu strat

fix, mult mai complexe. Unul din dezavantajele acestui reactor este separarea catalizatorului de ceruri.

Catalizatorii î�i pot pierde activitatea ca urmare a :

1. conversiei unui centru metalic activ într-un centru oxidat inactiv,

2. sinteriz�rii;

3. pierderii suprafe�ei active datorit� depunerii de carbon;

4. otr�virii chimice.

Unele din aceste mecanisme nu pot fi evitate dar altele pot fi prevenite sau minimizate prin

verificarea �i stabilirea unui nivel de impurit��i acceptabil, în gazul, de sintez�.

Depunerea de carbon este cel mai important mod de dezactivare a catalizatorului, care poate fi

influen�at prin adaosul de promotori, temperatura �i presiunea de reac�ie. Acest mod de dezactivare nu

poate fi evitat iar procesul de sintez� FT trebuie condus în a�a fel încât pierderile cauzate de depunerile

de cocs s� fie compensate economic de regenerarea sau înlocuirea catalizatorului. În general, datorit�

activit��ii catalitice ridicate, viteza de depunere a cocsului este mai mare pentru Fe decât pentru Co,

deci Co are o durat� de via�� mai lung�.

Comparativ cu combustibilii conven�ionali, carburan�ii FT nu con�in sulf �i con�in pu�ine

hidrocarburi aromatice. Aceste propriet��i împreun� cu cifra octanic� mare determin� caracteristici de

combustie superioare. Testele efectuate pe vehicule de mare tonaj arat� sc�derea emisiilor de

hidrocarburi, CO, NOx �i particule impurificatoare (fum, funingine) la utilizarea carburan�ilor FT.

Carburan�ii diesel au fost testa�i pe o varietate de motoare �i de vehicule de mare �i mic tonaj. S-a

constatat c� ace�ti carburan�i FT prezint� o reducere a emisiilor comparativ cu carburantul diesel

conven�ional.

S-au realizat mai multe studii de evaluare a ciclului de via�� pentru o varietate de carburan�i

inclusiv benzin� �i motorin� FT. Majoritatea studiilor au evaluat numai emisiile de gaze cu efect de

ser� �i consumul de energie, excep�ie f�când General Motors care a examinat �i cei cinci poluan�i

criteriu stabili�i de EPA ( compu�ii organici volatili, CO, NOx, particulele cu diametrul mai mic de 10�


160

�i SOx). S-au examinat emisiile �i consumul de energie de la extrac�ia materiei prime pân� la utilizarea

final� a produsului, rezultatele studiilor variind în func�ie de materia prim�, procurarea ei, tehnologiile

de conversie, �i vehiculele evaluate. În general, nu a existat un avantaj pentru carburan�ii FT ob�inu�i

din combustibili fosili, din punct de vedere al consumului de energie �i al emisiilor de gaze cu efect de

ser�. Nu acela�i lucru se poate spune pentru carburan�ii FT ob�inu�i din gaz de sintez� ob�inut din

biomas�. Datorit� caracteristicilor de combustie îmbun�t��ite ale lichidelor FT, studiul evalu�rii

ciclului de via��, luând în considerare �i poluan�ii criteriu, va ar�ta, cel mai probabil, avantaje totale ale

utiliz�rii carburan�ilor FT comparativ cu cei tradi�ionali.

Costuri

În tabelul II.22 se prezint� rezultatele a trei studii care au examinat producerea de lichide FT

din biomas�.

Tabel II.22.

Compara�ie între pre�urile de ob�inere a carburan�ilor FT din biomas�

Studiul Tijmensen (2000)a,b Mitre (1996)a,b Novem (2000)a,c

Consumul zilnic de biomas� uscat� (t/zi) 1920 2000 1358

Costul biomasei $/GJ $/t

2 38

2,45 46

3 55

Puterea net� (MW) 80-100 (din biomas�) 110-120 Circa 150

Al�i combustibili utiliza�i Ardere în turbina de gaz

împreun� cu gaze naturale

nu Ardere în turbina de

gaz împreun� cu gaze naturale

Produc�ia de carburan�i FT 109m3 /zi 145-241 162-204 58-164

Anul de referin�� a costurilor 1999 1993 1999 Pre�ul produselor (f�r�

costuri de distribu�ie �i taxe) $/m3 $/GJ

475-1083 13-30

290-502 8-14

317-475 9-13

a – s-au examinat gazogene directe �i indirecte, la presiune atmosferic� sau ridicat�; b – s-a examinat �i situa�ia cu reciclarea gazului de sintez� neconvertit �i cu generare de energie din

gazul neconvertit, c – a examinat numai cazul de generare combinat� de c�ldur� �i energie.

În m�sura în care generarea gazului de sintez� implic� cele mai mari costuri de investi�ie,

eficien�a gazific�rii biomasei la cele mai mici costuri este esen�ial� pentru conversia biomasei în

produ�i FT. Selectivitatea �i durata de via�� a catalizatorului vor juca un rol important în ob�inerea cu

succes a produ�ilor FT din biomas�.


161

6.6. Randamente, consumuri energetice �i eficien�e ale reac�iilor de conversie a gazului de sintez�

Se examineaz� randamentul, consumul energetic �i eficien�a ob�inerii celor 6 produse

prezentate, �inând cont de materia prim� din care se ob�ine gazul de sintez�, comparându-se cifrele

ob�inute pentru biomas� cu cele pe baz� de materii prime fosile.

Randamentele variaz� în func�ie de configura�ia procesului ( cu o singur� trecere a gazului sau

cu reciclare pentru maximizarea eficien�ei), de tehnologia utilizat� ( în faz� gazoas� sau lichid�) �i de

tipul materiei prime. Bilan�ul de materiale este prezentat în tabelul II.23 în func�ie de materia prim� �i

pentru a compara diferen�ele s-a folosit o valoare care reprezint� raportul dintre energia produsului

(exprimat� în GJ) �i energia materiei prime (GJ).

Tabelul II.23.

Bilan�ul de materiale

Sistemul Produs/materie prim� uscat�

(kg/103kg)

Energia produsului /materie prim�

uscat� (GJ/103kg)

Energia produsului/energia

materiei prime (GJ/GJ) H2 din gaze naturale 337 40 0,83

H2 din c�rbune 96 12 0,44

H2 din biomas� 52-105 6-13 0,36-0,73 CH3OH din gaze naturale 1445 29 0,61 CH3OH din c�rbune 518-666 11-14 0,40-0,52

CH3OH din biomas� 246-554 5-11 0,29-0,65 Produ�i FT din gaze naturale

570-666 26-31 0,54-0,63

Produ�i FT din biomas� 60-159 3-7 0,16-0,43 Amestec de alcooli din gaze naturale

1210 31 0,63

Amestec de alcooli din biomas�

135-223 3-6 0,18-0,30

Olefine din gaze naturale 453 21 0,43 Olefine din biomas� (intermediar metanol)

77-174 4-8 0,21-0,46

Etanol din gaz de sintez� din biomas�

228 7 0,35

Dup� cum era de a�teptat, în general, randamentul pentru orice produs ob�inut din biomas� este

mai mic decât pentru cel ob�inut din gaze naturale În general, hidrogenul se ob�ine cu cel mai bun


162

randament din biomas�, fiind urmat de metanol, în timp ce amestecurile de alcooli ob�inute din

biomas� au cel mai mic randament.

Ciclul de via�� energetic

Bilan�ul energetic al unui sistem se poate examina în mai multe moduri. În continuare se

analizeaz� bilan�ul energetic al fiec�rui sistem prin evaluarea ciclului de via��. Se calculeaz� dou�

rapoarte energetice:

1. raportul de energie fosil� care este definit ca raportul dintre energia produsului ob�inut �i

energia fosil� total� consumat� de la procurarea materiei prime pân� la ob�inerea produsului

finit;

2. raportul de energie primar� care include, la numitor, �i energia din biomas� chiar dac� este

regenerabil�.

În tabelul II.24 se prezint� rapoartele energetice pentru câteva produse, iar figurile II.49. �i

II.50. redau reprezentarea grafic� a datelor din tabel. Prima reprezentare folose�te o scal� logaritmic�,

astfel încât raportul ciclului de via�� al energie fosile, care prezint� valori subunitare, poate fi bine

reprezentat. Pentru sistemele din biomas�, rapoartele energetice sunt considerabil mai ridicate decât

cele pentru sistemele fosile, deoarece în sistemele fosile principala surs� de energie este îns��i materia

prim�. Astfel apare o economie considerabil� de energie pentru ob�inerea de combustibili din gazul de

Figura II.48. Randamentul produselor ob�inute din materii prime fosile �i din biomas�;

1- gaze naturale; 2- c�rbuni; 3- biomas�


163

sintez� produs din biomas�. De�i biomasa este o resurs� regenerabil�, atunci când con�inutul energetic

al biomasei este inclus în raportul energetic, m�rimea cifrei este similar� cu cea pentru sistemele fosile.

Tabel II.24.

Rapoartele ciclului de via�� al energiei calculate pe baza puterii calorice inferioare

Sistemul Raportul energiilor fosile

Eprodus carburant/ Efosil� consumat�

Raportul energiei primare

Eprodus carburant/ Efosil� +Ebiomasei

consumat�

H2 din gaze naturale 0,66 0,66

H2 din c�rbune 0,39 0,39

H2 din biomas� 14-29 0,35-0,71

CH3OH din gaze naturale 0,44 0,44

CH3OH din c�rbune 0,34-0,44 0,34-0,44

CH3OH din biomas� 12-26 0,29-0,64

Produ�i FT din gaze naturale 0,39-0,46 0,39-0,46

Produ�i FT din biomas� 6-17 0,16-0,42

Etanol din biomas� via gaz de

sintez� 16 0,35

Amestec de alcooli din gaze

naturale 0,46 0,46

Amestec de alcooli din

biomas� 8-13 0,18-0,29

Olefine din gaze naturale 0,31 0,31

Olefine din biomas� (

intermediar metanol) 8-19 0,20-0,45

Benzin�/motorin� 0,83 0,83


164

Figura II.50. Ciclul de via�� energetic exprimat prin raportul dintre energia produsului �i energia fosil� consumat� + energia biomasei (Eprodus/Efosil�+Ebiomas�) : 1- gaze naturale; 2-

c�rbuni; 3- biomas�; 4 –porumb, (reprezent�rile biomasei în culoare deschis� sunt date care au o mare incertitudine)

Figura II.49. Ciclul de via�� energetic exprimat prin raportul dintre energia produsului �i

energia fosil� consumat� ((Eprodus/Efosil�))( scal� logaritmic�): 1- gaze naturale; 2- c�rbuni; 3- biomas�; 4 –porumb, (reprezent�rile biomasei în culoare deschis� sunt date care au o mare

incertitudine) etanolul din biomas� se ob�ine via gaz de sintez�.


165

Înlocuirea produselor petroliere cu produse din biogaz

Folosind datele de bilan� de materiale din tabelul II.22 s-a calculat posibilitatea înlocuirii

produselor petroliere cu carburan�i deriva�i din biomas�. Calculele s-au f�cut folosind cantitatea de

biomas� disponibil� în Statele Unite, care este estimat� la 512 mil. t./an, la un pre� mai mic de

50$/t.uscat�. Se estimeaz� o cre�tere a cantit��ii de biomas�, în urm�torii 20 de ani, la 800 mil. t/an. De

subliniat c� fiecare produs prezentat în figura II.51. presupune c� toat� biomasa (512mil.t/an) se

folose�te numai pentru ob�inerea acelui singur produs. De exemplu: din fig. rezult� c� dac� toat�

biomasa se transform� în H2, acesta este echivalent cu 17% din produsele petroliere consumate în

2000, sau cu 30% din importul net de petrol din acela�i an. Aceast� cantitate de hidrogen este

echivalent� cu 47% din cantitatea de produse petroliere prev�zut� pentru 2020, comparativ cu anul

2000 �i cu 44% din cre�terea importului prev�zut� pentru 2020, comparativ cu 2000.

Fiecare coloan� prezentat� în figur� reprezint�:

1. procentul din totalul produselor petroliere consumate în 2000 care poate fi înlocuit cu produse

Figura II.51. Înlocuirea poten�ial� a produselor petroliere cu produse din biomas�

(s-a presupus c� un produs se ob�ine din cele 512 mil t./an de biomas�); 1- procentul din totalul produselor petroliere consumate în 2000 care poate fi înlocuit cu produse derivate din biomas�; 2-

procentul din importul net anual de petrol, din 2000, care poate fi înlocuit cu produs derivat din biomas�; 3- procentul din importul net anual de petrol, din 2000, care poate fi înlocuit cu produs

derivat din biomas�; 4- procentul din cre�terea anual� a importului net estimat� pentru 2020, comparativ cu 2000, care poate fi înlocuit de produs derivat din biomas�.


166

derivate din biomas�;

2. procentul din importul net anual de petrol, din 2000, care poate fi înlocuit cu produs derivat

din biomas�;

3. procentul din cre�terea de produse petroliere estimat� pentru 2020, comparativ cu 2000, care

poate fi înlocuit de produs derivat din biomas�;

4. procentul din cre�terea anual� a importului net estimat� pentru 2020, comparativ cu 2000, care

poate fi înlocuit de produs derivat din biomas�.

Se constat�, ca �i din figurile precedente, c� hidrogenul are poten�ialul cel mai mare de a înlocui

produsele petroliere, fiind urmat de metanol, iar amestecul de alcooli fiind pe ultimul loc. De subliniat

c� aceast� compara�ie s-a f�cut pe baza echivalentului energetic �i nu ia în calcul eficien�a energetic� a

vehiculului sau economia de carburant. În unele cazuri, aceasta poate fi un avantaj semnificativ. De

exemplu, vehiculele pe baz� de celule combustibile cu hidrogen, de�i puternic controversate, se

estimeaz� a fi de 2-3 ori mai eficiente energetic decât motoarele cu combustie clasic�. Astfel,

hidrogenul ob�inut din biomas� ar înlocui o cantitate mai mare de produse petroliere decât cantitatea

ar�tat� în figura II.51., dac� se ia ca baz� distan�a parcurs�/vehicul.

În tabelul II.25 sunt prezentate pre�urile minime de vânzare a principalelor produse ob�inute din

biomas� via gaz de sintez�, iar tabelul II.26 prezint� pre�urile de comercializare actuale ale unor

produse.

Tabelul II.25.

Pre�urile minime de vânzare a principalelor produse ob�inute din biomas� via gaz de sintez�

Produsul $/GJ (pe baza

puterii calorice

maxime)

$/GJ (pe baza

puterii calorice

minime)

Pre�ul

Anul de

referin��

Hidrogen 8-14 9-17 1,1-2,0 $/kg 2000-2001

Alcool metilic 12-13 13-14 211-240 $/m3 2001

Lichide FT 19-25 20-27 713-951 $/m3 2000-2003

Etanol ob�inut din

fermenta�ia gazului

de sintez�

14 16 343 $/m3 1999

Amestec de alcooli

superiori

27-31 31-36 634-739 $/m3 2000

Olefine (propilen�) 17-19 18-20 0,81-0,92 $/kg 2002


167

Tabel II.26.

Pre�urile de pia�� actuale ale unor produse

Produsul

$/GJ (pe baza

puterii calorice

maxime)

$/GJ (pe baza

puterii calorice

minime)

Pre�ul

$/m3 Observa�ii

Gaze naturale 3,4 3,8

Benzin� 5,6 6,1 195,5

Se exclud distribu�ia

comercializarea �i

taxele

Motorin� 5,1 5,5 198

Hidrogen 5-10 6-12 185-370 $/kg La poarta fabricii

Metanol 4-10 5-12 79-185 1993-2001

Etanol 11-16 12-17 264-370 1989-2000

Etanol scutit

de taxe 6 7 140 Expir� în 2007

Propilen� 6-10 6-11 77-132

În figura II.52 sunt prezentate pre�urile produselor, sub form� de $/GJ. De�i, în general,

pre�urile produselor derivate din biomas� sunt mai mari decât pre�urile produselor ob�inute pe c�i

conven�ionale, unele produse, cum sunt hidrogenul, metanolul �i etanolul, apar competitive, ca pre�.

Figura II.52. Pre�ul produselor ($/GJ). 1-pre�ul produselor ob�inute din biomas�; 2- pre�ul de pia��

al produselor;( s�ge�ile indic� date cu grad mare de incertitudine)


168

Pentru toate produsele examinate, produc�ia gazului de sintez� contribuie cu cel pu�in 50% în

costul produsului �i, în multe cazuri, este aproape 75%. În figura II.53. sunt prezentate componentele

costurilor de investi�ie pentru produc�ia metanolului din biomas�, prin sistem de gazificare direct �i

indirect. Purificarea �i condi�ionarea gazului de sintez� (o combina�ie de preg�tire a materiei prime,

gazificare, produc�ie de oxigen, purificare �i r�cire a gazului, comprimare �i reformare a gazului de

sintez�) contribuie cu 60-64% în capitalul total.

Totu�i ar trebui continuate cercet�rile pentru optimizarea procesului de transformare a biomasei

în carburan�i, pentru a ob�ine cel mai bun randament �i configura�ia cea mai economic�. Dimensiunile

instala�iei pot juca un rol cheie în sc�derea costurilor produsului. Posibilitatea de alimentare a biomasei

împreun� cu c�rbune sau gaze naturale este o cale de a aduce pe pia�� carburan�ii regenerabili, dup�

cum arderea biomasei împreun� cu c�rbune s-a aplicat în industria energetic�.

Figura II.53. Costurile de investi�ie pentru ob�inerea metanolului din biomas�

A – sistemul indirect ; B- sistem direct; 1- preg�tirea materiei prime; 2-gazificare; 3-

instala�ia de oxigen; 4-purificare �i r�cire; 5- compresia gazului; 6- reformare; 7-

îndep�rtare CO2; 8- sinteza metanolului �i comprimare; 9- generare de energie.


169

Bibliografie 1. P.C. Badger, Ethanol from cellulose: a general review, 2002.

2. Joseph DiPardo, Outlook for biomass ethanol production and demand.

3. Jose Antonio Moreno Delgado, Project funded by European Union: „Bioethanol production for

ETBE in Spain”.

4. Angela Grassi, Project funded by European Union: „Large-scale production of bioethanol from

sweet sorghum”.

5. Roxanne Pillars, Farm-based anaerobic digesters.

6. Claudio da Costa Gomez, Biogaz from agriculture – a European overview, World Sustainable

Energy Days, 2004.

7. M. Specht*, A. Bandi*, F. Baumgart*, C. N. Murray**, and J. Gretz***, Synthesis of methanol

from biomass/CO2 resources, Proceedings of the Twelfth European Biomass Conference,

Amsterdam, 17 – 21 June, 2002.

8. Feasibility phase project for biomass-derived alcohols for automotive and industrial uses,

ALTENER “BAL-FUELS Project” - Final Report, 1997

9. Mark Zappi, Rafael Hernandez, Darrell Sparks, Jeffrey Horne, and Matt Brough, A review of the

engineering aspects of the biodiesel industry, August 2003

10. Laurent Bournay, Jean-Alain Chodoroge, Bruno Delfort, New process for biodiesel production,

Proceedings of the Twelfth European Biomass Conference, Amsterdam, 17 – 21 June, 2002

11. Valeriu Moisescu, Utilizarea biodieselului în România, “Bioenergy. Enlarged perspective“

Conference, Budapest, 16 – 17 Oct. 2003

12. Jessica Nelson, Harvesting lubricants, The Carbohydrate Economy, vol. Nr. 3, 2003

13. Spath P.L., Dayton D.C., Preliminary screening - technical and economic assessment of

synthesis gas to fuels and chemicals with emphasis on the potential for biomass – derived

syngas, December, 2003.

14. Hemmes K., De Groot A., den Uil H., Bio-H2 application potential of biomass related hydrogen

production technologies to the Dutch energy infrastructure of 2020 – 2050, April, 2003.

III. Lucr�ri prezentate la diverse simpozioane interna�ionale organizate de CHIMINFORM DATA

170

CAPITOLUL III

LUCR�RI PREZENTATE LA DIVERSE SIMPOZIOANE INTERNA�IONALE

ORGANIZATE DE CHIMINFORM DATA

BIOCOMBUSTIBIL PENTRU MOTOARE DIESEL OB�INUT DIN ULEI DE RAPI��

Mircea Chintoanu, Abraham Bela, Cecilia Roman, Gabriela Pitl, Emil Cordo�

Utilizarea uleiurilor vegetale drept carburan�i, ca atare sau sub form� de deriva�i, constituie o

nou� cale care permite acoperirea par�ial� a necesarului de combustibili auto al ��rilor care nu dispun

de petrol, dar care posed� astfel de materii prime.

Una dintre metodele de valorificare a uleiurilor vegetale în calitate de combustibili este

reprezentat� de utilizarea monoesterilor ob�inu�i prin transesterificarea uleiurilor vegetale.

Reac�ia de transesterificare este o reac�ie de transformare a triesterilor acizilor gra�i ai

glicerinei (care se g�sesc în uleiurile vegetale) în monoesteri ai alcoolilor inferiori, cu eliberarea

glicerinei.

Pentru realizarea procesului de transesterificare în calitate de alcool în cadrul prezentei lucr�ri

s-a utilizat metanolul lipsit de urme de ap�. Cantitatea utilizat� a fost de 22% din volumul uleiului

supus transesterific�rii. Catalizatorul reac�iei a fost hidroxidul de potasiu (puritate p.a.) dizolvat în

alcool. Cantitatea necesar� cataliz�rii reac�iei este de 1% (greutate) din volumul uleiului supus

transesterific�rii. La cantitatea calculat� de hidroxid de potasiu s-a mai ad�ugat cantitatea necesar�

neutraliz�rii acidit��ii libere a uleiului, determinat� prin m�surarea indicelui de aciditate. Cantitatea

determinat� de hidroxid de potasiu a fost dizolvat� în cantitatea calculat� de metanol.

Reac�ia de transesterificare fiind o reac�ie de echilibru, deplasarea ei spre produ�ii de reac�ie

se poate realiza fie prin ad�ugarea în exces a alcoolului fie prin extragerea din amestecul de reac�ie a

glicerinei rezultate. În vederea ob�inerii unui randament ridicat transesterificarea s-a executat în dou�

etape:

� în prima etap� s-a amestecat uleiul cu o cantitate de (alcool + catalizator). Dup� separarea

monoesterilor metilici (strat superior) de glicerin�, s-a extras prin aspirare glicerina.

� în a doua etap� s-a ad�ugat cantitatea r�mas� de alcool amestecului de esteri �i ulei

nereac�ionat, realizând astfel un randament de 98 – 99 % în esteri.

În tabelul III.1 sunt da�i parametrii fizico-chimici ai biodieselului ICIA ob�inut din ulei de rapi��.


171

Tabelul III.1

Parametrii fizico-chimici ai biodieselului ICIA ob�inut din ulei de rapi��

Parametru R3D Aspect limpede

Culoare galben Densitate (g/cm3) la 15 °C 0,884 Viscozitate cinematic� (mm2/s) la 20°C 6,28

Punct de inflamabilitate (°C) 174 Con�inutul de ap� (%) 0,028 Indice de aciditate (mgKOH/g) 0,284 Cifra cetanic� 51 Con�inut de sulf (mg/kg) 9 Putere calorific� inferioar� (kcal/kg) 8900

BIOCOMBUSTIBILI DIESEL ECOLOGIC DIN MATERII GRASE NATURALE

Dr. ing. Emil Stepan, ing. Sever �erban

Diminuarea produc�iei de �i�ei a României, cât �i epuizarea rezervelor sale într-un viitor

apropiat, necesit� realizarea unor combustibili alternativi având la baz� materii prime din resurse

regenerabile.

Un astfel de combustibil are la baz� esteri metilici ai acizilor gra�i, ob�inu�i prin procesarea

uleiurilor vegetale. Biocombustibilul respectiv poate înlocui cu succes motorina, având fa�� de aceasta

urm�toarele avantaje:

� are la baza materii prime din resurse regenerabile

� înl�tur� efectul de ser�, având un ciclu al CO2 închis

� este biodegradabil

� emisiile de noxe prin gazele de e�apament sunt substan�ial mic�orate

BIODIESEL - COMBUSTIBIL ECOLOGIC DE NATUR� VEGETAL�

Gheorghe Florea , Lumini�a Smarandache

Biodieselul, combustibil ecologic de natur� vegetal� nu a fost �i nu este produs, comercializat

sau consumat în România.


172

� Biodieselul este un produs alternativ al motorinei folosite pentru autotrac�iune �i/sau al

c�rbunelui, p�curii sau gazului metan pentru re�elele de termoficare �i se ob�ine plecând de la

materii prime de origine agricol�, mai precis din uleiuri vegetale.

� Biodieselul are practic acelea�i caracteristici ca motorina utilizat� drept carburant pentru

autovehicole sau motoare diesel în general �i poate fi amestecat în orice propor�ie cu aceasta,

având, din punct de vedere al utiliz�rii, acelea�i caracteristici de consum ca motorina.

� Biodieselul nu polueaz� sau polueaz� mult mai pu�in ca motorina;

� Biodieselul nu are efecte nocive nici asupra s�n�t��ii umane nici asupra construc�iilor

� Bilan�ul energetic al biodieselului (adic� diferen�a dintre energia consumat� în timpul

combustiei unui litru de biodiesel �i cea cheltuit� pentru producerea acestuia) - de la cultivarea

plantei oleaginoase pân� la produc�ia �i utilizarea lui - este pozitiv� cu cel pu�in 30%.

Deci produc�ia de biodiesel nu "s�r�ce�te" energetic ambientul natural.

� Biodieselul, folosit în scopul ob�inerii unei combustii optime, nu reclam� nici o modificare

tehnic� sau de alt� natur� a motoarelor endotermice cu circuit diesel, acestea putând fi

alimentate atât alternativ, cu motorina si cu biodiesel, cât �i în amestec.

� Biodieselul este un excelent lubrifiant al motoarelor.

� Din punct de vedere chimic biodieselul este un ester metilic (sau etilic) al uleiului vegetal

ob�inut din soia, rapi��, floarea soarelui, palmier �i altele.

Uleiului vegetal (format din esteri ai acizilor gra�i �i glicerina) îi este extras� glicerina (care

este înlocuit� cu o cantitate echivalent� de metanol sau etalon) printr-o reac�ie chimic� denumit�

transesterificare.

Rezult� un ester metilic (sau etilic) al acizilor gra�i con�inu�i de uleiul original plus glicerina

industrial� în propor�ie de 10% din cantitatea de biodiesel .

Esteri metilici, în compara�ie cu uleiurile vegetale ca atare, au calit��i deosebite folosi�i drept

carburan�i �i se comport� ca motorina petrolifer� chiar dac� din punct de vedere chimic sunt extrem de

diver�i.

Procesul în continuu poate folosi ca alcool de transesterificare atât etanolul cât �i metanolul.

O important� �i inovatoare caracteristic� a procedeului continuu este garantarea unui produs

cu aciditate rezidual� zero, (mul�umit� particularit��ii tehnologiei de neutralizare finala) deci ob�inerea

unui important salt calitativ (100%) vis-a-vis de valorile specifice interna�ionale ale biodieselului

clasic �i ale motorinei).

Acest salt calitativ are urm�ri benefice asupra duratei de via�� a motoarelor, biodieselul

ob�inut prin aceast� metod� fiind frecvent utilizat drept un excelent lubrifiant al acestora.


173

În mod evident, din punct de vedere ecologic, biodieselul are importante avantaje în

compara�ie cu combustibilul petrolier ;

� nu con�ine substan�e aromatice;

� nu con�ine sulf;

� este biodegradabil;

� are o ardere mai bun� în motoare (cu emisii minore de oxid de carbon �i de particul� fumigen�)

Producerea de biodiesel prin metoda proces�rii continue, conduce implicit la ob�inerea, în

propor�ie de 1:1,3 din cantitatea total�, de �roturi proteice (cunoscute sub numele de cake) �i glicerina

industrial� în propor�ie de 10%.

De re�inut c�, în conformitate cu acordurilor europene dar �i în reglement�rile altor state,

biodieselul este un produs nesupus regimului de taxe �i accize destinate produselor petrolifere.

Factorul esen�ial în estimarea oportunit��ii producerii Biodieselului prin metoda de procesare în

continuu, procedeu care diminueaz� costurile investi�iei la nivel tehnologic �i al costurilor de

produc�ie, este utilizarea uleiului industrial ob�inut prin stoarcere, produsele secundare (�rot �i

glicerina) având calit��i nutri�ionale superioare.

Rezult� deci, în mod evident, c� biodieselul este un produs superior combustibilului tradi�ional,

atât ecologic cât �i economic, realizarea proiectului de implementare a instala�iilor de biodiesel fiind,

nu doar posibil�, dar �i profitabil� în plan economic, ecologic �i politico-social.

BIODIESEL – UL O PROVOCARE PENTRU UN MEDIU MAI CURAT

Mariana Ghineraru

Biodiesel-ul, produs ecologic superior combustibilului petrolifer, poate r�spunde principiului

de dezvoltare durabil� din mai mult perspective �i anume:

- dac� se utilizeaz� varianta clasic� prezentat� de ob�inere a biodiesel-ului din semin�e de oleaginoase,

respectiv ulei brut presat, se economise�te resursa de materie prim�, neregenerabil� petrolul,

înlocuindu-se aceasta cu o resurs� regenerabil� pe care ne-o ofer� natura prin cultivarea

oleaginoaselor;

- sc�derea costului unitar pentru ob�inerea combustibilului r�spunde, de asemenea, principiului

dezvolt�rii durabile;


174

- dac� la acestea se adaug� înlocuirea par�ial� sau total� a uleiului brut ob�inut din oleaginoase cu

de�eurile de ulei comestibil din restaurante, cantine, gospod�rii etc., scade substan�ial atât costul

investi�iei, cât �i costul unitar al biodiesel-ului;

- în plus, beneficiile pentru mediu, pentru protejarea calit��ii apelor uzate de tip menajer sunt evidente.

Lucrarea prezint� pe scurt beneficiile economice �i ecologice ale ob�inerii biodiesel-ului din

de�euri de uleiuri alimentare, comparând procedeul clasic de ob�inere a biodiesel-ului din ulei brut de

oleaginoase �i posibilitatea înlocuirii par�iale sau chiar totale a uleiului brut folosind ca materie prim�

pentru biodiesel, de�euri de ulei alimentar din restaurante, cantine, fastfood-uri etc.

DIMETIL ETER DIN GAZ DE SINTEZ�

Grigore Pop, R. Ganea, N. Natu, C. Marinescu, C. Teodorescu

Fabricarea dimetileterului (DME) din gaz de sintez� a câ�tigat în ultimii ani un interes pe

deplin justificat datorit� numeroaselor domenii de utilizare care se întrev�d în viitor.

Se cunosc dou� alternative de ob�inere a DME din gaz de sintez�:

- Procedeul într-o treapt�

2 CO + 4 H2 CH3 – O – CH3 + 2 H2O

- Procedeul în dou� trepte

2 CO + 2 H2 CH3 – OH

2 CH3OH CH3 – O – CH3 + H2O

Echilibrul termodinamic al transform�rii directe a gazului de sintez� în DME este mai

favorabil decât al reac�iei de sintez� a metanolului dar pân� în prezent numai procedeul în dou� trepte

este aplicat industrial.

Tehnologia româneasc�, brevetat�, utilizeaz� procedeul în dou� trepte. Eterificarea

metanolului se realizeaz� pe catalizatori de tip site moleculare zeolitice �i nezeolitice iat metanolul se

ob�ine în instala�ii industriale cunoscute.

Catalizatorul optimizat, pe baz� de sit� molecular� nezeolitic� SAPO – 34, realizeaz�

conversii ale metanolului apropiate de echilibrul termodinamic la temperaturi apropiate de 200oC �i

presiuni joase, de pân� la 20 atm. Aceste condi�ii tehnologice îl recomand� �i pentru procedeul direct,

într-o treapt�.

Dintre utiliz�rile actuale �i de perspectiv� ale DME pot fi men�ionate urm�toarele:

1. Agent frigorific în agregate de frig casnice


175

2. Propelant pentru spray-uri deodorante, de coloran�i, medicamente, hair spray-uri sau spray-uri

pentru pornirea la rece a motoarelor diesel

3. Combustibil casnic, înlocuitor de GPL

4. Combustibil ecologic pentru termocentrale electrice de mare putere

5. Carburant ecologic pentru motoare diesel

6. Solvent �i agent de metilare în industria chimic�

Dimetil eterul nu este toxic, nu produce efect de ser� �i nu distruge stratul de ozon al

atmosferei terestre, astfel c� din punct de vedere ecologic este acceptat în toate domeniile sale de

aplica�ie.

Pe plan interna�ional dar �i în �ara noastr� exist� numeroase programe de cercetare –

dezvoltare care au ca obiect extinderea utiliz�rii DME ca înlocuitor, cu calit��i superioare, a unor

materiale toxice sau poluante.

BIOGAZUL ÎN ROMÂNIA.RESURSE, TEHNOLOGIE, ASPECTE INOVATIVE ALE

PROCES�RII

Vasile Nikoli�, Gheorghe Mencinicopschi

Lucrarea prezint� principalele ac�iuni desf��urate în România în cadrul Programului Na�ional

de Biogaz în intervalul 1973 – 1992 de c�tre diferite institu�ii �tiin�ifice �i tehnice. Accentul este pus

apoi pe contribu�ia Institutului de Cercet�ri Alimentare (ICA) în realizarea tiposeriei de instala�ii de

producere a biogazului de capacitate mic� �i mijlocie, aplicate practic pe întreg cuprinsul ��rii în peste

5000 de exemplare.

Sunt prezentate evalu�ri ale poten�ialului energetic metanogen al României, efectuate de ICA

în anii 1986, 1991 �i 1999 cu explicarea cauzelor involu�iei acesteia.

Un loc deosebit este rezervat activit��ii inovative a ICA în conceperea �i realizarea unui

sistem de producere a biogazului la scar� industrial�. Acesta a rezultat ca urmare a analizei critice a

sistemelor tradi�ionale, aprofundarea teoretic� a aspectelor energetice a metanogenezei �i elaborarea

tehnic� a instala�iilor de biogaz bazate pe sistemul de produc�ie flux orizontal.

Sunt prezentate principalele caracteristici �i indicatori tehnici ai seriei de proiecte bazate pe

sistemul de produc�ie în flux orizontal, instala�ii care au confirmat practic considera�iile teoretice care

au stat la baza lor. Sunt prezentate, de asemenea, avantajele tehnice �i economice ale noului sistem de

producere a biogazului.


176

ANALIZA COMPARATIV� A INSTALA�IILOR DE OB�INERE A BIOGAZULUI

FOLOSITE ÎN VALORIFICAREA DE�EURILOR ORGANICE

Nela Caragea, Mariana Bran, Roibu Consuela

Dezvoltarea agriculturii si a zootehniei in România, a dus la apari�ia a numeroase ferme

zootehnice de mici dimensiuni. Astfel ca a ap�rut probleme in ceea ce prive�te poluarea mediului

înconjur�tor cu o gama larga de de�euri organice. Cea mai simpla metoda de depoluare este cea de

ob�inere a biogazului care permite o depoluare prin tratarea materiei organice si o dezodorizare care

este foarte importanta in cazul trat�rii apelor venite de la fermele zootehnice de cre�tere a animalelor si

de la unit��ile procesatoare.

Biogazul este un amestec de metan, dioxid de carbon, precum si vapori de apa si substan�e

volatile, care se ob�ine prin fermenta�ia anaeroba a materiei organice sub ac�iunea unor bacterii ce sunt

prezente in materialul folosit ca substrat.

Instala�iile folosite in ob�inerea biogazului sunt de diferite tipuri constructive, mai complicate

sau mai simple din punct de vedere a num�rului de elemente constructive ce o compun, iar aspectul

financiar si randamentul de ob�inere a biogazului este un alt criteriu de alegere a tipului de instala�ie pe

care produc�torul o va folosi in alegerea instala�iei.

Lucrarea prezint� o analiza comparativa a instala�iilor de ob�inere a biogazului, din prisma

eficientei, randamentului de ob�inere a biogazului , precum si a costului de achizi�ie si de între�inere

utilajului folosit in valorificarea de�eurilor organice rezultate.

SFECLA DE DISTILERIE, O RESURS� REGENERABIL� DE ALCOOL CARBURANT

Alexandru Lucian Stroia

Sfecla de distilerie este o varietate de sfecl� de zah�r caracterizat� printr-un con�inut de zah�r

mai mic de 14%, în general cu valori cuprinse între 10-12%. Alte particularit��i ale plantei sunt

produc�ia ridicat� la hectar, de pân� la 100 tone �i con�inutul de cenu�� conductometric� de minim

0,250 g/100g sfecl�. Datorit� con�inutului sc�zut de zah�r �i a con�inutului ridicat de cenu��

conductometric�, din sucul acestei variet��i de sfecl� nu se poate ob�ine în condi�ii de eficien�� zah�r

cristal. Planta este, a�a dup� cum o recomand� �i denumirea sa comercial�, o surs� excelent� pentru

ob�inerea alcoolului etilic. Randamentul în alcool etilic absolut este de 55-60litri /tona de r�d�cini �i

depinde, bineîn�eles, de con�inutul de zah�r al r�d�cinilor.


177

Valorificarea sfeclei de distil�rie prezint� eficien�� dac�, pe lâng� etanol se valorific� �i pulpa

din care s-a extras zah�rul. Exist� dou� posibilit��i de valorificare a pulpei din care s-a extras zah�rul.

Exist� dou� posibilit��i de valorificare a pulpei: prin brichetare �i uscare sub form� de “pele�i”, care

sunt un valoros furaj, în special pentru vaci �i prin transformare în biomas� proteic� furajer� pentru

care am ob�inut brevetul românesc 70787, emis de OSIM.

Sfecla de distilerie nu este o plant� nou�. A fost definit� înc� din anul 1909 �i este utilizat� în

Fran�a în programul francez de alcool carburant. Are dezavantajul c� pentru cultivarea, recoltarea �i

prelucrare sa ( pân� la extrac�ia zah�rului, inclusiv) se pot utiliza acelea�i echipamente folosite la

sfecla de zah�r. Valorificarea acestei plante necesit� completarea dot�rii tehnice a unei fabrici de zah�r

cu instala�ia de fermentare, coloanele de distilare �i instala�ia de valorificare a pulpei de sfecl�.

BIOCOMBUSTIBIL ECOLOGIC OB�INUT DIN ULEIURI VEGETALE UZATE

Bela Abraham, Mircea Chintoanu, Gabriela Pitl, Cecilia Roman, Emil Cordo�

În lucrare sunt comparate propriet��ile fizico-chimice ale uleiurilor vegetale �i ale

monometilesterii lor cu cele ale motorinei. Este dat� schema de operare în procesul de

transesterificare pornind de la ulei uzat �i metanol în scopul ob�inerii unui amestec de

monometilesteri.

INSTALA�IE BIODIESEL DE MIC� CAPACITATE

Dr. Ing. Maurizio Germani

c) Considerente generale

Instala�iile de biodiesel de mic� capacitate (cu prelucrare de 5 pân� la 10 tone/zi/ 24 ore) sunt

dedicate implement�rii lor în zonele rurale pentru a servi (�i a fi gestionate) de c�tre produc�torii

agricoli dornici a-�i asigura propriile necesit��i, precum necesarul de combustibil (drept resurs�

energetic�) folosit în transporturi, mecaniz�ri �i înc�lzire (termoficare) �i nutre�uri proteice (�rot

ecologic) necesare cre�terii animalelor, cu scopul rentabiliz�rii activit��ilor specific rurale.

Instala�iile pot folosi drept materie prim� atât uleiul crud ob�inut din semin�e oleaginoase

(rapi�a, floarea soarelui sau soia) uleiuri reciclabile (uzate) precum �i gr�simi animale

comestibile/necomestibile.


178

Instala�ia este proiectat� în module standard, sus�inute de un schelet metalic, ce pot fi montate

în perimetrul dorit, gata de a fi conectate la depozitele (recipientele) de materii prime, la rezervoarele

de metanol �i la acelea ale produselor finite care, din ra�iuni de ordin economic, trebuiesc a fi

proiectate la dimensiunile adecvate destina�iilor finale (export/import) respectiv la caile de acces

aferente (drum rutier, cale ferata, etc.).

Rezervoarele în cauz� trebuie îns� s� respecte specifica�iile de calitate cerute. Instala�ia este

automatizat� în totalitate �i poate fi gestionat� de un num�r de dou� persoane pe schimb.

Dac� este cazul, aceasta poate fi echipat� cu un generator diesel de energie electric�,

combustibilul necesar func�ionarii lui fiind chiar produsul ob�inut în instala�ie, respectiv biodiesel-ul

Instala�ia func�ioneaz� în proces continuu cu scopul de a minimiza dimensiunile

echipamentelor utilizate �i poate fi oprit� �i repornit� f�r� a fi necesar� golirea sau cur��area sa.

În lipsa unei cl�diri situate în perimetrul ales, instala�ia poate fi montat� �i într-un spa�iu

deschis cu condi�ia de ai fi al�turat� (conectata la), o anex� care sa ad�posteasc� camera de comanda,

panoul electric �i laboratorul de test�ri a calit��ii.

Între�inerea instala�iei este minim� datorit� faptului c� se folosesc reactoare statice,

echipamentele necesare curgeri (mi�c�rii) fiind limitate la simple pompe ce pot fi rapid �i cu u�urin��

reparate, dac� este cazul.

d) Descrierea instala�iei (cu referire la o capacitate de 10 tone/zi/24 ore)

Instala�ia con�ine urm�toarele module:

- Modul dozare materii prime �i chimice

- Modul pre-tratare

5. Modul esterificare

5. Modul trans - esterificare

5. Modul recuperare metanol

5. Modul separare Biodiesel

2.1 – Modul dozare materii prime �i chimice

Acest modul con�ine pompele de dozare �i recipientele de depozitare aferente (solvent,

catalizator �i acid acetic) necesare conserv�rii produselor chimice.

Metanolul este introdus direct în instala�ie din recipientul de recuperare, uleiul fiind pompat

de la recipientul de ulei (echipament ce nu este inclus in lista).

2.2 – Modul de pre-tratare

În acest modul, uleiul crud sau gr�simile sunt tratate pentru eliminarea impurit��ilor ce pot

d�una procesului de produc�ie a biodiesel-ului.


179

Tot în acest modul uleiul �i solventul fac reac�ie într-un circuit închis �i apoi sunt filtrate cu

ajutorul unui filtru palet� necesar îndep�rt�rii impurit��ilor.

Solventul este recuperat �i el prin intermediul unei pelicule evaporatoare, care condenseaz�

solventul �i îl recicleaz� în interiorul rezervorului destinat acestui produs.

Uleiul purificat sau gr�simea animal� sunt transmise unui rezervor de conservare mic.

2.3 – Modul de esterificare

În acest modul uleiul purificat sau gr�simile sunt bombardate (fac reac�ie) cu metanolul pentru

a transforma acizii gra�i liberi în acizii gra�i frac�iona�i, trigliceridele frac�ionate r�mânând neafectate.

Reac�ia este efectuat� în prezen�a unui catalizator solid care se afl� permanent în interiorul

reactorului. �i are loc la o temperatur� de 70-80°C, la joas� presiune.

Metanolul �i uleiul sunt amestecate într-o instala�ie de reac�ie de c�tre pompele de dozare.

Metanolul în exces este desc�rcat într-o coloan� de recuperare a acestuia.

2.4 – Modul de trans-esterificare

Uleiul/gr�simile ce provin de la reac�ia de esterificare sunt trimise c�tre reactorul de trans-

esterificare unde trigliceridele frac�ionate ale uleiului/gr�similor sunt transformate în biodiesel (sau

metilester pur). Metanolul este alimentat în aceea�i propor�ie cu uleiul/gr�simea.

Reac�ia se produce în prezen�a unui lichid catalizator care este dozat de o pomp� de dozare.

Mixtura care rezult� (iese din reactor) este neutralizat� cu un acid acetic pentru a distruge (neutraliza)

catalizatorul.

În timpul acestei reac�ii glicerolul (glicerina brut�) este �i ea separat� într-o propor�ie de 10%

raportat la greutatea trigliceridelor frac�ionate (adic� biodieselului).

2.5 – Modul de recuperare a metanolului

Metanolul în exces este recuperat în dou� serii de c�tre filtrul evaporator �i metanolul abur

este trimis c�tre coloana de distilare unde acesta este transformat în ap� �i alte impurit��i ce urmeaz� a

fi reciclate în reactorul metanolului însu�i.

Biodieselul �i glicerolul (glicerina brut�) ies prin canalul evaporator �i sunt transmise c�tre

modulul de separare al biodieselului.

2.6 – Modul de separare a Biodieselului

Biodieselul �i glicerolul sunt separate prin depunere într-un decantor.

Biodieselul este trimis c�tre recipientul destinat controlului de calitate �i apoi c�tre rezervorul

principal (nu este inclus în lista de echipamente).

Glicerina brut� este �i ea transmis� c�tre un rezervor din afara perimetrului �i urmeaz� a fi

vândut� spre rafinare.


180

e) Calitatea de produs

Calitatea de produs a Biodieselului va fi în concordan�� cu specifica�iile Europene ( UNI 10946

�i UNI 10947).

Aceste specifica�ii fac referire la utilizarea uleiului de rapi�� ca materie prim�, în cazul utiliz�rii

unui alt ulei drept materie prim� existând mici diferen�e de specifica�ii chimico-fizice al c�ror rezultat

se reflect� în puritatea biodieselului (98% metilester, 0,8% monogliceride, 02% digliceride, 0,1%

trigliceride) utilizarea drept combustibil fiind îns� garantat� (posibil�).

Glicerina bruta are un minim de con�inut de glicerina de 80% w/w.

f) Materiile prime �i utilit��ile

Necesarul de materii prime �i de consum utilit��i pentru producerea unei tone de Biodiesel:

Item Unitate Cantitate Ulei (crud)* Kg 1002 Metanol Kg 102 Chimicale & altele Kg 8 Abur (4 bari) Kg 600 Energie electrica Kwh 50 Apa rece M3 30 Pe produs Glicerol (80%) Kg 122

(*) se refera la uleiul crud de rapi�� con�inând 3 % FFA, 95 % trigliceride �i 2% alte

Cerin�ele utilit��ilor pentru generatorul instala�iei sunt :

- Abur 4 bari , debit 500 kg/h

- Apa rece : presiune 3 bari , debit 15 m3/h

- Energie electrica; 380-400 V, 50 Hz 40 kW

a) Considerente socio – economice

Instala�iile de biodiesel de mic� capacitate (cu prelucrare de 5 pân� la 10 tone/zi/24 ore)

destinate zonelor rurale, sunt de mai bine de 6-7 ani o solu�ie socio – economic� aplicat� cu succes în

��ri europene precum Cehia, Austria, Fran�a �i Elve�ia, dar in ultimii ani ea a “cucerit” America rural�,

relansarea culturilor de soia ducând, în Statele Unite ale Americii, la implementarea a mai mult de 600

astfel de instala�ii.

Micile comunit��i rurale, plecând de la necesitatea valorific�rii unor terenuri s�race, a

asigur�rii rota�iei pe sole �i a diversific�rii produselor agricole, au descoperit, implementând instala�ii

de biodiesel de mici capacit��i, beneficiile colaterale, respectiv, utilizarea �rotului proteic pentru

cre�terea animalelor �i comercializarea c�rnii pentru prelucrarea produselor ecologice din carne,


181

asigurarea activit��ilor mecanizate �i de transport, dar �i a termofic�rii propriilor incinte (de produc�ie

�i private) precum �i a spa�iilor publice locale (�coli, policlinici, biblioteci, etc.) la costuri “zero”.

Toate aceste avantaje au permis comunit��ilor (zonelor) rurale s� consume din ce in ce mai

pu�ine resurse na�ionale de energie , s�-�i rentabilizeze activit��ile comerciale principale, s� foloseasc�

sumele sustrase astfel bugetelor locale pentru dezvoltarea unor proiecte socio-culturale pe care anterior

nu �i le puteau permite.

Dincolo de aceste beneficii, cet��enii respectivelor comunit��i au sim�it “gustul

independen�ei” decizii socio-politice pe care anterior nu le puteau lua f�r� acordul �i sprijinul

administra�iilor centrale �i/sau structurilor guvernamentale, puteau fi luate �i puse în practic� de ei

îns��i.

BIOTEHNOLOGIA OB�INERII ALCOOLULUI ETILIC DIN DE�EURI

Drd. Ing. Gheorghe Sebe

Materiile prime alternative denumite �i de�euri pot fi siropuri de fructoz� �i glucoz�, amidon

uscate, solu�ie de amidon, siropuri reziduale, boabe uscate �i expirate, terciuri de drojdie de la bere,

zer, dulciuri reziduale, miere, zah�r brut, fructe �i legume alterate, cereale stricate sau sf�râmate,

melas� de citrice, citrice, etc.

În mod tipic, aceste materii sunt disponibile în cantit��i mici, de aceea face imposibil�

justificarea economic� a valorific�rii lor. Dar, �inând cont de impactul lor asupra purit��ii apelor uzate

se justific� folosirea lor ca materie prim� pentru producerea alcoolului.

Procesele generale necesare prelucrarea acestor reziduuri la etalon sunt similare cu cele de la

opera�ia de m�cinare uscat� a porumbului.

Urmeaz� prezentarea a dou� tehnologii tipice de prelucrare a reziduurilor:

1. – biotehnologia de prelucrare a reziduurilor de cartofi care �ine cont de:

- con�inutul bogat în ap� al cartofilor;

- con�inutul mare de nisip, p�mânt, lujeri, tuberculi strica�i, termen scurt de depozitare,

aprovizionare sezonier�.

Tehnologia de prelucrare este format� din urm�toarele faze:

- preg�tirea materiei prime (cartofi uza�i), lichefierea �i zaharificarea amidonului con�inut în

terci, distilarea �i rafinarea, prelucrarea borhotului prin evaporare sau tratament biologic.


182

2. – biotehnologia de prelucrare a zerului pentru ob�inerea alcoolului etilic, se folose�te pentru a evita

costurile de construire �i operare a unor utilaje mari de tratare a reziduurilor.

PRODUCEREA BIOETANOLULUI DIN DE�EURILE ORGANICE ALE MUNICIPIULUI

BUCURE�TI (Sinteza studiului �tiin�ific – tehnic pentru alegerea procedeului industrial modern

�i schi�area ac�iunilor de întreprins )

Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a

Acest studiu st� la baza propunerilor înainte prim�riilor marilor municipii din �ar� pentru

începerea activit��ii necesare asigur�rii finan��rii pentru construc�ia unei instala�ii pentru producerea a

200 t/zi de bioetanol din de�eurile organice.

Sinteza prezentat� are urm�torul cuprins:

� Procese biochimice de conversie a de�eurilor organice la fabricarea etanolului.

� Materii prime utilizate în fabricarea etanolului prin fermenta�ie.

� Etapele procesului de fabricare a etanolului din materiale lignocelulozice.

� Pretratamentul:

� Hidroliza acid�.

� Hidroliza în solven�i organici (aceton�) acidifia�i – procedeul ACOS.

� Hidroliza enzimatic�.

� Zaharificarea �i fermentarea simultan�.

� Fermentarea propriu-zis�.

� Distilarea.

� Procedee Industriale:

� Procedeul IOGEN.

� Procedeul ARKENOL.

� Procedeul NREL.

� Procedeul BCI.

� Procedeul ACOS.

� Exemple de proiecte europene pentru fabricarea etanolului înlocuitor �i/sau adaos în benzin�.

� Compara�ia tehnico-economic� între cele cinci procedee industriale de produs bioetanol din

de�euri organice municipale.

� Concluzii �i propuneri


183

BIOMASA, SURS� DE ALCOOL �I ENERGIE


Imensul covor verde care acoper� în mare parte, planeta noastr�, este, de fapt, o imens� uzin�

de captare a energiei solare, de transformare a ei în energie chimic� �i de depozitare în compu�i

chimici sintetiza�i: glucide, protide �i lipide.

Actuala situa�ie energetic� mondial� oblig� întreaga omenire nu numai la m�suri ferme �i

imediate ci �i la profunde reconsider�ri energetice pe termen lung, la g�sirea unor surse noi de energie

care s� înlocuiasc� combustibilii fosili folosi�i în prezent pe scar� larg�.

Resurse de biomas� care pot fi luate în considerare sunt:

- Resurse agroalimentare;

- Resurse forestiere;

- Algele cultivate special.

Tehnologiile ce pot aplicate pentru conversia biomasei în energie se num�r�:

- Tehnologii de conversie biochimic� – fermentarea;

- Tehnologii de conversie termochimic�.

Posibilit��ile de ob�inere a alcoolului etilic sunt:

1. Din materii prime direct fermentescibile;

2. Din materii prime amidonoase celulozice.

Din materii prime direct fermentescibile se impune sfecla de zah�r �i produsele intermediare

�i secundare ale fabric�rii zah�rului. Prelucrarea acestor materii prime nu prezint� probleme

tehnologice speciale.

Folosirea materiilor prime amidonoase �i în special a celor celulozice cer stabilirea unor

tehnologii speciale astfel încât randamentul de transformare a celulozei în glucoza s� fie cât mai mare.

Atingerea acestor obiective implic� eforturi mari de cercetare �i de dezvoltare tehnologic�, dar

perspectivele merit� aceste eforturi.

Fermentarea alcoolic� a materiilor prime direct fermentescibile prezint� perspectiva cea mai

rapid� �i sigur� de aplicare.


184

TENDIN�E ACTUALE DE VALORIFICARE A BIOMASEI

Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a, Ec. Rodica Buzdugan

Resurse de biomas�

Resursele de biomas� cuprind orice material regenerabil de natur� organic�, incluzând

culturile dedicate producerii de energie �i pomii, plantele industriale, culturile agricole de uz alimentar

�i nutre�uri, de�eurile �i reziduurile agricole, plantele acvatice, de�eurile de origine animal�, de�eurile

municipale precum �i alte de�euri.

Culturile erbacee dedicate producerii de energie ajung în general la maturitate dup� 2-3 ani �i

sunt cele de miscanthus (iarba de elefant), bambus, sorg, tall fescue, kochia, pir etc. Culturile pomicole

dedicate de asemenea producerii de energie se bazeaz� pe specii care ajung la maturitate rapid, dup�

numai 5-8 ani �i cuprind plopul hibrid, salcia hibrida, ar�arul, plopul, frasinul, nucul negru,

mesteac�nul si platanul.

Plantele industriale se cultiv� pentru a ob�ine substan�e �i materiale industriale specifice: de

exemplu kenaf-ul (abutilonul) bumbacul �i inul pentru fibre �i fire, ricinul pentru acid ricinoileic, etc.

Au fost dezvoltate culturi transgenice care produc substan�ele chimice dorite ca parte a plantei,

necesitând numai o simpl� extrac�ie urmat� de purificare.

Culturile agricole alimentare sunt cerealele, plantele oleaginoase �i plantele pentru ob�inerea

zah�rului. Materialele rezultate din aceste plante (uleiuri, amidon, zah�r etc.) pot cap�t� �i alte utiliz�ri,

de exemplu în industria farmaceutic� �i a materialelor plastice.

Culturile acvatice reprezint� o surs� foarte important� de biomas� �i cuprind algele, ierburile

de mare �i microflora marin�. Exemple comerciale sunt extractul de iarb� de mare ca agent de

aglutinare �i aditiv alimentar, coloran�ii pe baz� de alge �i noi biocatalizatori utilizabili în bioproces�ri

în condi�ii extreme.

Reziduurile de culturi agricole sunt acele p�r�i ale plantelor cultivate – în principal tulpini �i

frunze – care r�mân pe ogoare dup� cultivare, cum sunt cocenii, frunzele �i p�nu�ile de porumb, paiele

de cereale �i de orez, constituie o cantitate foarte însemnat� de biomas�. Este de a�teptat ca, datorit�

ponderii sale importante, reziduurile de porumb s� devin� o bioresurs� major� pentru aplica�ii

energetice.

Reziduurile forestiere reprezint� biomasa care rezult� în urma exploat�rii planta�iilor

forestiere de esen�� tare �i de esen�� moale precum �i materialele rezultate în urma unor opera�ii de

management a p�durilor cum ar fi r�ririle precomerciale �i îndep�rtarea (t�ierea) pomilor usca�i sau

bolnavi.


185

De�eurile de origine animal� din fermele zootehnice precum �i cele rezultate în urma

opera�iilor de prelucrare constituie o surs� complex� de materiale organice cu importante consecin�e

asupra mediului înconjur�tor. Aceste de�euri pot fi utilizate pentru ob�inerea a numeroase produse,

inclusiv energie.

De�eurile municipale con�in o propor�ie semnificativ� de material organic (hârtie carton,

de�euri lemnoase, de�euri din gr�dini etc.) �i constituie o important� resurs� regenerabil� de energie.

Reziduurile si de�eurile rezultate prin prelucrarea biomasei (de exemplu rumegu�ul, scoar�a,

ramurile �i frunzele / acele rezultate la producerea celulozei) au de asemenea un poten�ial energetic

semnificativ. Acestea sunt u�or de utilizat pentru c� sunt deja colectate.

Sistemele de manipulare a biomasei constituie o parte semnificativ� a capitalului investit într-

o instala�ie de conversie a bioenergiei �i a costurilor de exploatare aferente. Se includ aici

echipamentele �i sistemele de stocare / depozitare, m�run�ire, cur��ire, uscare si alimentare.

Activitatea de cercetare-dezvoltare în domeniul valorific�rii biomasei

Programele actuale de cercetare-dezvoltare pentru valorificarea biomasei cuprind cinci

domenii cheie: patru precomerciale (interfa�a bazei de materii prime, platforma zah�rului, platforma

termochimic� �i domeniul produselor) �i biorafin�riile integrate, domeniul de cercetare-dezvoltare

exclusiv industrial.

Obiectivul interfe�ei de cercetare-dezvoltare în domeniul bazei de materii prime de biomasa

este de a dezvolta tehnologii sustenabile capabile s� furnizeze, la pre�uri cât mai mici necesarul de

biomas� lignocelulozic� de înalt� calitate pentru biorafin�rii cu scopul de a produce biocombustibili,

c�ldur� �i energie combinate, substan�e chimice �i alte materiale.


186

Platforma zah�rului semnific� descompunerea biomasei în zaharuri brute, utilizând o gam� de

procese chimice �i biologice. Obiectivul platformei zah�rului este de a dezvolta tehnologii care s�

permit� producerea de zaharuri ieftine, care apoi s� fie transformate în combustibili, substan�e chimice

�i alte materiale competitive cu cele ob�inute pe c�i conven�ionale din punctual de vedere al pre�ului.

Pentru asigurarea competitivit��ii bioetanolului cu combustibilii fosili, pre�ul zaharurilor fermentabile

trebuie s� scad� pân� la 5 centi/kg. Reziduurile rezultate din aceste procese vor fi utilizate de asemenea

pentru generare de energie sau fabricarea altor produse.

Scopul platformei termochimice este de a transforma biomasa sau reziduurile de la

biorafin�rii în intermediari de tipul motorinei de piroliza sau a gazului de sintez�. Ace�ti intermediari

pot fi utiliza�i direct drept combustibil brut sau drept materii prime, fie se supun rafin�rii pentru a

produce combustibili �i produ�i care sunt identici �i deci pot înlocui produsele comerciale existente:

uleiurile, gazolina, combustibilul diesel, gaz natural sintetic �i hidrogen de înalt� puritate. Principala

problem� pe care trebuie s� o rezolve aceast� platform� const� în reducerea costurilor �i de a

îmbun�t��i calitatea intermediarilor pentru a putea fabrica produ�i fini�i competitivi ca pre� cu cei

existen�i pe pia��.

Aria produ�ilor deriva�i din biomas� reprezint� o nou� oportunitate major� de pia�a pentru

resursele interne de biomas�. Obiectivele domeniului produ�i sunt legate de rezultatele platformei

zah�rului �i de cele ale platformei termochimice. De exemplu transformarea intermediarilor rezulta�i în

aceste platforme (zah�r, gaz de sintez� �i ulei de piroliz�) în produ�i finali: combustibili �i substan�e

chimice. De asemenea, se urm�re�te s� se dovedeasc� posibilitatea de a produce mai multe produse în

cadrul unei singure biorafin�rii. De�i activitatea de cercetare-dezvoltare se concentreaz� asupra

produ�ilor ceru�i pe pia�� în cantit��i mari �i cu valoare de întrebuin�are ridicat�, se are în vedere

dezvoltarea de noi tehnologii pentru a cre�te valoarea produselor secundare complexe �i de mai mic�

valoare cum ar fi lignina, mangalul �i reziduurile de proteine.

Biorafin�ria integrat� reprezint� scopul principal al întregii strategii în domeniul valorific�rii

biomasei. O biorafin�rie const� într-o instala�ie care utilizeaz� biomasa �i este capabil� de a produce o

gam� larg� de combustibili, c�ldura �i energie combinate, substan�e chimice �i materiale cu scopul de a

maximiza valoarea biomasei. În fapt biorafin�ria înm�nuncheaz� toate succesele tehnice realizate în

cadrul celorlalte patru domenii cheie. Prin urmare, atingerea obiectivului major al acestui domeniu

depinde de rezolvarea problemelor care apar în realizarea obiectivelor celorlalte domenii. Activitatea

de cercetare dezvoltare are în vedere elaborarea de noi tehnologii pentru integrarea produc�iei de

combustibili ob�inu�i din biomas� �i a celorlalte produse materiale �i energetice într-o singur�

instala�ie.


187

BIOGAZUL –O NOU� MATERIE PRIM� PENTRU CHIMIE

Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a, ing. Dana Marinescu

Lucrarea prezint� valorificarea gazului de sintez� pentru producerea diferitelor materii prime

necesare industriei chimice cum ar fi : hidrogen, amoniac, metanol, etanol, amestecuri de alcooli

superiori, lichide Fischer-Tropsch, produ�i de oxo �i izosintez� �i câteva date comparative privind

ob�inerea acestor produse din materii prime fosile (c�rbuni, petrol, gaze naturale) �i din biomas�.

UN COMBUSTIBIL CARE SE RECOLTEAZ�: ULEIUL VEGETAL CRUD PRESAT LA

RECE, MAI ALES DE RAPI��

Prof. dr. doc. ing. Iosif Trip�a

Academia Oamenilor de �tiin�� din România prezint� rezultatele proiectului de cercetare –

dezvoltare germano - danez privind folosirea drept carburant pentru motoarele diesel a uleiului vegetal

crud, presat la rece, admis în Directiva Uniunii Europene 30/2003 pe lista biocarburan�ilor

recomanda�i pentru a fi promova�i în ��rile europene.

Acest ulei vegetal crud, presat la rece, este mai ieftin decât biodieselul, care este sus�inut în

��rile bogate (SUA, Japonia, vestul Europei, cu subsidii de 51 cen�i euro pe fiecare litru cump�rat de

automobili�ti pentru a-l face mai avantajos). Uleiul vegetal crud este de aproape trei ori mai ieftin

decât biodieselul �i mai ieftin decât motorina. În plus, acest ulei crud lunge�te via�a motorului �i

ieftine�te între�inerea lui.

Motoarele diesel existente trebuie adaptate �i reglate pentru folosirea uleiului vegetal crud,

care este mai vâscos decât motorina, mai ales la temperaturi sub 20 grade Celsius. Aceste adapt�ri �i

reglaje se pot face chiar de c�tre �oferii profesioni�ti sub îndrumarea unor instructori specializa�i.

Uleiul vegetal industrial, procesat la cald �i cu solven�i, con�ine mult fosfor, care este d�un�tor

pentru motoarele diesel �i nu este recomandat pentru înlocuirea motorinei.

Pentru înlocuirea benzinei (carburant pentru motoarele Otto) se recomand� folosirea

amestecului E-85, care con�ine 85% etanol �i 15 % benzin�, care este de asemenea mai ieftin (cu circa

25 cen�i americani pe galon = 3,875 litri) �i nu are nevoie de subsidii pentru a fi competitiv.


188

SFECLA DE ZAH�R, MATERIE PRIM� PENTRU FABRICAREA ETANOLULUI


Sfecla de zah�r pe lâng� o produc�ie mare la hectar con�ine �i o mare cantitate de glucide

fermentescibile sau amidon astfel:

- sfecla de zah�r furajer� cu o produc�ie de 103 t/ha rezult� 4650 l alcool.

Pentru sfecla destinat� fabric�rii etanolului se impune ob�inerea unui soi de sfecl� care s�

con�in� 12 – 16 % zah�r �i un randament de 100 – 150 t/ha.

În prezent lucr�rile de inginerie genetic� au dus la ob�inerea unor hibrizi între sfecla de zah�r

�i sfecla furajer� care îndeplinesc condi�iile de mai sus.

Procesul tehnologic de fabricare a alcoolului din sfecl� comport� urm�toarele faze principale:

- preg�tirea materiei prime;

- fermentarea;

- distilarea �i rafinarea.

Metodele de ob�inere a alcoolului din sfecla de zah�r se pot grupa în:

- metoda prelucr�rii hidrotermice;

- metoda difuziei;

- prelucrarea mixt� în amestec cu melasa sau cu materii prime amidonoase.

1. Metoda prelucr�rii hidrotermice const� în fierberea sfeclei de zah�r întreag� sau m�run�it� la

presiune cuprins� între 70 – 90 grade cu r�cire ulterioar� pân� la temperatura de fermentare.

2. Metoda difuziei const� în fermentarea zemei de difuzie folosind instala�ii continue.

3. Prelucrarea mixt� a sfeclei de zah�r în amestec cu materii prime amidonoase sau melas� e mai

ra�ional� decât prelucrarea singur� deoarece permite ob�inerea unor pl�mezi fermentate în

concentra�ie ridicat� de alcool ce evit� dificult��ile la distilare.

ACTIVIT��I PRELIMINARE IMPUSE DE PROMOVAREA UNUI MANAGEMENT DE

CALITATE ÎN GESTIONAREA REZIDUURILOR ORGANICE, CU OB�INEREA DE

BIOGAZ �I DE FERTILIZAN�I NATURALI

Dr. chim. �uluca Elisabeta, ec. Buzdugan Rodica, Paul Covic, Sorin Nicolescu

Nerentabilitatea, soldat� cu dispari�ia a peste 4000 de unit��i de produc�ie a biogazului,

amplasate pe întreg teritoriul României, in deceniile anterioare, s-a datorat în propor�ii variabile


189

(depinzând de localiz�ri) unor cauze socio-economice, dar �i ineficien�ei managementului �tiin�ific �i

tehnologic.

Actualele tendin�e la nivelul global, sunt orientate în direc�ia optimiz�rii nivelului de

recuperare al energiei înmagazinate prin fotosintez�, de c�tre structurile �i reziduurile organice

indigestibile �i pu�in utilizabile, ca atare în scopuri industriale.

În consecin��, se impune o reconsiderare �tiin�ific� �i tehnologic� actualizat�, a "bunelor

practici" în managementul integrat al de�eurilor organice, cu prec�dere în direc�ia digestiei anaerobe,

cu ob�inerea de biogaz �i de biomas� fertilizant�.

În contextul men�ionat, se vor lua în considerare variantele performante de procesare sub

aspect microbiologic �i tehnologic ale digestiei anaerobe �i obligatoria implicare social�, cu

preponderen�� a leg�turilor prilejuite de costurile externale de mediu.

Se are în vedere calitatea managementului din punctul de vedere al gestion�rii riscurilor

generate de remanen�a metalelor, de prezen�a contaminan�ilor organici persisten�i (xenobiotice) �i de

patogeni.

De asemenea metodele de analiz� �i control, la nivelul standardelor de calitate ale Uniunii

Europene.

Ca punct de pornire, se eviden�iaz� tipurile de resurse naturale, reziduuri agroforestiere ca

atare �i a celor provenite din proces�rile de tip agroalimentar utilizate în Uniunea European� pentru

ob�inerea de biogaz.

Comparativ, se prezint� datele de compozi�ie chimic� �i nivelul energiei metabolizabile din

resursele �i reziduurile naturale similare existente în spa�iul autohton, în perspectiva extinderii

produc�iei de biogaz �i fertilizan�i naturali in România.

Se urm�re�te ini�ierea activit��ilor de colaborare în parteneriat, în vederea ofert�rii de proiecte

de cercetare �i dezvoltare economic� (RTD) a UE, la prioritatea tematic� 6.

BIOCOMBUSTIBIL DIESEL DIN MATERII GRASE REZIDUALE

Dr. ing. Emil Stepan, dr. ing. Sever �erban, ing. Sanda Velea


derivatelor petroliere de la începutul lui ’80 a declan�at interesul general pentru sursele alternative de

energie �i pentru materii prime de provenien�� nepetrochimic�. Dup� criza din Golf, a anului 1990,



190

Diminuarea produc�iei de �i�ei a României, cât �i epuizarea rezervelor sale într-un viitor

apropiat, impune fabricarea unor combustibili alternativi, având la baz� materii prime din resurse

regenerabile.

În acela�i sens benefic ac�ioneaz� �i legisla�iile antipoluare, în curs de implementare �i în

România.

Un astfel de combustibil are la baz� esteri metilici ai acizilor gra�i, rezulta�i prin procesarea

chimic� a materiilor grase.

Se prezint� un procedeu original de ob�inere a combustibililor diesel din materii grase

reziduale, împreun� cu caracteristicile fizico – chimice ale produselor sintetizate.

NOI TIPURI DE COMBUSTIBILI DIESEL ECOLOGICI PE BAZ� DE BIODIESEL

OB�INUT DIN DIFERITE ULEIURI VEGETALE

Ing. M. Georgescu, ing. V. Moisescu, ing. A. Dobre, drd. ing. M. Radu

Prezenta lucrare prezint� aspecte legate de ob�inerea de noi biomaterii prime prin valorificarea

superioar� a masei vegetale: ulei de floarea soarelui, rapi��, in, cânep�, etc. Prin procese chimice

adecvate se ob�ine un metil ester al acizilor gra�i (MEAG) nesatura�i care constituie biocombustibilul

biodiesel, carburant de substitu�ie ce se adaug� în motorine în propor�ie de 20 – 100%.

Biotehnologiile pentru valorificarea superioar� a unor materii prime de natur� vegetal� ieftine

�i accesibile reprezint� o surs� de reînnoire a resurselor energetice. În perspectiva mileniului trei

acestea reprezint� o direc�ie sigur� a întregii omeniri.

CELULELE COMBUSTIBILE PE BAZ� DE ETANOL

- O SOLU�IE DE VIITOR PENTRU PROPULSAREA AUTOVEHICULELOR

Prof. Dr. Doc. Ing. Iosif Trip�a, Drd. Ing. Daniela Mihaela Mih�ilescu

Combustibilii utiliza�i actualmente de c�tre motoarele cu ardere intern�, benzina �i motorina,

prezint� numeroase dezavantaje. Cele mai importante sunt poluarea �i resursele limitate. Pentru a trece

peste aceste dezavantaje au fost c�utate solu�ii alternative.

O alternativ� important� a fost propulsarea autovehiculelor cu ajutorul motoarelor electrice

prin stocarea energiei electrice în baterii de acumulatori. Acest tip de propulsie nu s-a putut generaliza


191

datorit� performan�elor limitate ale acumulatorilor electrici, în ciuda progreselor tehnologice

însemnate din acest domeniu. Ele îns� sunt performante pentru transportul de persoane sau m�rfuri în

interiorul ora�elor, deci pe parcursuri limitate.

O alt� direc�ie a fost g�sirea de combustibili alternativi în paralel cu perfec�ionarea motorului

cu ardere intern�. S-a ajuns, în acest mod, la ob�inerea unor performan�e spectaculoase în direc�ia

reducerii emisiilor poluante generate de traficul auto. Principalii combustibili alternativi sunt gazele

naturale comprimate sau lichefiate, gazul petrolier lichefiat, etanolul, biodieselul, uleiul vegetal presat

la rece. Ultimii trei combustibili sunt ob�inu�i prin prelucrarea masei vegetale sau a diferitelor tipuri de

de�euri. Ace�ti combustibili pot fi utiliza�i ca atare în motoare cu ardere intern� special construite sau

în amestec cu combustibili clasici, în diverse propor�ii, în motoare cu ardere intern� clasice. Principalul

avantaj al etanolului ob�inut prin prelucrarea masei vegetale sau a de�eurilor este caracterul de resurs�

regenerabil�. Alt aspect important este echilibrarea circuitului dioxidului de carbon din natur�. Arderea

combustibililor fosili cât �i a etanolului duce la producerea de CO2. În cazul etanolului, pentru

cre�terea masei vegetale ce serve�te la producerea acestuia se consum� o cantitate de CO2 deci apare

un echilibru între producerea �i consumul de CO2 în cazul utiliz�rii de etanol în propulsarea

autovehiculelor prin motoare cu ardere intern�.

Neajunsurile stoc�rii energiei electrice în baterii (cazul autovehiculelor cu propulsie electric�)

poate fi dep��it prin generarea electricit��ii de c�tre celulelor combustibile. Celulele combustibile cu

hidrogen au fost utilizate pentru generarea electricit��ii în misiunile spa�iale Apollo, dup� care au fost

g�site numeroase alte aplica�ii. Principalul neajuns al acestui mod de propulsie pentru autovehicule îl

reprezint� stocarea hidrogenului care se poate face ori în recipien�i sub presiune, ori adsorbit pe hidruri

metalice. Construirea unei re�ele de distribu�ie pentru hidrogen este, de asemenea, o mare problem�.

O solu�ia este reprezentat� de utilizarea celulelor combustibile ce utilizeaz� hidrocarburi care

sunt purt�toare de hidrogen. În acest fel se poate utiliza, cu mici modific�ri, re�eaua de distribu�ie

existent� �i se ob�in vehicule cu performan�e ridicate al c�ror surs� de energie nu mai este limitat� de

randamentele impuse de ciclul Carnot. Din p�cate, principalul dezavantaj al acestui sistem de propulsie

în reprezint� caracterul neregenerabil al combustibililor fosili.

Dezvoltarea celulelor combustibile pe baz� de etanol promite îns� rezolvarea propulsiei

autovehiculelor precum �i ob�inerea energiei electrice din resurse regenerabile. Etanolul ob�inut din

prelucrarea de mas� vegetal� sau de�euri reprezint� o surs� regenerabil� de energie, inclusiv prin

producerea instantanee a hidrogenului. Celulele combustibile transform� acest purt�tor de energie în

electricitate în condi�ii de eficien�� maxim�, mult mai avantajos decât în motoarele cu ardere intern�.


192

INFLUEN�A DIFERITELOR TIPURI DE COMBUSTIBILI ASUPRA PERFORMAN�ELOR

MOTOARELOR CU APRINDERE PRIN COMPRIMARE

Abraham Bela, Gabriela Pitl, Roman Cecilia, Chintoanu Mircea, Prof. Dr. Cordo� Emil

Uleiul de rapi�� si produsele ob�inute prin prelucrarea lui constituie surse regenerabile de

energie utilizate cu mult succes în transportul urban.

Trecerea motorului Diesel de la func�ionarea cu combustibili conven�ionali la func�ionarea cu

combustibili neconven�ionali pune probleme serioase legate de natura costului, producerii,

transportului, stoc�rii, autonomiei de mers, modific�rii motoarelor, etc. Introducerea acestor

combustibili în motorul cu aprindere prin comprimare implic�, pe lâng� problemele concrete de

adaptare sau proiectare a unor echipamente de injec�ie noi, �i probleme de formare a amestecului aer-

combustibil, de control �i desf��urare a procesului de ardere. Instala�ia de alimentare pentru

autovehiculele care utilizeaz� combustibil alternativ drept combustibil prezint� unele probleme

generate de caracteristicile fizice �i chimice ale biodieselului.

Lucrarea prezint� influen�a diferitelor tipuri de combustibili asupra performan�elor motoarelor

cu aprindere prin comprimare.

Sunt prezentate rezultatele testelor efectuate pe un stand de motoare diesel: determinarea

caracteristicilor motorului �i a varia�iei concentra�iei principalelor elemente poluante din gazele de

evacuare.

S-a constatat c� prin utilizarea biocombustibililor în alimentarea motoarelor cu aprindere prin

comprimare ce echipeaz� autobuzele utilizate în transportul urban se ob�in avantaje certe fa�� de cazul

utiliz�rii ca �i combustibil a motorinei.

Se consider� necesar� dezvoltarea cercet�rilor în acest domeniu pentru tratarea tuturor

aspectelor legate: de alte modific�ri ale motoarelor ce se utilizeaz� la autovehiculele de transport

urban, eventuale combina�ii de amestecuri biocombustibil - motorin�, comportarea altor tipuri de

motoare cu aprindere prin comprimare, durabilitate etc.


193

PROIECT BIOENERGETIC PENTRU PRODUC�IA ÎN ROMÂNIA DE BIOETANOL,

FURAJE �I BIOPELETE COMBUSTIBILE DIN SORGUL ZAHARAT

Dr. G. Grassi, Prof. dr. doc. ing. Iosif Trip�a

În prezent este ferm stabilit c� biocarburan�ii �i combustibilii neconven�ionali vor avea un rol

important în viitorul apropiat datorit� epuiz�rii resurselor petroliere; iar securitatea aprovizion�rii cu

combustibili a devenit o prioritate strategic� �i economic�. În acela�i timp se constat� o înr�ut��ire a

calit��ii �i�eiului extras (care este din ce în ce mai dificil de procesat), o poluare tot mai d�un�toare a

calit��ii aerului din marele ora�e �i o agravare a fenomenului de înc�lzire global� a planetei noastre.

Toate aceste cauze au ca efect necesitatea gr�birii producerii �i utiliz�rii biocombustibililor lichizi,

solizi �i gazo�i.

Uniunea European�, ca �i Statele Unite ale Americii, Japonia �.a. (Brazilia, în primul rând,

care a început programul na�ional de trecere a autovehiculelor pe biocarburan�i înc� în 1975) au luat

m�suri mai ales pentru promovarea biocarburan�ilor: bioetanol �i biometanol (care vor reprezenta circa

80% din biocarburan�i), combustibili sintetici Fischer – Tropsch, dimetileter (DME), biohidrogen �i

uleiul vegetal crud.

Cel mai interesant biocarburant este bioetanolul deoarece:

� Are cel mai avantajos pre� posibil (de pân� la 250 �/ton�)

� Are o mare productivitate specific� (între 4 - 6 tone/ha în Europa, deci de trei ori mai

mare decât a biodieselului, care cost� �i de trei ori mai mult)

� Bioetanolul poate fi produs relativ u�or din zaharuri, amidon �i biomas�

lignocelulozic�, inclusiv din de�eurile organice municipale

� Bioetanolul are un poten�ial mondial considerabil (2 – 3 miliarde tone pe an)

� Bioetanolul este capabil s� p�trund� în toate tehnologiile de utilizare (în transport, în

cogenerare de energie �i c�ldur�, în industria chimic� �i ramurile conexe).

Dintre biomateriile prime posibile a fi folosite la produc�ia bioetanolului sunt recoltele de

trestie de zah�r (în ��rile tropicale) �i de sorg zaharat (în ��rile cu climat temperat). Cele mai bune

performan�e le au unele specii de sorg zaharat ameliorate în China (5,2 tone boabe/ha; 7,4 tone

zah�r/ha; 18,8 tone mas� lignocelulozic�/ha).

În România s-au desf��urat ample cercet�ri privind cultura �i industrializarea total� a sorgului

zaharat (vezi monografia cu acest titlu, editat� de CHIMINFORM DATA în decembrie 2003).

Institutul de Plante Tehnice Fundulea al Academiei de �tiin�e Agricole �i Silvice a pus la punct trei


194

sorturi de sorg zaharat adaptate diferitelor condi�ii pedoclimatice din �ar�. Cu s�mân�a furnizat� de

acest institut s-au îns�mân�at în acest an 2004

Scopul principal al acestor culturi este asigurarea semin�ei necesare pentru culturile din anii

2005 �i 2006 (când suprafa�a culturilor de sorg zaharat trebuie s� ajung� la 125000 ha) pentru a putea

satisface comanda de 1 milion tone/an bioetanol (sau echivalent în suc concentrat �i aseptizat) primit�

de la grupul german BIOWAEN.

Urm�toarele caracteristici ale sorgului zaharat i-au creat faima de campion în produc�ia de

bioetanol:

1. Sorgul zaharat are cea mai mare produc�ie (circa 80 tone/ha) de biomas�, con�inând

zaharuri, mai ales cu 6 atomi de C în molecul� �i cu 5 atomi de carbon în hemiceluloz�,

fiind, deci, cea mai promi��toare cultur� pentru România.

2. Sorgul zaharat merge foarte bine pe terenurile pe care cre�te porumbul �i este singura

cultur� care d� produc�ii bune pe solurile s�r�turate (exist� circa 150000 ha de asemenea

soluri în vestul ��rii) având pH = 5,0 – 5,5. Necesarul de azot pentru îngr��area p�mântului

este mic (sub 100 kg/ha), ceea ce reduce pericolul polu�rii apelor freatice, iar în cazul

rota�iilor cu culturi legumicole se elimin� total îngr��mintele chimice.

3. Sorgul zaharat are nevoie de cea mai mic� umiditate a solului (aproximativ jum�tate din

necesarul de ap� al porumbului �i numai o treime din necesarul trestiei de zah�r). Sorgul

este, deci, foarte rezistent la secet�.

4. Sorgul zaharat este o cultur� repede cresc�toare. Într-un ciclu de 120 – 150 zile acumuleaz�

cel pu�in 2600 oC.

X

X X

În prezenta comunicare se prezint� parametrii tehnici �i economici ai proiectului italiano -

român de finan�are cu 73 milioane euro a construc�iei în România a facilit��ilor necesare produc�iei de

bioetanol din sorgul zaharat cultivat pe 20000 hectare, la care se adaug� o finan�are de 12 milioane

euro pentru un program de cercetare – dezvoltare pentru reducerea consumului de energie pe întregul

flux tehnologic de industrializare a produselor (bioetanol, furaje, pelete combustibile, �.a.)


195

ALCOOLUL ETILIC CARBURANT – PROGRAME DE FOLOSIRE LA NIVEL

INTERNA�IONAL


Industria alcoolului etilic a c�p�tat dimensiuni noi odat� cu declan�area crizei energetice când

în c�utare de noi carburan�i s-a constatat c� alcoolul etilic poate fi cel mai bun substituent. Cele mai

ambi�ioase programe privind folosirea etanolului în scopuri energetice le are: Brazilia, S.U.A., Japonia,

Fran�a, Noua Zeeland�.

Posibilit��ile de ob�inere a alcoolului etilic sunt multiple, dar dintre variantele posibile pentru

etapa actual� cea mai mare fezabilitate o prezint� materiile prime agroalimentare, inclusiv de�eurile

care rezult� la prelucrarea acestora.

Alcoolul etilic reprezint� o materie prim� valoroas� pentru numeroase sectoare industriale:

industria alimentar�, industria chimic�, medicamente, etc. Având în vedere propriet��ile sale adecvate

�i disponibilitatea sa cvasiuniversal�, etanolul este considerat un carburant posibil pentru motoare.

Solicit�rile mari pentru alcoolul carburant au determinat c� în Brazilia, spre exemplu, într-un an

produc�ia s� se ridice la peste zece miliarde de litri. În aceste condi�ii pentru ob�inerea etanolului

trebuie reconsiderat� toat� biomasa care prezint�, pe lâng� produc�ie mare la hectar, �i o cantitate

imens� de glucide fermentescibile sau amidon. De asemenea cea mai important� surs� de alcool o

reprezint� materiile prime celulozice sub form� de de�euri agricole, de�euri industriale, vegeta�ie

nevalorificare care se apreciaz� la câteva sute de bilioane de tone.

Pentru fiecare materie prim� folosit� în fabricarea alcoolului etilic e o biotehnologie de

ob�inere a acestuia.

BIOETANOLUL - REDIVIVUS?

Lector dr. biochim. Stoian G.

Interesul lumii întregi în utilizarea bioetanolului drept alternativ� de stocare a energiei sau de

combustibil lichid a condus la nenum�rate studii privind raportul dintre costuri �i eficien�a procesului

industrial de producere a sa. În mod tradi�ional, el este produs prin fermenta�ie, utilizând tulpini de

drojdii ce nu pot tolera concentra�ii crescute de etanol. Acest fenomen a condus la studii privind

cre�terea nivelului de toleran�� al drojdiilor la etanol ori la identificarea unor organisme alternative

utile procesului de fermenta�ie.


196

În acest context bacteria Gram negativ� Zymomonas mobilis, a demonstrat un mare poten�ial de

produc�ie la scar� industrial� de etanol. Studiile comparative de laborator �i la scar� pilot privind

cineticile fermenta�iei statice a bacteriei Z.mobilis versus drojdii, sunt în mod clar în favoarea

fermenta�iei bacteriene. Rezultatele acestor cercet�ri au indicat o multitudine de avantaje fa�� de

produc�ia tradi�ional� de etanol ce utilizeaz� drojdiile drept microorganisme. Ele sunt: a) vitezele de

preluare ale carbohidra�ilor �i de produc�ie de etanol semnificativ mai mari (de 3- 4 ori), b)

randamentul în etanol mai mare (pân� la 93- 96% din valoarea teoretic�), c) productivit��ile

volumetrice de etanol în sisteme continue de recirculare a celulelor considerabil mai înalte (în jur de

120- 200 g-1h-1), d) lipsa unor necesit��i privind controlul oxigenului ad�ugat în men�inerea

viabilitat��ii celulare; e) marea toleran�� fa�� de etanol �i marea abilitate de a produce etanol (13%

greutate/ volum) �i f) u�urin�a manipul�rii genetice.

Dezavantajele majore în utilizarea Z.mobilis sunt: a) domeniul limitat al sursei de carbon

(glucoz�, fructoza ori sucroz�) al�turi de b) sensibilitatea crescut� fa�� de s�ruri minerale (precum cele

prezente în melasa de trestie �i mai ales în melasa de sfecl� de zah�r) ori c) sensibilitatea la erbicide.

Studiile noastre au avut ca scop identificarea unor noi tulpini capabile s� creasc� �i s�

fermenteze melasa din sfecl� de zah�r cu randamente convenabile în etanol.

Analiza gaz-cromatografic� a eviden�iat tulpina Z.mobilis NCIB 1163/74 apt� s� creasc� �i s�

produc� etanol la concentra�ii crescute de melas� din sfecl� de zah�r.

Bazele biochimice ale procesului sunt discutate.

SINTEZA RAPID� A COMBUSTIBILULUI ECOLOGIC BIODIESEL

UTILIZÂND ENERGIA ULTRASONIC�

Carmen Stavarache, Mircea Vîn�toru, Rokuro Nishimura, Yasuaki Maeda

Prefa��

Omenirea a progresat din ce în ce mai mult pe m�sur� ce mijloacele de transport �i implicit cele

de comunicare f�ceau tot mai rapid schimbul de informa�ii. Dac� la început transportul era asigurat de

animale, inventarea ro�ii a condus la cre�terea volumului de m�rfuri �i persoane transportate,

culminând cu inventarea motorului cu ardere intern� �i a combustibilului aferent lui, cu toate

consecin�ele mai mult sau mai pu�in benefice la care trebuie s� facem fa�� ast�zi.

Procesarea din ce în ce mai eficient� a petrolului brut, materie prim� de origine fosil�, a permis

dezvoltarea �i eficientizarea motorului cu ardere intern� �i a condus la cre�terea extraordinar� a


197

num�rului de vehicule ce utilizeaz� combustibili fosili. Consecin�ele nu s-au l�sat prea mult a�teptate:

poluarea prin oxizi de sulf (element prezent în �i�eiul brut), oxizi de azot prin oxidarea azotului din aer

în timpul arderii, mono-oxid de carbon, gaz extrem de toxic pentru fiin�ele cu sânge cald, hidrocarburi

alifatice �i aromatice cancerigene, particule solide de carbon �i alte materiale �i, în fine, a dioxidului de

carbon CO2, gaz responsabil de efectul de ser� �i înc�lzire global�.

Combustibilii pentru motoare: benzina, gazul petrolier lichefiat (GPL) �i motorina provin în

prezent din resurse fosile, limitate �i neregenerabile. Cu o excep�ie, motorina produs� în zilele noastre

din uleiuri vegetale sau gr�simi animale, materii prime regenerabile �i ca urmare �i combustibilul

fabricat din ele devine regenerabil. Motorul diesel, ce folose�te drept combustibil motorina, a fost pân�

de curând cel mai poluant prin emisiile mai mari de gaze nocive. Solu�ii moderne au diminuat poluarea

acestuia dar nu au eliminat-o, in timp ce combustibilul biodiesel are poten�ialul de a reduce extrem de

mult poluarea motorului diesel f�când din acesta motorul dorit în viitorul foarte apropiat. Otr�virea

continu� a planetei în ultimii câ�iva zeci de ani, con�tientizat� azi din ce în ce mai multe ��ri, a condus

la necesitatea g�sirii de solu�ii la problemele existente. Care este solu�ia? Cum putem dep��i, cel pu�in

pentru un tip de motor, diesel, poluarea produs� de acesta?

R�spunsul oferit de chimi�ti acestei probleme este combustibilul BIODIESEL. Ca semnifica�ie

acesta ar putea însemna: bio se refer� la natural, biologic, compatibil cu via�a, iar diesel desigur de la

natura utiliz�rii în motoare cu aprindere prin compresie inventate de Rudolph Diesel cu aproape un

secol în urm�. Este de remarcat c� Rudolph Diesel a propus înc� de la inventarea acestui motor

folosirea drept combustibil a uleiului de alune. Biodieselul drept combustibil înlocuie�te într-adev�r cu

succes motorina de origine fosil�. Biodieselul poate fi folosit drept combustibil în motoarele diesel f�r�

modific�ri majore ale acestora.

Pre�ul mare al materiilor prime, uleiurile vegetale �i gr�simi animale, precum �i costurile relativ

ridicate de fabrica�ie fac acest combustibil s� fie scump �i dificil de promovat pe pia�� f�r� sprijinul

guvernelor. O modalitate de a reduce costurile finale ale biodieselului este simplificarea procesului de

fabrica�ie. Utilizarea ultrasunetelor de joas� frecven�� i mare putere ofer� o solu�ie în sensul c� timpii

de reac�ie pot fi redu�i iar procesul transformat într-unul continuu. Despre acest procedeu vom vorbi pe

larg în continuare.

1. Introducere

Cu toate c� atmosfera terestr� are o capacitate extraordinar� de rezisten�� i autocorectare a

schimb�rilor poluatoare datorate activit��ii umane, este posibil ca aceste activit��i s� fi atins deja

punctul la care s� afecteze profund clima. �i efectele sunt deja vizibile: poluarea major� cu gaze de

ardere a combustibililor fosili, cre�terea temperaturii globale, efectul de ser� tot mai pronun�at, furtuni


198

devastatoare, ploi deluviene, secet� prelungit�, etc. Asemenea fenomene au un poten�ial extrem de

mare de a cauza schimb�ri de mediu majore �i ireversibile [1].

Este cât se poate de evident c� factorul cu contribu�ia cea mai mare la cre�terea nivelului de

CO2 în atmosfer� este consumul de carbon con�inut în combustibilii fosili. Ace�tia sunt abunden�i �i în

ciuda ‘r�nilor’ provocate mediului r�mân sursa dominant� de energie, cel pu�in pentru viitorul

apropiat. Cu toate acestea folosirea lor este limitat� în timp �i deja creeaz� probleme majore în lume

datorit� politiz�rii excesive a exploat�rii lor �i a distribuirii z�c�mintelor în zone preferen�iale.

Aspectele de ordin ecologic, cantit��ile limitate de combustibil fosil �i necesitatea exploat�rii

eficiente a resurselor agricole sunt cele mai evidente motive pentru trecerea la folosirea materialelor

regenerabile ca surs� de energie.

Biomasa are un avantaj dublu: poate ac�iona ca substitut energetic al combustibililor fosili �i

este un mijloc de a prelua excesul de bioxid de carbon din natur�, men�inând astfel un nivel constant �i

benefic al acestuia în atmosfera terestr�.

Din mas� vegetal�, sub diferitele ei forme se pot fabrica biocombustibili, iar ace�tia sunt

benefici pentru mediu înconjur�tor deoarece ei adaug� mult mai pu�ine emisii nocive în atmosfer� �i

adesea utilizeaz� de�euri agricole ca resurs� [2]. Dac� combustibili fosili au pu�in sau deloc oxigen în

structural or, biocombustibili sunt ‘oxigena�i’ deoarece con�in oxigen în structural lor chimic� cu

rezultate benefice pentru ardere �i emisii de gaze de ardere mai pu�in poluante.

Cele mai cunoscute tipuri de biocombustibili sunt: bioetanolul �i biodieselul. Bioetanolul este

definit ca alcool etilic de provenien�� natural� iar biodieselul ca esteri metilici sau etilici ai acizilor

gra�i. În standardul ASTM termenul biodiesel este definit ca monoalchil esteri ai acizilor gra�i cu

lan�uri hidrocarbonate lungi, deriva�i din surse regenerabile de lipide, cum ar fi uleiuri vegetale sau

gr�simi animale, cu destina�ia folosirii în motoare cu aprindere prin compresie (diesel) [3].

Combustibilul biodiesel este regenerabil, biodegradabil �i netoxic cu multe avantaje fa�� de

motorina de origine fosil� �i prin urmare poate fi un combustibil foarte atractiv pentru utilizare în

agricultur�, ora�e, mine, nave maritime �i în parcuri na�ionale, adic� acolo unde este cel mai necesar s�

reducem sau s� evit�m poluarea.

În multe cazuri auzim fraze de tipul “Nu încerca�i asta acas�”. În cazul fabric�rii biodieselului,

auzim exact contrariul: ”Pute�i face biodiesel în propria gospod�rie”.

Oare chiar a�a este?

To�i folosim în via�a de zi cu zi uleiul vegetal în gospod�rie. �i alcoolul nu este greu de

procurat, dac� nu este metanol. “Re�eta” este simpl�: amesteca�i compu�ii la temperaturi de


199

aproximativ 60°C, pentru o or�, în prezen�� de sod� de rufe �i l�sa�i s� se separe dup� care îl pute�i

utiliza direct în rezervor!

Pare simplu, dar nu este chiar a�a. Este adev�rat c� un motor diesel va func�iona o vreme cu

acest tip de ‘biodiesel’, dar este foarte sigur c� va fi distrus destul de repede. La baza fabric�rii

combustibilului biodiesel st� un proces chimic complex, care necesit� utilizarea de materii prime

adecvate �i în cantit��i precis calculate. Procesarea post-reac�ie este laborioas� �i necesit� instala�ii

adecvate, greu, dac� nu imposibil de utilizat într-o gospod�rie.

Reac�ia de transesterificare este o reac�ie de echilibru. Pentru deplasarea echilibrului în sensul

form�rii produ�ilor de reac�ie, este necesar� ad�ugarea în exces a unuia din reactan�i, alcoolul în acest

caz. Manipularea alcoolului metilic necesit� aprob�ri speciale datorit� toxicit��ii sale �i este prin

urmare inaccesibil unor persoane neinstruite special.

Sfatul nostru este s� nu încerca�i fabricarea biodieselului acas� ci s� utiliza�i acest combustibil

fabricat de firme responsabile, care garanteaz� compatibilitatea lui total� cu motoarele diesel existente.

2. Fabricarea combustibilului BIODIESEL

2.1. Metode de fabricare a biodieselului

Uleiurile �i gr�simile sunt, chimic vorbind, esteri ai glicerinei cu acizii gra�i �i reac�ioneaz�

chimic cu un alcool prin transesterificare în prezen�a unui catalizator, conducând la esteri ai acizilor

gra�i cu alcoolul respectiv. Alcoolul cel mai utilizat este metanolul �i acesta a condus la numele de

FAME pentru biodiesel (Fatty Acids Methyl Esters). Din proces rezult� ca subprodus glicerina, cu

utiliz�ri în cosmetic�, industria chimic� �i farmaceutic�, compus ce poate contribui semnificativ la

diminuarea pre�ului biodieselului.

Transesterificarea este un proces descoperit �i aplicat cu peste 100 de ani în urm� de c�tre E.

Duffy �i J. Patrick (1853). Prin transesterificarea gr�similor masa molecular� este redus� la circa 1/3

din cea a gr�simii �i în acela�i timp este mic�orat� vâscozitatea de circa opt ori cu cre�terea accentuat�

a volatilit��ii, propriet��i fizice dorite pentru biodiesel.

Reac�ia de transesterificare necesit� stoechiometric 3 moli de alcool la un mol de triglicerid�

(gr�sime animal� sau vegetal�). În func�ie de procedeul utilizat cantitatea de alcool dep��e�te cu mult

raportul stoechiometric (ajunge în unele procedee la 50:1).

Alcooli �i gr�simile nu sunt solubile �i prin urmare reac�ia decurge la interfa�� fiind în

consecin�� un proces lent [4].

Reac�ia are loc conform schemei III.1.


200

Dup� cum se observ� din schem�, reac�ia necesit� prezen�a a cel pu�in trei moli de alcool �i a

unui catalizator. Doar pentru metanol în condi�ii de reac�ie în care metanolul se g�se�te în stare

supercritic� nu este nevoie de catalizatori [5].

Dup� reac�ie produ�ii se separ� în dou� straturi, stratul superior ce con�ine în majoritate esterii

metilici ai acizilor gra�i, urme de metanol, catalizator �i de glicerin� al�turi de 1-3% monogliceride �i

digliceride �i stratul inferior ce con�ine în principal glicerin�, excesul de metanol, catalizatorul �i ceva

mono �i digliceride. Esterii sunt trimi�i la fazele urm�toare de sp�lare purificare iar glicerina la

recuperare �i reciclare de alcool.

Un catalizator este de regul� utilizat pentru a m�ri viteza de reac�ie �i poate fi, în cazul

fabric�rii combustibilului biodiesel, de natur� acid�, bazic� sau enzimatic� (biocatalizatori).

Biocatalizatorii sunt de regul� lipaze, libere sau imobilizate �i necesit� o foarte mare grij� în

asigurarea condi�iilor de reac�ie pentru a men�ine cât mai mult� vreme activitatea catalitic� intact�.

Studii asupra reac�iei catalizate de enzime au fost efectuate de c�tre o serie de autori cu

rezultate mai mult sau mai pu�in promi��toare [6]. În general timpul de reac�ie este foarte mare, de

ordinul orelor �i condi�iile de lucru dificile, necesitând treceri multiple peste catalizator. Aceste

inconveniente au împiedicat aplicarea industrial� a fabric�rii enzimatice a combustibilului biodiesel,

cel pu�in pân� în prezent. Este posibil ca viitorul s� conduc� la descoperirea, bio-fabricarea de enzime

eficiente �i rezistente în timp, lucru ce va face ca acest tip de tehnologii sa fie reconsiderate.

Procesele ce decurg în cataliz� acid� sunt foarte utile în cazul folosirii de gr�simi sau uleiuri

vegetale ce con�in cantit��i mari (>5%) de acizi gra�i liberi [7]. Cei mai utiliza�i catalizatori sunt acidul

sulfuric, acidul clorhidric uscat �i acidul p-toluensufonic.

Literatura raporteaz� numeroase studii asupra ob�inerii biodieselului în cataliz� acid�,

rezultatele fiind suficient de promi��toare pentru a fi incluse în procesele industriale de fabricare a

biodieselului, mai ales ca etap� premerg�toare procesului în cataliz� bazic� [8,9].

Cele mai utilizate sisteme catalitice sunt îns� cele bazice, cele mai active fiind metoxidul de

sodiu sau potasiu. Acestea conduc la conversii de peste 98% într-un timp de reac�ie de cel mult 30

minute [9]. Metoxidul de sodiu sau potasiu sunt scumpe �i necesit� condi�ii speciale de fabricare:

Schema III.1. Ecua�ia chimic� a reac�iei de transesterificare


201

absen�a apei �i procesare special� dup� reac�ia metanolului cu hidroxidul de sodiu sau potasiu, facând

ca acest procedeu s� nu fie adoptat industrial.

Bazele cele mai utilizate în prezent sunt hidroxidul de sodiu �i de potasiu, în special din

ra�iuni economice, accesibilitate �i protec�ia mediului (hidroxidul de potasiu se transform� u�or în

fertilizator pentru agricultur�) [10].

Pentru cataliza bazic� exist� numeroase procedee, diferen�a între ele fiind dat� de condi�iile de

lucru �i concentra�iile de reactan�i. Majoritatea, îns� ofer� randamente ridicate �i conversii aproape

totale de ulei vegetal sau gr�sime animal� [11].

Baze organice de tipul alchilguanidinelor au fost studiate în scopul elimin�rii catalizatorilor

bazici anorganici [12], iar rezultatele au fost promi��toare mai ales atunci când aceste baze au fost

utilizate ca atare (fiind solubile atât în ulei cât �i în alcool) dar �i când au fost fixate în diver�i supor�i.

Când se folosesc hidroxizi alcalini formarea s�punului este cel mai r�u lucru ce se poate

întâmpla de�i este practic inevitabil (se poate doar diminua formarea lui). Dac� cre�terea concentra�iei

de hidroxizi alcalini are ca efect m�rirea vitezei de reac�ie, acest efect este transmis tuturor reac�iilor

inclusiv a celei de formare a s�punului. Prezen�a s�punului în produ�ii de reac�ie împiedic� separarea

eficient� �i purificarea ulterioar� a esterilor acizilor gra�i �i consecin�a este reducerea randamentelor

[13].

Cele mai importante probleme asociate cu produc�ia de biodiesel în cataliz� bazic� se refer� la

faptul c� atât uleiul vegetal cât �i gr�simea animal� nu sunt solubile în alcool �i prin urmare e necesar�

o amestecare extrem de bun� pentru a realiza un contact eficient între reactan�i. Majoritatea proceselor

în func�iune pân� în prezent se bazeaz� pe amestecarea mecanic� a reactan�ilor fiecare revendicând

diferite metode de amestecare ca fiind cele mai eficiente.

Dezvoltarea de noi metode, cu un consum mai redus de timp, oferind randamente mai mari,

condi�ii de lucru u�oare, simplitate în operare, etc., vor avea un impact deosebit în viabilitatea

economic� a fabric�rii combustibilului biodiesel ca alternativ� la produsele petroliere fosile.

Printre metodele noi luate în studiu se num�r� �i investigarea transesterific�rii uleiurilor

vegetale sub influen�a iradierii cu microunde în cataliz� acid�. Autorii revendic� o reac�ie rapid� într-

un minut, iar produ�ii similari cu cei ob�inu�i în condi�ii conven�ionale [14]. Tot sub influen�a

microundelor în cataliz� bazic� al�i autori revendic� de asemenea timpi scur�i de reac�ie �i randamente

ridicate (aproape cantitative) în 1-2 minute de reac�ie [15].

Cea mai important� limitare a acestui tip de proces îl constituie dificultatea de a experimenta

sinteze la scar� mai mare decât cea de laborator. Motivul este lipsa de utilaje func�ionând cu


202

microunde de mare produc�ie �i cu un volum suficient pentru uz industrial, cât �i a dificult��ii

omogeniz�rii masei de reac�ie în timpul iradierii cu microunde.

�i ultrasunetele au fost utilizate în scopul fabric�rii combustibilului biodiesel �i s-a g�sit c�

acestea pot cre�te viteza de reac�ie, dar nu sunt date prea multe detalii despre mersul procesului [16],

cercet�rile fiind reluate recent de grupul nostru [17].

2.2. Ultrasunetele �i sonochimia

Deoarece în aceast� lucrare vor fi prezentate procedee ce folosesc ultrasunetele pentru a

promova reac�ia consider�m util� o trecere în revist� a acestei p�r�i din �tiin�a chimic�. Scopul

principal este de a familiariza cititorul cu sonochimia �i de a-i oferi o baz� minim� de cunoa�tere a

acesteia pentru a o putea folosi cel pu�in pentru încerc�ri la nivel de laborator.

Utilizarea ultrasunetelor în chimie deschide o gam� complet nou� de aplica�ii utilizabile de

c�tre oamenii de �tiin��. În 1927 Alfred L. Lomis introduce primul ultrasunetele în chimie, observând

c� undele ultrasonice propagându-se într-un mediu lichid de reac�ie au ca rezultat alterarea r�spunsului

chimic [18]. A durat o perioad� destul de mare pân� când generatoare �i traductoare ultrasonice

suficient de rezistente în timp au devenit accesibile cercet�torilor �i astfel în jurul anilor 1980 chimia

influen�at� de undele ultrasonice ‘sonochimia’ s� cunoasc� un viguros reviriment [19].

Pe m�sur� ce din ce în ce mai mul�i cercet�tori au descoperit c� ultrasunetele promoveaz�,

m�resc viteza de reac�ie sau produc efecte dramatice asupra reac�iilor chimice studiate, folosirea

ultrasunetelor în chimie devine din ce în ce mai popular�. Termenul utilizat acum: sonochimia, poate fi

definit ca �tiin�a efectelor induse de undele ultrasonice asupra unei reac�ii chimice. De curând termenul

a fost extins asupra multor altor domenii înrudite cu chimia, cum ar fi: extrac�ia, separarea,

cristalizarea, distilarea, formarea nanoparticulelor, a nanopic�turilor, etc.

Efectele ultrasunetelor asupra reac�iilor chimice nu sunt rezultatul unei interac�iuni directe, la

nivel molecular, a câmpului ultrasonic cu speciile chimice, deoarece frecven�ele ultrasonice sunt la

mare distan�� de frecven�a vibra�ional� a leg�turilor atomice în molecule. Motivul pentru care

ultrasunetele sunt capabile s� produc� efecte chimice este generarea de cavita�ii (goluri în lichid) care

pe parcursul ciclurilor acustice cresc �i apoi sufer� colaps violent cu eliberarea, practic punctiform, a

unor enorme cantit��i de energie.

Ultrasunetele sunt vibra�ii mecanice de frecven�� ridicat�, de regul� peste 20000 cicluri pe

secund� (Hertz). Sub aceast� frecven�� se afl� domeniul sonor, audibil, respectiv sunetele. Generarea

ultrasunetelor este realizat� de un obiect ce vibreaz�. Aceast� vibra�ie va face materia din vecin�tate,

care poate fi solid, lichid sau gaz, s� vibreze �i ea. Vibra�iile acestea sunt de natur� mecanic� �i devin

în materiale elastice unde de presiune �i rarefiere.


203

Ca form� sunt unde longitudinale, create prin compresia �i expansiunea moleculelor în mediul

în care se propag�: solid, lichid sau gaz. Orice punct în mediul ce conduce ultrasunetele este supus

unei compresii �i apoi unei rarefieri, presiunea acustic� fiind pozitiv� în timpul compresiei sau

negativ� în timpul rarefierii, a�a cum se poate ilustra în figura III.1.

O und� acustic� poate fi reprezentat� ca o varia�ie periodic� a presiunii Pm în jurul unei valori

medii Po (descris� de ecua�ia 1).

Pm = Po+Asin2πct/λ (eq. 1)

În care:

Pm = varia�ia de presiune Po = presiunea medie c = viteza sunetului λ = lungimea de und� A = amplitudinea t = timp

În cele ce urmeaz� vor fi prezentate principalele efecte produse de propagarea ultrasunetelor în

lichide, în scopul în�elegerii fenomenologiei �i a modului în care pot fi utilizate în fabricarea

combustibilului biodiesel.

Moleculele unui lichid sunt supuse unor for�e de atrac�ie între ele, for�e ce sus�in coeziunea

st�rii lichide. Aceste for�e intermoleculare sunt for�e de tip Van de Waals, leg�turi de hidrogen (acolo

unde sunt posibile) sau interac�iuni dipol - dipol (în dipolii permanen�i ai moleculelor lichidelor).

A�a cum se observ� în figura 1, în perioada de rarefiere moleculele din lichid sunt supuse

unor for�e de separare �i dac� puterea ultrasonic� este suficient de mare se produc goluri sau cavita�ii

în lichid. Cavita�iile produse într-un lichid �i comportamentul lor ulterior constituie ‘inima’

sonochimiei.

Cavita�iile, odat� induse, sufer� dup� câteva cicluri acustice colaps, implodeaz�, fenomen ce

are loc în faza de compresie. Cavita�ia sau bula cavita�ional� nu este un gol perfect (vid) ci în cavita�ie

Figura III.1. Reprezentarea schematic� a unei unde longitudinale


204

p�trund vapori din lichid, substan�e dizolvate dac� au o presiune de vapori suficient�, gaze dizolvate,

pe când ionii sau moleculele nevolatile nu vor putea p�trunde în cavita�ie [20]. Energia eliberat� la

colaps (implozie) este suficient de mare pentru a induce excitarea, ionizarea sau chiar disocierea

moleculelor, având ca rezultat reac�ii chimice. Implozia unei cavita�ii este influen�at� de câ�iva factori

importan�i, prezenta�i în continuare pe scurt.

2.2.1. Frecven�a ultrasonic�

Producerea unui gol, cavita�ie într-un lichid necesit� o perioad� finit� de timp pentru a l�sa

moleculele s� devin� separate unele de altele. Aceast� perioad� de timp este în strâns� rela�ie cu

frecven�a ultrasonic�. Astfel cu cre�terea frecven�ei faza de rarefiere devine tot mai redus� ca timp �i

prin urmare este mai dificil� producerea de cavita�ii. Pentru a induce totu�i acest fenomen este nevoie

de o putere ultrasonic� mai mare. De regul� cu cât frecven�a este mai mic� cu atât mai pu�in� putere

este necesar� pentru producerea fenomenului cavita�ional, �i invers. Desigur acest lucru nu trebuie

privit chiar a�a de simplu, întotdeauna este necesar� o anumit� valoare a puterii introduse în mediul

lichid.

2.2.2. Intensitatea ultrasonic�

Intensitatea este direct corelat� cu amplitudinea vibra�iei ultrasonice �i în consecin�� cu puterea

introdus� în mediu. O cre�tere a puterii va produce o cre�tere a num�rului de evenimente cavita�ionale

�i prin urmare a efectelor chimice. Cu toate acestea nu este recomandabil sa fie crescut� prea mult

intensitatea ultrasonic� pentru a nu ajunge în situa�ia decupl�rii sursei de ultrasunete de mediu lichid

prin formarea unei ‘perne’ de bule cavita�ionale ce nu mai permite introducerea undelor ultrasonice în

lichid, fiind disipate de pseudogazul produs de cavita�ii. În aceste condi�ii sistemul func�ioneaz� în

salturi: cuplajul cu lichidul produce cavita�ii, acestea decupleaz� sursa ultrasonic� �i dup� ce dispar se

realizeaz� recuplarea. Traductorul func�ioneaz� în �ocuri �i rezultatul poate fi distrugerea lui.

2.2.3. Gazul dizolvat

Gazele dizolvate în lichidul supus iradierii ultrasonice ac�ioneaz� ca centre de formare a

cavita�iilor, fiind punctele slabe ale leg�turilor intramoleculare din lichide. Cre�terea concentra�iei de

gaz dizolvat în lichid faciliteaz� producerea cavita�iilor, dar în acela�i timp o concentra�ie prea mare

are ca efect amortizarea colapsului �i în consecin�� o cantitate mai mic� de energie eliberat� de

implozie. Temperatura la finalul colapsului depinde de raportul politropic al c�ldurilor specifice

(�=Cp/Cv) �i de conductivitatea termic� a gazelor dizolvate, cu cât raportul politropic este mai mic �i

temperatura la sfâr�itul imploziei va fi mai mic�. O conductivitate termic� mare are drept consecin�� o

vitez� de transfer termic mai mare �i prin urmare un efect termic mai mic [21].


205

2.2.4. Temperatura de lucru

Temperatura de lucru a lichidului iradiat ultrasonic are dou� efecte contradictorii: o

temperatur� sc�zut� conduce la cre�terea viscozit��ii �i face mai dificil� crearea de cavita�ii. Cu toate

acestea colapsul cavita�ional este mult mai violent iar cantitatea corespunz�toare de energie eliberat�,

mai mare. Cu alte cuvinte cu cât temperatura de lucru este mai mic� cu atât vitezele de reac�ie vor fi

mai mari. Acest lucru este unul din a�a-zisele ‘paradoxuri’ ale sonochimiei. Crescând temperatura

cre�te �i presiunea de vapori în mediu, f�când mai u�oar� producerea cavita�iilor, dar efectul

sonochimic va fi mult diminuat.

2.2.5. Presiunea extern�

Cre�terea presiunii externe aplicat� lichidului înseamn� c� va fi nevoie de o mai mare putere

ultrasonic� a fi introdus� în lichid pentru a ini�ia formarea de cavita�ii. Colapsul cavita�ional va fi mult

mai violent �i energia eliberat� mai mare.

2.2.6. Natura solventului

Formarea cavita�iilor înseamn� generarea unei structuri lichid-gaz. Prin interfa�a acestei

structuri are loc un schimb de gaze – vapori cu lichidul înconjur�tor. Acest proces produce o oarecare

presiune în interiorul cavita�iei ca r�spuns al perturb�rii mediului de câmpul ultrasonic cu scopul

reducerii diferen�ei între presiunea din cavita�ie �i cea a mediului. În solven�i cu presiune de vapori

mare este dificil� inducerea de cavita�ii deoarece foarte pu�ini vapori vor intra în cavita�ie �i prin

urmare e nevoie de puteri ultrasonice mai mari. De exemplu în glicerin� este extrem de dificil�

generarea de cavita�ii.

Exist� mai multe teorii despre modul în care ultrasunetele produc efecte chimice, teorii ce pot fi

g�site în c�r�i de specialitate [22]. Una dintre ele este direct legat� de temperatura atins� la sfâr�itul

colapsului cavita�ional �i se nume�te teoria punctului fierbinte (hot spot theory) iar cealalt� se bazeaz�

pe câmpurile electrice dezvoltate în timpul form�rii �i fragment�rii cavita�iei �i se nume�te teoria

electric�.

În cele ce urmeaz� vor fi prezentate pe scurt modurile de ac�iune ale ultrasunetelor, prin

cavita�iile generate, în medii omogene �i heterogene.

2.2.7. Medii omogene:

În general mediul omogen este definit ca având o singur� faz�, lichid�, gazoas� sau solid�. În

cazul nostru ne referim doar la faza lichid�. Mediile lichide sunt acceptate a fi definite ca omogene,

de�i în realitate este practic imposibil de atins aceast� stare. În lichid se afl� gaze dizolvate �i

microparticule solide.


206

Figura III.2

Figura III.3.

Figura III.4.

Introducerea ultrasunetelor provoac� dezorganizarea st�rii

omogene prin producerea cavita�iilor �i prin urmare nu se poate vorbi

de efecte ultrasonice în medii strict omogene. Cu toate acestea în

chimie este acceptat c� reac�iile chimice desf��urate în mediu lichid au

loc în mediu omogen. Efectele chimice sunt urmare a colapsului

cavita�ional, a�a cum a fost men�ionat

mai înainte.

Cavita�ia în medii omogene se

presupune a fi sferic� (figura III.2) �i se distinge prin trei zone: zona

central� unde se ating cele mai mari temperaturi �i presiuni, zona

imediat înconjur�toare în care valorile de temperatur� �i presiune sunt

mai mici. În aceast� zon�, inel de lichid înconjur�tor, lichidul are

propriet��i diferite de lichidul de lucru. Zona a treia se refer� la

lichidul de lucru în care dup� colaps se manifest� de regul� undele de �oc (prezente �i în inelul

înconjur�tor) �i for�e de forfecare.

2.2.8. Medii heterogene:

Pentru reac�iile desf��urate în câmp ultrasonic dou� tipuri de medii heterogene sunt de interes:

medii lichid-lichid, figura III.1., compuse din dou� sau mai multe lichide de regul� imiscibile sau pu�in

solubile �i medii solid-lichid, figura

III.4, în care este vorba de suspensii

de solide în diferite lichide.

În medii heterogene lichid-

lichid, colapsul cavita�ional din

apropierea interfe�ei genereaz� jeturi

supersonice de lichid care sunt

împinse unul în altul, conducând la

formarea de emulsii foarte fine. În

esen�� se creeaz� nano pic�turi dintr-un lichid în cel�lalt (figura III.3) �i astfel amestecarea lor este

extrem de eficient�. Consecin�a este realizarea de reac�ii chimice la interfa�a dintre nano pic�turi.

În prezen�a unor impurit��i solide acestea ac�ioneaz� ca nuclee de formare a cavita�iilor prin

gazele captate în fisurile din particulele solide (figura III.4a). Colapsul cavita�ional poate avea loc în

apropierea acestor fisuri având drept consecin�� spargerea particulelor în buc��i de ordinul

nanometrilor. Când colapsul cavita�ional se produce în apropierea suprafe�ei solide, colapsul este


207

asimetric (figura III.4b) �i genereaz� un jet supersonic care este îndreptat c�tre solid, producând

ruperea de mici particule de solid (efectul de cur��are al ultrasunetelor) cu consecin�a men�inerii

continui a unei suprafe�e de reac�ie curat� �i accesibil� reactan�ilor din mediul lichid. Prin acest efect

se explic� �i influen�a benefic� a ultrasunetelor în cataliza heterogen�.

În esen�� efectele sonochimice pot fi enumerate astfel:

1. Reduc timpul de reac�ie �i/sau m�resc randamentul;

2. Folosesc condi�ii mai blânde de reac�ie, temperaturi de reac�ie mai mici;

3. Posibil� comutare a c�ii de reac�ie cu ob�inerea de produ�i diferi�i de reac�ie în compara�ie

cu reac�ia desf��urat� clasic;

4. Folosirea unor cantit��i mai mici de catalizatori sau în unele cazuri eliminarea

catalizatorilor;

5. Permite folosirea unor reactivi de calitate tehnic� în locul celor chimic puri;

6. Activeaz� metalele �i catalizatorii;

7. Se reduce perioada de induc�ie;

8. Revitalizeaz� unele reac�ii ce decurg în condi�ii dificile sau sunt foarte greu de realizat.

În aceast� lucrare sunt prezentate rezultatele investiga�iilor privind reac�ia de transesterificare a

uleiurilor vegetale cu metanol sau etanol având ca surs� de energie ultrasunetele, cu scopul ob�inerii de

esteri ai acizilor gra�i: biodiesel. Lucrarea de fa�� este par�ial cuprins� în teza de doctorat a autoarei

Stavarache Carmen, este publicat� în dou� articole �tiin�ifice �i face obiectul a dou� cereri de brevet de

inven�ie [17].

2.3. Proceduri experimentale

2.3.1. Reactivi

Hidroxidul de sodiu �i de potasiu, au fost procura�i de la firma Wako Chemicals �i au fost

utiliza�i dup� m�cinare pentru a facilita dizolvarea lor în alcool. Ambii alcooli, metilic �i etilic au

aceea�i origine �i au fost utiliza�i ca atare. Uleiul vegetal a fost de tip alimentar �i are urm�toarele

propriet�ti de baz�: indice de aciditate 1.247, indice de iod 70 �i indice de saponificare 195.

2.3.2. Proceduri

Amestecul de reac�ie const� în ulei vegetal, alcool �i catalizator alcalin dizolvat în alcool.

Raportul molar alcool / ulei a fost 6 / 1. Cantitatea de catalizator a fost de 0.5, 1.0 �i 1.5% (procente de

greutate raportate la cantitatea de ulei)

Reac�ia clasic� a fost realizat� folosind un agitator mechanic Matsushita Electric Ind., model

SCV35W la 1800 rot./min. Reac�ia ultrasonic� a fost realizat� folosind un utilaj Honda Electronics

Ultrasonic Cleaners WS 1200-28 �i WS 1200-40, cu o putere total� de 1200 W, operat la 60% din


208

puterea total�. Reac�ia a fost monitorizat� prin analiz� TLC iar conversia a fost considerat� total� când

nu au mai fost detectate urme de ulei vegetal. Dup� terminarea reac�iei amestecul a fost l�sat pentru

sedimentare �i separare de faze timp de 8 ore. Faza superioar� este constituit� din amestecul de esteri

iar cea inferioar� majoritar din glicerin�. Catalizatorul remanent �i alcoolul sunt distribui�i între faze:

ceva urme în stratul de esteri �i cea mai mare parte în stratul glicerinos. Dup� separarea fazelor, urmele

de alcool �i catalizator au fost sp�late cu ap�, iar amestecul de esteri uscat pe clorur� de calciu.

Randamentele au fost calculate dup� filtrarea clorurii de calciu �i cânt�rirea esterilor ob�inu�i. Toate

reac�iile experimentele au fost realizate într-un vas Erlenmeyer în volum de 100 ml.

Esterii metilici au fost sintetiza�i în varianta clasic� �i cea ultrasonic� într-o singur� etap� de

transesterificare, urmat� de separare, sp�lare �i uscare. În vasul Erlenmeyer au fost introdu�i 9 ml de

alcool metilic (0.204 moli) ce aveau dizolvate 0.15 grame de NaOH �i 30 grame de ulei vegetal (0.034

moli) �i apoi fie agitate mecanic fie irradiate ultrasonic, ambele procedee având loc la temperatura

camerei.

La intervale de 10 minute au fost luate probe �i analizate TLC, pe pl�cu�e Merck Silicagel

60F254, spoturile fiind vizualizate cu iod. Solventul de eluare a fost cloroform/eter de petrol 8/12

(vol/vol).

Dup� separare stratul superior a fost spalat de 3 ori cu 30 ml ap� con�inând 30% clorur� de

calciu in scopul îndep�rt�rii catalizatorului �i a alcoolului nereac�ionat. În final esterii au fost usca�i pe

clorur� de calciu.

Similar s-a procedat pentru esterii etilici dar cantitatea de alcool etilic a fost de 13 ml.

Aranjamentele experimentale sunt redate în figura III.5, a – aranjamentul ultrasonic �i b –

aranjamentul clasic.

a b

Figura III.5. Aranjamentele experimentale pentru reac�ia de ob�inerea biodieselului


209

3. Rezultate �i discu�ii

Procedurile care au loc în cataliz� bazic� sunt cele mai simple �i mai rapide. Nu necesit� exces

mare de alcool �i nici aranjamente experimentale speciale. Singurul dezavantaj al acestor proceduri îl

constituie formarea s�punului într-o reac�ie concurent� cu cea de transesterificare, mai ales când se

lucreaz� cu concentra�ii mai mari de 1.5% de catalizator [23]. Din fericire formarea s�punului are o

vitez� de reac�ie mai mic� decât transesterificarea. Totu�i formarea s�punului este necesar� deoarece

ac�ioneaz� ca agent de transfer de faz� �i faciliteaz� contactul dintre reactan�i.

Mecanismul de reac�ie este de regul� formulat ca având loc în trei pa�i, dar în realitate este

mult mai complicat. Chiar dac� consider�m c� uleiul este format dintr-un singur fel de acid gras,

reac�ia lui cu un alcool implic� cel pu�in 12 echilibre de reac�ie (schema III.2).

În care:

Compus Structur�

TG = triglicerid� H2C

HC

H2C

OCOR1

OCOR1

OCOR1

DG1 = diglicerid� H2C

HC

H2C

OCOR1

OH

OCOR1

DG2 = diglicerid� H2C

HC

H2C

OCOR1

OCOR1

OH

MG1 = monoglicerid� H2C

HC

H2C

OCOR1

OH

OH

MG2 = monoglicerid� H2C

HC

H2C

OH

OCOR1

OH

Schema III.2. Mecanismul transesterific�rii


210

Compus Structur�

Gly = glicerin�

H2C

HC

H2C

OH

OH

OH Ester = ester metilic al acidului R2OCOR1

3.1. Influen�a tipului �i cantit��ii de catalizator

Având în vedere c� cei mai economici catalizatori sunt hidroxidul de sodiu �i potasiu doar

ace�tia au fost experimenta�i în lucrarea de fa��. Nu exist� mari diferen�e între cei doi catalizatori ca

timp de reac�ie, doar c� sub ultrasunete hidroxidul de sodiu se dovede�te a fi mai eficient decât cel de

potasiu (tabelul III.2. �i III.3).

Tabelul III.2.

Randamentele în esteri metilici izola�i

0.5% (wt/wt) NaOH 1.0% (wt/wt) NaOH 1.5% (wt/wt) NaOH

Metoda Timp, min Rand. % Timp,

min Rand. % Timp, min Rand. %

Agitare mecanic� 60 80 10 91 10 35

Iradiere ultrasonic� 28 kHz 40 98 10 95 10 75

Iradiere ultrasonic� 40 kHz 20 98 10 91 10 68

Din aceste rezultate se poate trage concluzia c� ultrasunetele cu o frecven�� de 40 kHz sunt

mai eficiente decât cele de 28 kHz, motivul pentru care se observ� o asemenea diferen�� nefiind pe

deplin elucidat pân� în prezent. De asemenea se poate spune c� ultrasunetele promoveaz� reac�ia �i la

concentra�ii mici de catalizator, situa�ie favorabil� industrial �i care genereaz� �i cea mai mic� cantitate

de s�pun.

Avantajele sunt transmise �i în fazele ulterioare ale procesului în sensul c� separarea la

concentra�ii mici de catalizator în cazul reac�iei activate ultrasonic este mai rapid� �i de asemenea

fazele sunt mai bine delimitate. Cre�terea concentra�iei de catalizator conduce la cre�terea cantit��ii de

s�pun �i implicit la dificult��i de separare �i purificare, f�când avantajul scurt�rii timpului de reac�ie

inutil.

În cazul folosirii hidroxidului de potasiu cre�terea cantit��ii de catalizator nu conduce la

modific�ri atât de însemnate de randament ca pentru cel de sodiu (tabelul 2).

Explica�ia posibil� pentru acest comportament poate fi faptul c� s�punul de potasiu este mai moale �i

mai solubil în ap� �i nu spumeaz� a�a de mult ca cel de sodiu �i în consecin�� pierderile în fazele

ulterioare reac�iei sunt mai mici.


211

Tabelul III.3.

Randamentele în esteri metilici izola�i

0.5% (wt/wt) KOH 1.0% (wt/wt) KOH 1.5% (wt/wt) KOH

Metoda Timp, min

Rand. % Timp, min

Rand. % Timp, min

Rand. %

Agitare mecanic� 60 86 10 85 10 83 Iradiere ultrasonic� 28

kHz 40 95 10 93 10 93

Iradiere ultrasonic� 40 kHz

20 96 10 92 10 90

Acela�i tip de experimente au fost efectuate folosind etanol. Rezultatele sunt prezentate în tabelul III.4.

pentru hidroxidul de sodiu �i tabelul III.5. pentru hidroxidul de potasiu.

Tabelul III.4.

Randamentele în esteri etilici izola�i

0.5% (wt/wt) NaOH 1.0% (wt/wt) NaOH 1.5% (wt/wt) naOH

Metoda Timp, min

Rand. % Timp, min Rand. %

Timp, min

Rand. %

Agitare mecanic� 20 79 20 40 10 47 Iradiere ultrasonic� 28

kHz 50 74 20 75 20 75

Iradiere ultrasonic� 40 kHz

20 88 10 48 10 30

Se observ� u�or c� din nou hidroxidul de sodiu produce randamente mici când este folosit în cantit��i

mari �i acest lucru este datorat form�rii de s�pun, cu consecin�ele ce decurg de aici în fazele ulterioare

reac�iei. Etanolul dizolv� ceva mai mult ulei decât metanolul �i acest lucru este accelerat de apari�ia

s�punului care face ca cele dou� faze s� se solubilizeze rapid cu consecin�a scurt�rii timpului de

reac�ie. Ca �i mai sus la concentra�ii mici de catalizator randamentele ultrasonice sunt mari ceea ce

înseamn� c� formarea s�punului este defavorizat�.

Folosind hidroxid de potasiu situa�ia este mult mai proast� ca în cazul alcoolului metilic, randamentele

fiind mult mai mici (tabelul III.5.).

Tabelul III.5.

Randamentele în esteri etilici izola�i

0.5% (wt/wt) NaOH 1.0% (wt/wt) NaOH 1.5% (wt/wt) NaOH

Metoda Timp, min

Rand. % Timp, min

Rand. % Timp, min

Rand. %

Agitare mecanic� 60 55 10 57 10 44 Iradiere ultrasonic� 28 kHz 40 81 10 71 10 49 Iradiere ultrasonic� 40 kHz 20 55 10 65 10 38


212

3.2. Influen�a tipului de ulei

Utilizarea ultrasunetelor pentru transesterificarea trigliceridelor este o tehnic� nou�, �i nu

exist� multe cuno�tin�e în ceea ce prive�te mecanismul reac�iei în aceste condi�ii.

Din considerente economice, uleiurile vegetale folosite ca materie prim� pentru biodiesel pot

proveni din mai multe surse, în func�ie de condi�iile climatice. De exemplu, în America de Nord (SUA

�i Canada), se produc la ora actual� cantit��i foarte mari de ulei de soia, în timp ce ��rile Europene

produc în special ulei de rapi��. În România cel mai utilizat este, în schimb uleiul de floarea soarelui.

În Asia se utilizeaz� în special uleiul de palmier. Din aceste motive, în grupul nostru au fost conduse

studii privind transesterificarea mai multor tipuri de ulei în câmp ultrasonic, în cataliz� bazic�. În tabel

sunt prezentate uleiurile alese pentru acest studiu �i caracteristicile lor.

Tabel III.6.

Propriet��ile bazice ale uleiurilor studiate

Ulei Indice de aciditate Indice de iod Indice de saponificare Rapi�� 1.03 115 179 Porumb 0.60 120 187 Struguri 0.76 140 193 M�sline 0.80 77 188 Palmier 1.3 62 198 Floarea-soarelui 0.80 91 186 Soia 0.39 117 189

Uleiul de m�sline are un con�inut ridicat de trioleina (OOO) �i de palmitino-oleino-oleina

(POO) [24]. Uleiul de palmier con�ine linoelino-oleino-palmitin� (LOP) într-un procent de 24%, urmat

de oleino-oleino-palmitin� (OOP), în procent de 17% iar uleiul de rapi�� con�ine 23% olein�-linolein-

olein� (OLO) [25]. Acizii satura�i sunt mai abunden�i în pozi�iile 1 si 3 iar cei nesatura�i în pozi�ia 2

[25]. Uleiurile vegetale au o distribu�ie specific� a con�inutului în acizi gra�i, �i de aceea mecanismul

de transesterificare ar putea fi diferit, pentru fiecare tip de ulei. Conversia acestor uleiuri în esteri

metilici în varianta de laborator în �arje, la diferi�i timpi de reac�ie, este exemplificat� în tabelul III.7.

Tabelul III.7.

Conversia uleiurilor în esteri metilici

Ulei 10 min 20 min 30 min 40 min 50 min 60 min Rapi�� 84.05 87.03 89.33 91.29 91.95 92.63 Struguri 76.92 84.53 88.51 90.83 90.46 93.83 Floarea-soarelui 75.72 85.22 88.70 91.25 92.49 93.52 M�sline 78.67 86.25 88.88 90.33 91.57 91.84 Palmier 81.15 86.58 90.97 92.22 92.94 93.78 Porumb 82.77 88.40 90.88 91.93 93.31 94.28 Soia 84.35 88.36 91.12 92.45 93.14 93.42


213

Cea mai important� concluzie a acestui studiu este c� în câmp ultrasonic reac�ia de

transesterificare este rapid� în primele 10 minute. Acest lucru permite extinderea concluziei spre

procesele în flux continuu în care timpul de reziden�� în reactoare ultrasonice special proiectate poate

fi foarte scurt. Concentra�ia de echilibru a amestecului const� în peste 75% esteri metilici �i mai pu�in

de 1% trigliceride, restul fiind mono- �i di-gliceride, intermediari ai reac�iei de transesterificare. În

timpul sp�l�rii o mare parte din produ�ii intermediari sunt elimina�i din produsul final. Faptul c� în

acest tabel conversiile nu sunt apropiate de 100% este datorat inten�iei de studiu �i anume de a încerca

decelarea pa�ilor intermediari ai reac�iei în scopul verific�rii dac� ultrasunetele promoveaz� un anumit

tip de atac asupra trigliceridelor �i dac� acest lucru este influen�at de natura uleiului luat în studiu.

Viteza mare de reac�ie, datorat� practic transfer�rii reac�iei de la interfa�a mare (pic�turi de dimensiuni

mari) generat� prin agitare mecanic� la interfa�� nano (nano-pic�turi ) generat� de iradierea ultrasonic�

nu a permis decelarea st�rilor intermediare, dar a condus la concluzia c� reac�ia este foarte rapid�.

3.3. Instala�ie continu�

În urma studiilor întreprinse de grupul nostru privind reac�ia de transesterificare în câmp

ultrasonic a uleiurilor vegetale, am ob�inut rezultate încurajatoare pentru scopul final al cercet�rilor:

aplicarea industrial� a procedeului ultrasonic de ob�inerea a combustibilului biodiesel. În acest scop am

încercat s� dezvolt�m aceast� metod� într-un proces continuu de producere a biodieselului. În prim�

Figura III.6. Instala�ie continu� pentru producerea biodieselului


214

faz� s-a încercat aplicarea tehnicii ultrasonice pentru o instala�ie de laborator, utilizând vase de volume

mici, dar care s� func�ioneze în regim continuu.

Pe baza rezultatelor ob�inute în experimentele de laborator în �arje a fost posibil� punerea la

punct a unei instala�ii continui de laborator, a�a cum este prezentat� în figura III.6.

Pentru experimentele în instala�ia continu� de laborator au fost utilizate dou� tipuri de uleiuri

vegetale: ulei de palmier, provenien�� Thailanda �i ulei de rapi�� varianta Canola, import din Canada.

Propriet��ile bazice ale acestor uleiuri sunt prezentate în tabelul III.7.

Instala�ia const� în rezervoare de materii prime, din sticl� sau metal, dou� pompe dozatoare,

peristaltice, utilaj ultrasonic Honda Electronics Ultrasonic Cleaners WS 1200-40, cu frecven�a de 40

kHz �i putere de 1200 watts, vas de reac�ie din sticl� de 1000 ml volum total �i rezervor de colectare a

produsului de reac�ie.

Pompa 1 introduce în reactor metanol având dizolvat în el catalizatorul, iar pompa 2 introduce

uleiul vegetal. Pentru uleiul de palmier este nevoie de înc�lzire pân� la 50°C, pentru a asigura o

curgere constant� a acestuia prin tuburile de alimentare, deoarece uleiul de palmier este solid la

temperatura camerei. Din vasul de reac�ie produsul este colectat continuu într-un rezervor de stocare �i

apoi prelucrat prin sp�lare �i uscare în vederea folosirii în motor.

Pentru a determina timpul optim de reziden�� în vasul de reac�ie pentru o conversie maxim�,

au fost testate mai multe viteze de curgere, tabelul III.8.

Tabelul III. 8.

Viteza de curgere a materiilor prime

Timp de reziden�� în reactor

Viteza de curgere a metanolului (ml/min)

Viteza de curgere a uleiului vegetal (ml/min)

Mas� de reac�ie prelucrat� (l/or�)

10 21.40 78.6 6.0 20 10.40 39.3 3.0 30 7.15 26.2 1.5

În condi�ii de operare continu� la nivel de laborator, timpul de reziden�� de 30 minute a oferit

conversia maxim�. Operând la alt nivel tot în condi�ii de laborator pe un reactor cu un volum de lucru

de 2500 ml, cu un alt sistem ultrasonic, a fost posibil� reducerea timpului de reziden�� la 10 minute.

Procesul de fabricare al biodieselului ce implic� iradierea ultrasonic� poate fi aplicat �i la

scar� industrial� în reactoare de volume mai mari cât �i la scar� mic� în instala�ii ce pot fi operate

local, în ferme ce produc ulei vegetal �i care pot folosi biodieselul pentru nevoi proprii. Pe baza

procesului tehnologic dezvoltat în laborator a fost construit� o instala�ie pilot în Osaka �i urmeaz�

studierea posibilit��ii de a construi o instala�ie industrial� în Thailanda, �ar� ce produce ulei de palmier

�i ar putea avea o produc�ie de biodiesel competitiv� economic. Tot pe acest procedeu se studiaz� �i


215

posibilitatea construirii de unit��i mobile (pe platforma unui camion) destinat� deplas�rii la ferme

agricole �i procesarea pe loc a uleiului vegetal.

Deoarece material prim� pentru fabricarea combustibilului biodiesel este în principal uleiul

vegetal �i gr�simea animal�, biodieselul ar putea fi integrat într-o tehnologie agricol� ce ar permite

valorificarea poten�ialului de materii prime grase, produsele secundare de la fabricarea biodieselului

putând fi valorificate în ferm�: catalizatorul KOH neutralizat la o form� utilizabil� ca îngr��mânt,

glicerina ad�ugat� în hrana animalelor sau folosit� la condi�ionarea unor pesticide, excesul putând fi

valorificat pe pia��.

4. Concluzii

Având în vedere rezultatele prezentate în aceast� lucrare, precum �i cele publicate se poate

trage concluzia c� ultrasunetele intensific� transferul de mas� între uleiul vegetal �i alcool prin crearea

de nano structuri în masa de lichid conducând la conversii �i randamente mari de transesterificare.

Majoritatea uleiului vegetal este transformat în primele minute de reac�ie în cataliz� bazic�

sub ultrasunete. Restul timpului atingerii conversiei practic totale fiind consumat de reac�iile mono- �i

di-gliceridelor cu alcoolul prezent.

Folosirea ultrasunetelor conduce la procese ce necesit� un consum mai mic de catalizator �i

un raport alcool / ulei vegetal de doar 6 / 1, cu efecte economice benefice.

Condi�ii de lucru blânde, temperatur� ambiant� �i presiune atmosferic� fac din procedeul

sonochimic o tehnologie agreat� de fabricare a combustibilului biodiesel.

Ultrasunetele devin în consecin�� o unealt� de valoare în mâna chimi�tilor pentru promovarea

reac�iilor de transesesterificare a gr�similor vegetale �i animale �i nu numai pentru aceasta.

Instala�iile de producere a biodieselului sunt u�or de condus, se preteaz� la procese continui

foarte simple �i au avantajul unui reactor de mare productivitate �i mici dimensiuni.

Mul�umiri:

Dr. Mircea Vîn�toru mul�ume�te Societ��ii Japoneze pentru Promovarea �tiin�ei pentru bursa

de 6 luni oferit� în anul 2002.

Autorii mul�umesc CHIMINFORM DATA pentru ocazia oferit� de a face cunoscute

rezultatele ob�inute în domeniul fabric�rii combustibilului biodiesel.

5. Bibliografie:

1. S. E. Manahan, Environmental Chemistry, 7th edition, Lewis Publisher, Bocca Raton, New York,

2000.

2. R. E. H. Sims, The Brilliance of Bioenergy, James&James Ltd. Publishers, London, 2002.


216

3. Biodiesel Report, National Biodiesel Board, Jefferson City, MO, March 1996.

4. Y. M. Choo, A. N. Ma, Chem & Ind., 530, 2000.

5. D. Kusdiana, S. Saka, Fuel 80, 693, 2001.

6. Y. Shimada, Y. Watanabe, T. Samukawa, A. Sugihara, H. Noda, H. Fukuda, Y. Tominaga

JAOCS, 76(7), 789, 1999; A. Buthe, M.B. Ansorge-Schumacher, W. Hartmeier, 1st Joint

Symposium of the Working Group "Biotransformation" of the VAAM and the German Society

for Fat Science (DGF) March 26 - 28, 2003, Greifswald, Germany; V. Dossat, D. Combes, A.

Marty, Enzyme and Microb. Tech. 25, 194, 1999.

7. Y. Watanabe, Y. Shimada, A. Sugihara, H. Noda, H. Fukuda, Y. Tominaga, JAOCS, 77(4), 355,

2000; E.W. Eckey, JAOCS, 33, 575, 1956.

8. R. Alcantara, J. Amores, L. Canoira, E. Fidalgo, M.J. Franco, A. Navarro, Biomass and

Bioenergy, 18, 515, 2000; M. Canakci, J. van Gerpen, Trans. ASAE, 42(5), 1203, 1999.

9. D. Nimcevic, R. Puntigam, M. Worgetter, J. R. Gapes, JAOCS, 77, 275, 2000.

10. D. Darnoko, M. Cheryan, J. Am. Oil. Chem. Soc. 77, 1263, 2000; K. Komers, R. Stloukal, J.

Machek, F. Skopal, Eur. J.Lipid Sci. Technol. 103, 363, 2001; Y. Zhang, M. A. Dube, D.D.

McLean, M. Kates, Biores. Technol., 89, 1, 2003.

11. X. Lang, A.K. Dalai, N.N. Bakhshi, M.J. Reaney, P.B. Hertx, Bioresource Technology, 80, 53,

2001.

12. R. Sercheli, R. M. Vargas, U. Schuchardt, JAOCS, 76, 1999, 1207.

13. Ma, M.A. Hanna, Biores. Technol., 70, 15, 1999.

14. Dasgupta, P. Banerjee, S. Malik, Chem. Phys. Lipids 62, 281, 1992.

15. Loupy, A. Petit, M. Ramdani, C. Yvanaeff, M. Majdoub, B. Labiad, D. Villemin, Can. J. Chem.

70, 90, 1993.

16. S. Gryglewicz, Biores. Technol., 70, 249, 1999.

17. Carmen Eugenia Stavarache, Ultrasound and its Application to Environmental Remediation:

Degradation of Chlorobenzene and Production of Biodiesel by Ultrasonic Irradiation, Tez� de

doctorat sus�inut� în 19 Mai 2004, la OSAKA Prefecture University; Carmen Stavarache, M.

Vinatoru, B. Yim, Y. Maeda, Chem. Lett., Vol. 32, No. 8, 716, 2003; Carmen Stavarache, M.

Vinatoru, R. Nishimura, Y. Maeda, Ultrasonics Sonochemistry, 2004, Accepted for publication;

Y. Maeda, M. Vinatoru, Carmen-Eugenia Stavarache, K. Iwai, H. Oshige, Japanese Patent

Application, reference number: 2002-300920, registered in 2002.10.15, Applicant Cosmo

Engineering Co., Ltd.; Y. Maeda, M. Vinatoru, Carmen-Eugenia Stavarache, K. Iwai, H. Oshige,

European Patent Application no. 03023081.7-, December 09, 2003.


217

18. W. T. Richards, A. L. Loomis, J. Am. Chem. Soc. 49, 3056, 1927.

19. T. J. Mason, Practical Sonochemistry, User’s Guide to Applications in Chemistry and Chemical

Engineering, Ellis Horwood, London, 1991.

20. M. A. Margulis, Zh. Fiz. Khimii, 43, 1435, 1969.

21. W. B. McNamara III, Y. T, Didenko, K. S. Suslick, Nature, 401, 772, 1999.

22. E. A. Nepiras, B. E. Noltingk, Proc. Phys. Soc. (London), B63, 1032, 1950; M. A. Margulis,

“The Nature of Sonochemical Reactions and Sonoluminiscence” in Adavances in

Sonochemistry, T. J. Mason ed., vol. 1, JAI Press, London, 39, 1990.

23. D. G. Boocock, K. Konar, V. Mao and H. Sidi, Biomass and Bioenergy 11, 43, 1996.

24. K. Nam, J. Sohn, J. Korean Chem. Soc., 25(4), 283, 1981.

25. M. Holcapek, P. Jandera, J. Fischer, B. Prokes, J. Chromat. A 858, 13, 1999.


218

ISBN 973 – 87023 – 2 - 1

carte.biocarburanti.pdf

Documents

Transcript of carte.biocarburanti.pdf