Tehnologii de obtinerebiocombustibili

INCDO-INOE 2000 INSTITUTUL DE CERCETARI PENTRU INSTRUMENTATIE ANALITICA

ICIA CLUJ-NAPOCA

Adriana Gog, Marius Roman, Cecilia Roman, MirceaChintoanu, Gabriela Pitl, Bela Abraham

ICIA CLUJ-NAPOCA www.icia.ro

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Introducere

Biocombustibilii sunt combustibili solizi, lichizi sau gazosi obtinuti din biomasaplante oleaginoase, ierboase sau lemnoase, deseuri agricole si forestiere,deseuri organice municipale si industriale.

Teoretic, biocombustibilii pot fi obtinuti din orice sursa biologica de carbon

Biocombustibilii alcooli, eteri, esteri

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibilii- prezent si viitor-

Industria biocombustibililor este in continua schimbare si dezvoltare stranslegata de costurile materiilor prime, emisiile de gaze cu efect de sera (CO2), durabilitate

Modificarea legislatiei privind biocombustibilii in vederea sustinerii productiei

Dezvoltarea proceselor de obtinere a biocombustibililor de generatie viitoaresau utilizarea de materii prime noi ofera unele solutii alternative

Competitia viitoare dintre combustibilii alternativi se va baza in principal peprobleme legate de emisiile de gaze cu efect de sera, durabilitate si pepozitia competitiva in raport cu combustibilii petrolieri

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Valorificarea biomasei

PlantePlante oleaginoaseoleaginoase

CulturiCulturi agricoleagricoleDeseuriDeseuri agricoleagricole

BiomasaBiomasa lemnoasalemnoasaDeseuriDeseuri lemnoaselemnoase

DeseuriDeseuri industrialeindustrialesisi municipalemunicipale

Biomasa

RecoltareRecoltare,,

ColectareColectare,,

DepozitareDepozitare

Procesare primara Tehnologii de conversie

BiochimicaBiochimica((fermentatiefermentatie))

ThermochimicaThermochimica((gazificaregazificare))

ChimicaChimica((transesterificaretransesterificare))

Produsi finali

CombustibiliCombustibili -- transporttransport(biodiesel, (biodiesel, bioetanolbioetanol))

CalduraCalduraElectricitateElectricitate

CombustibiliCombustibili solizisolizi((peletipeleti de de lemnlemn))

CompusiCompusi chimicichimici valorosivalorosi((farmaceuticifarmaceutici, , polimeripolimeri))

FizicoFizico--chimicachimica((extractieextractie))

ProdusiProdusi secundarisecundari

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Procesarea biomasei

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biomasa

Extractia de compusi chimici

ObtinereBiodiesel

Glicerina

Fermentatiazaharurilor

Conversietermochimica

• Etanol• Acid lactic

Compusichimici

• Proteine• Vitamine• Arome• Farmaceutice

Bio-SNG

Compusichimici

Compusichimici

Procesarea biomasei

Importanta biomasei pe langa posibilitatile numeroase de valorificare a biomasei pentru obtinerea de biocombustibili, aceasta poate fi procesata si pentruobtinerea unei game variate de compusi chimici de mare interes, in proceseseparate (extractia) sau cuplate cu procesele de obtinere biocombustibili.

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Tipuri de biocombustibili

Biocombustibili de generatia I• Obtinuti din carbohidrati, amidon, ulei vegetal, grasimi animale prin tehnologii

conventionalesfecla de zahar, cereale, plante oleaginoase: rapita, floarea soarelui,

soia, etc.Uleiuri vegetale (utilizare directa) Biodiesel (transesterificarea uleiurilor vegetale si a grasimilor animale)Bioetanol (fermentatie)Bio-ETBEBiogaz (CH4 - digestia anaeroba a materiilor organice)

Dezavantaj major: biomasa utilizata este comuna cu cea folosita

pentru alimentatie

BiomasaBiomasa

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibil Materia prima Tehnologia de conversie

Ulei vegetal pur Culturi de plante oleaginoase (rapita, soia, floarea soarelui, palmier, jatropha, canola, ricin etc.)

Extractie prin presare la rece

Biodiesel - Culturi de plante oleaginoase(rapita, soia, floarea soarelui, palmier, jatropha, canola, ricin etc.)

- Uleiuri arse, reziduale

- Extractie prin presare la rece, purificare si transesterificare

- Hidrogenare

Bioetanol Sfecla de zahar, trestie de zahar, cereale

Hidroliza si fermentatie

Biogaz Biomasa (umeda Digestie anaeroba

Bio-ETBE Bioetanol Sinteza chimica

Biocombustibili de generatia I

Tipuri de biocombustibili

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibili de generatia a II-a

materii lignocelulozice, recoltarea plantelor care nu sunt destinate

alimentatiei, biomasa reziduala

Bioetanol celulozic

Biocombustibili sintetici

Biogaz din material lignocelulozic

Biohidrogen din material lignocelulozic

Tipuri de biocombustibili

BiomasaBiomasa

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibil Materia prima Tehnologia de conversie

BioetanolBioetanol celulozic

Biomasa lignocelulozica sideseuri de biomasa

Hidroliza avansata si fermentatie

BiogazSNG (Gaz Natural Sintetic)

Biomasa lignocelulozica sideseuri de natura lignocelulozica

Piroliza/Gazificare

Biodiesel Biomass to Liquid (BTL), Diesel Fischer-Tropsch (FT), (bio)dieselsintetic

Biomasa lignocelulozica sideseuri de natura lignocelulozica

Piroliza/Gazificare si sinteza

Biohidrogen Biomasa lignocelulozica sideseuri de biomasa

Gazificare si sinteza / Procesbiologic

Alti biocombustibiliBiometanol, alcooli superiori, biodimetileter (Bio-DME

Biomasa lignoocelulozica sideseuri de natura lignocelulozica

Gazificare si sinteza

Biocombustibili de generatia a II-aBiocombustibili de generatia a II-a

Tipuri de biocombustibili

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibili de generatia a III-a

materii prime modificate genetic: plante oleaginoase cu o productivitate crescuta de ulei, biomasa lemnoasa cu continut mai mic de ligninapentru îmbunatatirea procesului de prelucrare

Biocombustibil obtinut din alge.

Tipuri de biocombustibili

Biocombustibili de generatia a IV-a

bazata pe culturi încrucisate sau modificate genetic care absorb înmod specific cantitati foarte mari de CO2

Bio-H2 din fermentatia biomasei selectionateBio-H2 din fotoliza apei utilizând microorganisme drept catalizator

BiomasaBiomasa

BiomasaBiomasa

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biodiesel - obtinere

Obtinerea de biodiesel folosind cataliza alcalina Obtinerea de biodiesel pe cale enzimatica

Obtinerea de biodiesel prin transesterificarea alcalina/enzimatica a uleiurilor vegetale

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Beneficiile biodieselului

Reducerea emisiilor poluante (GHG) combustibil ultra curat, nu continenici sulf si nici aromatice

Toxicitatea Biodieselul nu este toxic.

Biodegradabilitatea Biodieselul este de 4 ori mai biodegradabil decatmotorina clasica.

Siguranta mai mare in ceea ce priveste stocarea, manevrarea si utilizarea punctul de inflamabilitate mai ridicat (130 ºC fata de 60 ºC pentru

motorina)

Reducerea dependentei energetice de piata mondiala a petrolului

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Principalele dezavantaje ale biodieselului:

Viscozitate mai mare pompare mai dificila Valori mai ridicate pentru temperatura de tulburare si punctul de lichefiere

probleme la pornirea motorului la temperaturi mai scazuteconsum mai ridicat

Procent mai ridicat al emisiilor de oxizi de azot (NOx)

Puterea mai mica a motorului 5% mai mica comparativ cu dieselul clasic

Depunerile de la nivelul injectorului

Grad de uzura mai ridicat al motorului.

Costuri de productie mai mari

Biodiesel - dezavantaje

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biomasa lignocelulozicaUtilizarea lemnului deseuri lemnoase care pot fi valorificate ulterior pentru

obtinerea de biocombustibili

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biomasa lignocelulozica

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Procesarea biomaseilignocelulozice

H2SO3H2SO3

HClHClH2SO4H2SO4

H2SO3H2SO3

HClHClH2SO4H2SO4

Proces in 2 etapeProces in 2 etape

H2SO4 conc.H2SO4 conc.

SolventiorganiciSolventiorganici

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Bioetanol celulozicPretratarea biomasei lignocelulozice – scop

de a face celuloza mai accesibila hidrolizei enzimatice si de a solubiliza zaharurile din constitutia hemicelulozei

Pretratamentul biomasei: metode termice, enzimatice, acideHidroliza enzimatica

cu celulaze care initial hidrolizeaza celuloza la celobioza (dizaharid de glucoza) si ulterior celobioza este hidrolizata la glucoza

PretratamentPretratament

Hidroliza enzimaticaHidroliza enzimatica

FermentatieFermentatie

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibili de generatia a III-a - Algele

Posibilitati de valorificare a algelor

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibili de generatia a III-a - Algele

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibili de generatia a III-a - Algele

Selectia algelor trebuie sa tina cont de clima, energia solara, calitatea apei, viteza de crestere a algelor, continutul de ulei, compozitia uleiului de alge, cerintele pentru mediul de crestere, posibilitatea cresterii in bioreactoare.

Parametrii importanti pentru crestrea algelor: nivelul energiei solare, timpulde expunere la lumina (ciclul zi/noapte), temperatura si debitul apei din proces, continutul de CO2, continutul de macroelemente din mediul de crestere (C, N, P, Mg, Ca, K, Na, Cl), continutul de microelemente din mediul de crestere (Fe, B, Zn, Mn, Mo, Cu, Co, Cd,V, Al, Ni, Cr, Br, I, etc), continutul de vitamine.

Extractia uleiului de alge: procese clasice disponibile comercial (extractiaprin presare la rece), tehnologii noi (extractia cu microunde, ultrasunete, cu fluide supercritice)

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Biocombustibili- Apecte sintetice

Sursa: IEE Leipzig, 2007

AVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI AAVANTAJELE UTILIZARII BIOCARBURANTILOR SI A ALTOR CARBURANTI REGENERABILIALTOR CARBURANTI REGENERABILI –– 27 27 NoiembrieNoiembrie 2008, ISPE Bucuresti2008, ISPE Bucuresti

Va multumesc pentru atentie !