DIESEL-MOTOROK BIOMASSZA EREDETŰ MOTORHAJTÓANYAGAI

Átírás

1 DIESEL-MOTOROK BIOMASSZA EREDETŰ MOTORHAJTÓANYAGAI Hancsók Jenő, D.Sc. egyetemi tanár, tanszékvezető Pannon Egyetem, Tanszék A Magyar Tudomány Ünnepe Kreatív Magyarország Mérnöki tudás Múlt, Jelen, Jövő Budapest, Magyar Tudományos Akadémia november

2 2 A BIOMASSZA EREDETŰ MOTORHAJTÓANYAGOK ALKALMAZÁSÁNAK HAJTÓERŐI növekvő energiaigények kielégítéséhez (India, Kína, ) való hozzájárulás kőolajkészletek egyenlőtlen eloszlása kőolajimport és függőség csökkentése mezőgazdaság ipari célú termesztési rendszerének kialakításához való hozzájárulás hulladékcsökkentés munkahelyteremtés globális CO 2 -kibocsátás csökkentés jobb minőség igénye, stb. EU elvárás 2020-ra 10 energia% megújuló motorhajtóanyag AZ EMBERISÉG ÉLELMISZER ELLÁTÁSÁNAK VESZÉLYEZTETÉSE ÉS KÁROS KÖRNYEZETI HATÁSOK NÉLKÜL +36 Hancsók, J., Baladincz, J., Magyar, J.: Mobilitás és környezet, Szakkönyv, Pannon Egyetem Kiadó (ISBN ), 2008

3 növényolajok AGRÁR EREDETŰ DIESEL-MOTORHAJTÓANYAGOK OSZTÁLYOZÁSA FELISMERÉSÜK ÉS ALKALMAZÁSBA VÉTELÜK IDŐPONTJA SZERINT GENERÁCIÓ első második harmadik negyedik biogázolajok (trigliceridek hidrogénezése és izomerizálása) szintetikus bio-motorhajtóanyagok szintézisgázból biohidrogén szintetikus biometán biodízelek szintetikus gázolaj (lepárlási bio-olajok hidrokrakkolása) még nem ismertek előzőek + kőolaj alapú hajtóanyagok elegyei biometán (biogáz) bio-paraffinok szénhidrátokból lignocellulózokból dimetil-éter (DME) +36 Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz., Boda, L., Holló, A., Kalló, D., Microporous and Mesoporous Materials, 2007, 101(1-2),

4 4 BIOMASSZA EREDETŰ MOTORHAJTÓANYAGOK KÖVETELMÉNYEI Alkalmazhatóság hagyományos (belsőégésű) és nem elterjedt motorokban (pl.: üzemanyagtelepekben) Környezetvédelmi és humánbiológiai megfelelőség Alacsony alkalmazási költség (fogyasztás, karbantartás, összeférhetőség motorolajokkal, ár) Rendelkezésre állás (mennyiség, minőség, térben és időben, infrastruktúra) +36 Hancsók, J.: Korszerű motor és sugárhajtómű üzemanyagok III. Alternatív motorhajtóanyagok, Tankönyv, 2004, Veszprémi Egyetemi Kiadó, 438 oldal

5 DIESEL-MOTOROK BIOMASSZA EREDETŰ HAJTÓANYAGAINAK VEGYÜLETCSOPORTJAI oxigéntartalmú vegyületek biodízelek bio-dimetil-éter (DME, kutatási-fejlesztési fázis) szénhidrogének bio-metán (gáztisztítás, CH 4 koncentrálás ) i- és n-paraffinok / (szintetikus) biogázolajok egyéb bioparaffinok bio-hidrogén (reális esély 2030 után) +36 5

6 BIODÍZELEK ALAPANYAGOK étkezési és nem étkezési célú növényolajok használt sütőolajok és -zsiradékok állati zsírok (problémás, nem elterjedt) algaolajok (talán a jövő, ha lesz algaolaj ) Triglicerid Metanol Glicerin Zsírsav-metil-észter (FAME) +36 O O C R 1 O CH O C R 2 O O C R 3 katalizátor OH + 3 CH 3 OH CH OH + CH 3 O C R 2 O OH ahol R 1, R 2 és R 3 különböző szénatomszámú és eltérő telítettségű szénhidrogén láncok O CH 3 O C R 1 O CH 3 O C R 3 6

7 A BIODÍZEL ÉS A DÍZELGÁZOLAJ MINŐSÉGI JELLEMZŐI Jellemző MSZ EN 14214: A1:2010 biodízel (téli minőség) MSZ EN 590:2009+A1:2010 dízelgázolaj (téli minőség) Sűrűség, kg/m 3 0,860-0,900 0,820-0,845 Viszkozitás, mm 2 /s 3,50-5,00 2,00-4,50 Cetánszám kb. 51 min. 51 CFPP, C < -5 < -20 Fűtőérték, MJ/kg kb. 38 kb. 43 Fűtőérték, MJ/dm 3 kb. 34 kb. 36 Többgyűrűs aromástartalom, % 0 max. 8 Kéntartalom, mg/kg Biodízel-tartalom, v/v%, legfeljebb Hancsók Jenő, Baladincz Jenő, Magyar János: Mobilitás és Környezet, Szakkönyv,

8 BIODÍZELEK (FAME-K) FŐBB HÁTRÁNYAI A DÍZELGÁZOLAJOKHOZ VISZONYÍTVA Alkalmazástechnikailag gyenge helyek CH CH O CH 3 CH 3 CH CH C O sok olefines kettőskötés rossz hő- és oxidációs stabilitás, nagy víztartalom (biológiai lebomlás, korrózió), észterkötések hidrolízis érzékenysége (korrózió), foszfortartalom negatív hatása az utóátalakító katalizátorokra, nagyobb hajtóanyag-felhasználás (~10-15%), magasabb CFPP (+10 és -8 C között) és nagyobb viszkozitás (hidegindítási, porlasztási problémák), rövidebb motorolajcsere-periódus (olajhígulás, antagonisztikus viselkedés adalékokkal, stb.) kisebb energiatartalom (kb. 10%) lényegesen nagyobb bekerülési költség +36 8

9 BIODÍZEL ELŐÁLLÍTÁS AZ EU-BAN Biodízel termelés, 10 6 t 10,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 4,0 3,0 Franciaország Németország Spanolyország Olaszország Európa Dízelgázolaj mennyiség: Ebből biodízel: Világ: kb millió t/év; kb. 15,6 millió t/év = kb. 1,3% EU(27) kb. 192 millió t/év; kb. 9,1 millió t/év = kb. 4,6% Kapacitáskihasználtság: kb. 43% 2,0 1, , Forrás: European Biodiesel Board; A 2011-re vonatkozó értékek becsült adatok. 9

10 BIOGÁZOLAJOK FELISMERÉS, ÖTLET (SAJÁT KUTATÁSI EREDMÉNYEK) Fogalom-meghatározás: izo- és n-paraffinok elegye, amelyeket valamilyen bioeredetű, triglicerid- (zsírsav-. zsírsav-észter-) tartalmú alapanyagból katalitikus hidrogénezéssel állítunk elő Meg-nevezés Cetánszám Fagyáspont, C n-c metilheptadekán Dízelgázolaj Chemical Abstract: Bio gas oil címszó alatt csak Pannon Egyetem és együttműködők munkatársainak nevei +36 Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz., Boda, L., Holló, A., Kalló, D., Microporous and Mesoporous Materials, 2007, 101(1-2), Hancsók, J., Krár, M., Magyar, Sz. Boda, L., Holló, A., Kalló, D., Studies in Surface Science and Catalysis 170 B, 2007, 170,

11 BIOGÁZOLAJOK ALAPANYAGAI biodízelek valamennyi nyersanyaga ÉS vágóhidak és fehérjefeldolgozók zsiradékai, pálma-feldolgozás zsírsav mellékterméke szennyvíztisztítók barnazsiradékai, stb

12 SZINTETIKUS (BIO)GÁZOLAJOK JELENLEGI LEGNAGYOBB NYERSANYAG BÁZIS BIOMASSZA (B), FÖLDGÁZ (G), KŐSZÉN (C), HULLADÉKOK (W), OLAJOSPALA, -HOMOK, KŐOLAJSZÁRMAZÉKOK (HHC), NEM HAGYOMÁNYOS FÖLDGÁZ Más forrásokból 2 H 2 + CO 2 SZINTÉZISGÁZ (CO+H 2 ) FISCHER-TROPSCH SZINTÉZIS SZINTETIKUS KŐOLAJ z (- - ) X - CO 2 kinyerés a kibocsátás helyén (nagy ipari központok) SZINTETIKUS BENZIN, GÁZOLAJ ÉS ALAPOLAJ IZOMERIZÁLÓ HIDROKRAKKOLÁS +36 (Ez a szemlélet nem zárja ki a metanolgazdaságot, amelyet Oláh György Nobel-díjas javasolt) Hancsók, J., Kasza, T.: The Importance of Isoparaffins at the Modern Engine Fuel Production, 8 th International Colloquium Fuels 2011, Németország, Stuttgart/Ostfildern, január , In Proceedings (ISBN ),

13 A BIOGÁZOLAJ, A SZINTETIKUS (BIO)GÁZOLAJ, A BIODÍZEL ÉS A DÍZELGÁZOLAJ MINŐSÉGI JELLEMZŐI Jellemző Biogázolaj Szintetikus (bio)gázolaj* MSZ EN 14214: A1:2010 biodízel (téli minőség) MSZ EN 590:2009 dízelgázolaj (téli minőség) Sűrűség, kg/m 3 0,775-0, ,860-0,900 0,820-0,845 Cetánszám kb. 51 min. 51 Zavarosodáspont (CFPP), C kb. (-15)- (-35) kb. 0- (-25) < -5 < -20 Fűtőérték, MJ/kg (MJ/dm 3 ) kb. 44 (34) kb. 43 (34) kb. 38 (34) kb. 43 (36) Többgyűrűs aromástartalom, % max. 8 Kéntartalom, mg/kg < 1 < Üvegházhatású gázkibocsátás megtakarítás, % Biogázolaj repcéből/ napraforgóból Szintetikus biogázolaj hulladék fából/ termesztett fából 45 / / / 93 Biodízel repcéből/ napraforgóból 0 Relatív önköltség (termékérték) 2 (2,2) 3 (2) 1,8 (0,8) 1 (1) +36 * Fischer-Tropsch szintézissel (szintetikus kőolaj mindenféle eredetű szintézisgázból) és izomerizáló hidrokrakkolással előállított gázolaj Hancsók Jenő, Baladincz Jenő, Magyar János: Mobilitás és Környezet, Szakkönyv,

14 KONZORCIUM ÚJGENERÁCIÓS BIO-MOTORHAJTÓANYAGOK (KÜLÖNÖS TEKINTETTEL BIOGÁZOLAJOK) KIFEJLESZTÉSE ( ) NKTH, Jedlik Ányos Pályázat, NKFP06A2-UJGBIOGO Tagok: MOL NyRt. Pannon Egyetem, Mérnöki Kar, Vegyészmérnöki és, Ásványolaj és Tanszék OLAJTERV Rt. KITE Mezőgazdasági Szolgáltató és Kereskedelmi ZRt. FVM Mezőgazdasági Gépesítési Intézet Magyar Tudományos Akadémia Kémiai Kutatóközpont Kémiai Intézet Biodiesel Kft. Veszprémi Regionális Innovációs Centrum Kht. +36 Termék- és eljárás-szabadalom: HU és EU Kísérleti üzem 14

15 JÖVŐKÉP DIESEL-MOTOROK BIOMASSZA EREDETŰ HAJTÓANYAGAI LEGJOBB MEGOLDÁS RÖVID- ÉS KÖZÉPTÁVON (BELSŐ ÉGÉSŰ MOTOROK, kb ig) SZÉNHIDROGÉNEK OXIGENÁTOK (rövidtávon, 5-10 év, főleg zsírsav-alkil-észterek, amíg a meglévő üzemek beruházásai megtérülnek) +36 SZÉNHIDROGÉNEK Alkalmazhatóság belső égésű motorokkal szerelt gépjárművekben (Otto-motorokban, könnyű és nehéz hajózási Diesel-motorokban, sugárhajtóművekben) hibrid meghajtásokban Meglévő logisztikai rendszer Meglévő ismeretek, tapasztalatok Meglévő és bevált biztonságtechnika 15

16 KÖSZÖNÖM MEGTISZTELŐ FIGYELMÜKET! HASS, ALKOSS, GYARAPÍTS: S A HAZA FÉNYRE DERÜL! (Kölcsey Ferenc: HUSZT, Cseke, december 29.)