HULLADÉKOK ENERGETIKAI ÉS BIOLÓGIAI HASZNOSÍTÁSA 8.2 Biodízel előállítása hulladék sütőolajból Tárgyszavak: biotechnológia; dízelolaj; hulladékhasznosítás; sütőolaj; üzemanyag. Bevezetés A háztartásokban és ipari forrásokból növekvő mennyiségben keletkező elhasznált sütőolaj mind nagyobb problémát jelent Portugáliában és szerte a világon egyaránt. Ezt a hulladékot rendszeresen csatornába öntik, ami a szennyvíztisztításnál okozott gond mellett energiaveszteséget is jelent, de előfordul, hogy ezt az olajat állati takarmányok kiegészítőjeként használják fel, ami viszont az ember egészségre veszélyes. Van néhány iparág, ahol e hulladékot hasznosítani tudják, például a szappangyártásban vagy anaerob erjesztéssel az energetikában, termikus krakkolással, és az utóbbi időben biodízel gyártásában is ásványi eredetű motorüzemanyag helyettesítésére. A biodízelgyártás alapvető technológiai folyamata a nyersanyag (növényi olajok és zsiradékok) átészterezése rövid láncú alkohol alkalmazásával. A növényi olajok és a zsiradék főként kis mennyiségben digliceridet tartalmazó trigliceridekből áll (1. ábra). Az átészterezési reakció (1-es reakció) egy lipid- és egy alkoholmolekula között játszódik le, miközben észter és melléktermékként glicerol (ami glicerinként is ismeretes) keletkezik. E reakció lépcsőzetesen megy végbe, amikor mono- és digliceridek, illetve közbülső termékek keletkeznek. Az így előállított üzemanyag a fosszilis motorüzemanyagokhoz hasonlóan viselkedik, de mivel megújuló forrásokból állítják elő hozzájárul az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentéséhez is.
monoglicerid diglicerid trigilerid 3-as reakció szappanképződési reakció katalizátor 1-es reakció átészterezési reakció 2-es reakció hidrolízis reakció 1. ábra A mono-, di- és trigliceridek szerkezeti felépítése, ahol R1, R2 és R3 zsírsavláncokat képviselnek A biodízel előállításáról a közelmúltban több tanulmány is készült, és sokan folytattak az átészterezéssel összefüggésben is eredményes vizsgálatokat többféle kis molekulasúlyú alkohol, valamint homogén savas és bázikus katalizátorok felhasználásával. A homogén bázikus katalizátorok felülmúlták a savas katalizátorokat, mivel a reakció gyorsabban (a savas katalizátorokra jellemző 1 8 óra helyett 30 perc alatt) megy végbe, miközben az átészterezés kihozatala ugyanúgy 90% fölötti. Ha viszont a kezelendő olajok nagy koncentrációban szabad zsírsavakat is tartalmaznak (a savassági fok meghaladja a 2 mg KOH/g-ot), előzetes kezelésre van szükség. Ez utóbbi lépés sav által katalizált reakció alkohollal, célja a szabad zsírsavak megfelelő észterekké alakítása. Nagy kiindulási zsírsavtartalom mellett is sikerült a savassági fok csökkenésében megmutatkozó jó eredményeket elérni. A fenti előkezelést követően az olaj/észter fázisban található gliceridek bázikus katalizátorok közreműködésével átésztereződnek. Az átésztereződési reakcióban általuk elért nagy kihozatal miatt katalizátorként főként nátrium- és káliumhidroxidot, illetve kálium-metilátot használnak. A metilátsók ugyan aktívabban reagálnak a megfelelő hidroxidoknál, de drágák, felhasználásuk különféle melléktermékek keletkezéséhez vezet, miközben jó minőségű olajat és vízmentes metanolt is igényelnek. Másfelől viszont a nátriumés kálium-hidroxid az alkohollal víz keletkezése mellett reagál, ami nem
kívánatos reakció, mivel a víz hidrolízisreakcióba léphet a trigliceridekkel, a zsírsavakkal vagy az észterekkel, és ezután szappanképződésre is sor kerül. Ha viszont a katalizátorokat nagyobb mennyiségben alkalmazzák, gyengébb reagáló képessége ellenére a nátrium- és kálium-hidroxid is jó kihozatallal felhasználható. A biodízelgyártással kapcsolatban az elmúlt 20 évben aktív kutatások folytak. Több tanulmány készült metil-észterek friss növényi olajokból és zsírokból történő előállításával kapcsolatban, de vizsgáltak olcsó alapanyagokat (sütőolajat, szappandarabokat és állati zsiradékot) hasznosító eljárásokat is. Trigliceridek átészterezésére enzimkatalizátor, köztük lipáz is felhasználható. Szakirodalmi adatok szerint e reakció sok tekintetben kiküszöböli a kémiai úton történő átészterezés egyes hátrányait, nevezetesen azt, hogy a glicerol kinyerése nehéz, nemkülönben azt is, hogy kémiai átészterezéskor a hulladékként kezelt sütőolajban található szabad zsírsavak alkil-észterekké alakulása nem teljes mértékű. A katalizátorok gyártása azonban itt jóval költségesebb, mint alkáli katalizátorok esetében. Az utóbbi időben előtérbe került fenntarthatóság és környezetvédelem, valamint a nyersanyagok bekerülési költségei vonzóvá tették a sütőolaj-hulladék hasznosítását az ipar számára, különösen, ha ennek kapcsán az előállított biodízel motorüzemanyag-adalékként is hasznosítható. Az iparban és a háztartásokban használt növényi olajok hidrolízises lebomlás és oxidációs reakciók révén bomlanak, ami a friss olajokhoz viszonyítva kémiai és fizikai tulajdonságaik számottevő megváltozásához vezet. A sütés folyamán megnő az olaj viszkozitása és savassága, sötétebbé válik és kellemetlen szagot bocsát ki. Az alábbi tanulmány a biodízel gyártásban alkalmazott átészterezési folyamat nyersanyagaként hulladék sütőolajat felhasználó technológia optimális feltételeit vizsgálja. Anyagok és módszerek A hulladék sütőolajat iskolai büfékben és helyi éttermekben, illetve háztartásoktól gyűjtötték össze. A sokféle frakcióból két különböző minőségű sütőolajhulladék-keveréket állítottak elő. Az olajminták előkezelése A két olajkeverékből vett homogén mintákat magnézium-szulfát fölött szárították, majd a lebegő részecskék és a magnézium-szulfát kristályok eltávolítása érdekében szűrték. Az így kezelt olajmintákban (a to-
vábbiakban 1-es és 2-es számmal jelölve) a víztartalom 0,07 és 0,13 %(m/m), a savassági fok 0,42 és 2,07 mg KOH/g, a jódszám 116,9 és 130,5 volt. A zsírsav-összetételt (1. táblázat) mindkét mintában GC technikával vizsgálták. A hulladék sütőolaj zsírsav-összetétele (%m/m) 1. táblázat Zsírsav 1-es minta 2-es minta C16:0 8,65 8,29 C18:0 4,70 4,02 C18:1 30,60 27,25 C18:2 55,10 57,62 C18:3 0,30 2,28 C20:0 0,65 0,55 Átészterezés Az átészterezés során 200 g (874,8 g/mol moltömegből kiindulva 228,6 mmol) fáradt sütőolajat hőmérővel és visszafolyós hűtővel ellátott, kétnyakú Woulf-palackba helyeztek. Az olajat a szükséges 65 C-ra melegítették, majd metanolból és nátrium-hidroxidból készített keveréket adtak hozzá, ami beindította az átészterezési reakciót. A reaktort 1 órán át 65 C-on tartották. A vizsgálatok során 3,6 és 5,4 között volt a metanol és a fáradt sütőolaj aránya, katalizátorból pedig az olaj 0,2 1,0 %(m/m)- ánek megfelelő mennyiségeket adtak az olajhoz. A metilészter-fázis tisztítása A reakcióidő (1 óra) elteltével dekantáló tölcsérben elválasztották a glicerinben dús fázist a metil-észter rétegtől. Az utóbbit vízzel, 0,5%-os HCl-oldattal, majd ismét vízzel mosták a tisztított biodízel előállítására. A kimosott metil-észtert magnézium-szulfát fölött szárították, majd vákuumban szűrték. Elemzés Annak megállapítására, hogy az így kapott biodízel eleget tesz-e az EN 14214-es európai szabványnak, a tisztított metil-észtert egy sor teszttel vizsgálták. Folyadéksűrűség-mérővel 15 C-on meghatározták az anyag sűrűségét, és 40 C-on mérték viszkozitását is. A jódszámot a
metil-észter összetételéből, a savasságot pedig titrálással határozták meg, láng fotométerrel mérték a nátrium mennyiségét, és megállapították a víztartalmat is. A metanolkoncentrációt úgy határozták meg, hogy ismert mennyiségű metil-észtert 75 C-on addig melegítettek, ameddig tömege változatlan maradt. A metil-észter összetételét gázkromatográffal határozták meg. Eredmények és értékelés A sütőolaj tulajdonságainak hatása az átészterezési reakcióra A hulladék sütőolaj tulajdonságainak az átészterezési reakcióra gyakorolt hatását vizsgálva kutatók korábban megállapították, hogy az olaj savassági fokát 1 mg KOH/g alatt kell tartani, és vizet a felhasznált nyersanyagok 0,3%-nál kisebb mennyiségben tartalmazhatnak. Amenynyiben e követelmények nem teljesülnek, a biodízel gyártási kihozatala erősen csökken, mivel a katalizátor deaktiválódik, és beindul a szappanképződés. Bár a magas savassági fok nátrium-hidroxid hozzáadásával korrigálható, ennek során a szabad zsírsavak szappanosodnak, ami a metil-észter-kihozatal mellett befolyásolja a glicerinleválasztást is. A sütőolaj savassági foka hatásának megállapítása céljából hat, 0,42 és 2,07 savassági fokú mintával végeztek kísérleteket, a kísérleti feltételeket a 2. táblázat tartalmazza. Emellett a táblázatban szerepel a metil-észter (ME) 100 g sütőolaj-hulladékra számított tömege (mme/100 g olaj) és a metil-észter-fázisok tisztasága (%ME) is. Kísérlet sorszáma 2. táblázat A savassági fok hatása a metil-észter-fázis kihozatalára és tisztaságára Savassági fok (mg KOH/g) m NaOH /m olaj (%) MeOH/olaj (mol/mol) m ME /100 g olaj Tisztaság (% ME) 1 0,42 1,0 3,6 80,4 95,3 2 2,07 1,0 3,6 80,9 80,6 3 0,42 0,2 5,4 92,7 83,9 4 2,07 0,2 5,4 86,8 70,8 5 0,42 1,0 5,4 87,0 99,3 6 2,07 1,0 5,4 80,2 84,9
Bár az első két kísérletben a metil-észter-kihozatal mind a két mintánál hasonló, tisztaságuk viszont merőben eltér egymástól. Minden kísérletre érvényes, hogy a kisebb savassági fokú sütőolajmintákból előállított biodízel legalább 14%-kal tisztább, mint a nagyobb savassági fokú mintákból készült anyag. Emellett megfigyelték azt is, hogy az MErétegeket könnyebben el lehetett különíteni a glicerinben dús fázisokból, mint a savasabb mintákból előállított anyagból. Az utóbbi esetben ezért kellő tisztaság csak előkezeléssel biztosítható. A metanol és a sütőolaj-hulladék mólarányának hatása A metanol és sütőolaj moláris aránya a metil-észter-gyártás egyik legfontosabb változója. Kutatók hulladék sütőolaj és metanol 1:3,6 mólaránya mellett, 50 C-on, 0,4% nátrium-hidroxid jelenlétében 24 óráig folytatott kezelés során 74% metil-észtert tartalmazó üzemanyagot állítottak elő. Megint mások finomított olaj metanollal, 6:1 metanol/olaj mólarány mellett, 1% nátrium-hidroxid vagy 0,5% nátrium-metilát jelenlétében, 60 C-on, 1 óráig folytatott átészterezésével maximális (98 99%-os) konverziót értek el, hulladék sütőolaj ugyanígy történő kezelésére vonatkozóan azonban a szakirodalomban alig található adat. A szerzők tudomása szerint különböző nátrium-hidroxid/sütőolaj arányok esetén optimális metil-észter-kihozatalt és tisztaságot biztosító metanol/sütőolaj arányokra vonatkozóan biztosan nem áll rendelkezésre korábbi információ. m ME /100 g olaj 100 95 90 85 80 75 70 65 60 0,6% 0,8% 1% 0,2% 0,4% 3 3,6 4,2 4,8 5,4 6 metanol/olaj, mol/mol 2. ábra A metanol/sütőolaj mólarány hatása a biodízelgyártás kihozatalára. Kísérleti feltételek: az olaj savassági foka 0,42; reakcióidő 1 h; katalizátor/sütőolaj tömegarány: : 0,2%; : 0,4%; : 0,6%; : 0,8%; : 1,0%
A 2. ábrán látható, hogy 0,42 mg KOH/g savassági fokú minta és állandó katalizátor/sütőolaj arány mellett a reakció kihozatala (100 g hulladék sütőolajból 1 órás reakció során előállított metil-észter tömegében kifejezve) a metanol mennyiségének növekedésével arányosan nő. Emellett azt is megfigyelték, hogy a metanolfölösleg növekedésével a glicerin könnyebben leválasztható a metil-észter-fázisból. A 2. ábra alapján levonható a következtetés, hogy a legjobb katalizátor/sütőolaj arány 0,6%, mivel ennél az értéknél a legnagyobb a metilészter-kihozatal. Arra is fény derült, hogy 4,2-nél nagyobb katalizátor/sütőolaj arány a metil-észter-kihozatal szempontjából nem előnyös. A későbbiek folyamán azonban bebizonyosodott, hogy magasabb arányszámot alkalmazva befolyásolni lehet a reakció lefolyásának mértékét és ezen keresztül a biodízel tisztaságát és látszólagos viszkozitását is. A nátrium-hidroxid és a hulladék sütőolaj tömegarányának hatása A technológiában felhasznált katalizátor mennyiségét is figyelembe kell venni, és nemcsak azért, mert az meghatározza a reakciósebességet, de azért is, mert az hidrolízist és a szappanképződést okozhat. E két utóbbi reakció kapcsolatban van a glicerinben dús fázis leválasztásával és a metil-észter tisztításával is. Korábbi kutatások alapján az optimális katalizátormennyiséget 1% NaOH-ban vagy 0,5% NaOCH 3 -ban adták meg, a közelmúltban pedig egy másik tanulmány 1% KOH-ot közölt optimumként. További erre vonatkozó szakirodalmi adat hiányában jelen tanulmány keretében a 3. ábra 0,2%, 0,4%, 0,6%, 0,8% és 1,0% nátrium-hidroxid/sütőolaj arány esetén kapott eredményeket mutat be. Mint látható, 1 óráig folytatott kezelés után a kihozatal a 0,4 0,8%- os tartományban éri el a maximális szintet. Ha a metanol/sütőolaj arány meghaladja a 4,8-et, a katalizátor/sütőolaj arány hatása már nem jelentős. Ebből következik, hogy a nátrium-hidroxid-felhasználás a metilészter-kihozatal befolyásolása nélkül is csökkenthető. A biodízel gyártás optimális feltételei A 2. és a 3. ábrából adódik, hogy a 0,42-es savassági fokú hulladék sütőolaj 1 órán át folytatott kezelése esetén az optimális gyártási feltételek a következők: metanol/sütőolaj mólarány >4,2, és a fölös alkohol mennyiségétől függően a nátrium-hidroxid/sütőolaj tömegarány 0,4 és 0,8% közötti. Mivel a reakció kihozatala igen érzékeny a katalizátor koncentrációváltozásaira (3. ábra), a 4,2-es mólarány gondokat okozhat, ezért tanácsos ezt az értéket 4,8-on vagy e fölött tartani. Ipari méretekben ez nem jelent problémát, mivel a metanol a glicerinből és a metil-
észter fázisból visszanyerhető. A katalizátor tömegarányára vonatkozóan a 2. ábra világosan 0,6%-ot jelöl meg optimumként, mivel itt a legnagyobb a kihozatal. Fontos megjegyezni, hogy ezek az optimális értékek a szakirodalomban közölt értékeknél alacsonyabb metanol- és katalizátorfelhasználásnak felelnek meg. m ME /100 g olaj 100 95 90 85 80 75 3,6 70 4,2 65 4,8 60 5,4 55 50 0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0% NaOH/olaj, m/m 3. ábra A katalizátor/sütőolaj tömegarány hatása a biodízelgyártás kihozatalára. Kísérleti feltételek: az olaj savassági foka 0,42; reakcióidő 1 h; metanol/sütőolaj mólarány: : 3,6; : 4,2; : 4,8; : 5,4 A biodízel jellemzői Annak megállapítására, hogy a különböző kísérleti feltételek mellett előállított biodízel eleget tesz-e az EN 14214 (2003) szabványnak, a biodízelből vett mintákat egy sor tesztnek vetették alá. A 15 C-on mért sűrűségre vonatkozóan a biodízelszabvány a 0,86 0,9 g/cm 3 -es tartományt írja elő. Mivel e mutató befolyásolja az üzemanyag porlasztását, e mutató főként légmentes égéssel működő rendszerekben fontos. A kapott eredmények szerint a tanulmányban érvényesített kísérleti feltételek mellett előállított biodízel sűrűsége minden esetben a 0,864 0,9 g/cm 3 -es értéktartományba esett. A 15 C-on mért kinematikai viszkozitás az üzemanyag porlasztása mellett annak adagolása szempontjából is igen jelentős tényező. A dízelmotorokban használatos biodízel kinematikai viszkozitásának a 3,5 5,0 mm 2 /s értéktartományba kell esnie. A tanulmány keretében mért viszkozitás 4,1 6,3 mm 2 /s között volt. Megjegyzendő, hogy a biodízelgyártásban alkalmazott reakció lefolyásának teljessége, illetve a reakció
feltételei nagymértékben befolyásolják az üzemanyag jellemzőit, különösen látszólagos viszkozitását (azaz a metil-észter-fázis kimosatás utáni viszkozitását). A metanol/sütőolaj vagy a nátrium-hidroxid/sütőolaj arány növekedésével ez az érték csökken. A viszkozitásban mutatkozó eltéréseket a sütőolaj nem teljes mértékű reagálása vagy a biodízel nem kellőképpen hatékony tisztítása okozza, mivel ilyenkor a metil-észter-fázisban odatapadt vagy szabad glicerin marad. A gliceridmaradványok szakirodalmi adatok szerint is megváltoztatják a metil-észter látszólagos viszkozitását a reakció lefolyása mértékének, illetve a metil-észter fázis tisztaságának megfelelően. Mint már említettük, a hulladék sütőolaj főként abban különbözik a friss olajtól, hogy a benne található trigliceridek oxidálódtak és polimerizálódtak. Miután az előkezelés további melegítéssel jár, újabb polimerizálódásra kerülhet sor, tovább fokozva a nyersanyag viszkozitását. A polimerizáció és a viszkozitás növekedésének megelőzése érdekében kisebb mennyiségben szabadgyökös kioltóanyagok vagy antioxidánsok alkalmazhatók. Néhány polimerizációt gátló reagenssel kapcsolatban jelenleg is folynak vizsgálatok, amelyek a sütőolajba adalékként bevitt anyagok hatásának megállapítását célozzák. A jódszám az üzemanyag telítetlensége mértékének megállapítására szolgáló fontos mérőszám. Az üzemanyag e jellemzője nagymértékben befolyásolja oxidálódását, valamint a dízelmotorok üzemanyagfúvókáiban képződő olajöregedési termékek és lerakódások típusát. Az EN 14214 (2003) szerint a dízelüzemanyagként használt metil-észter jódszáma 100 g mintára vetítve 120 g I 2 kell legyen. A kísérletek során előállított biodízelből vett minták elemzése során 123 130-as értékeket mértek. Ezekre a magas értékekre egyébként számítani lehetett, mivel a Portugáliában használatos sütőolajok főként napraforgómagból készülnek, jódszámuk 120 és 140 között van. Ehhez járul továbbá az a körülmény is, hogy az olaj elbomlásának végső fázisaiban a jódszám tovább nő, különösen, ha az oxidálódott triglicerid-molekulák kiküszöbölése céljából a hőmérsékletet 180 C-nál magasabbra növelik. Az Instituto Superior Téchnicoban jelenleg is folynak vizsgálatok a biodízel jódszámának átészterezés előtti csökkentését szolgáló vegyületekkel. Bizonyos bátorító előzetes eredmények szerint napraforgóolajból származó alapanyagból is lehet 120-nál kisebb jódszámú biodízelt előállítani. A savszám a biodízelben szabadon található zsírsavakat méri. Tekintettel arra, hogy a szabad zsírsavak befolyásolják az üzemanyag öre-
gedését, az európai szabvány erre vonatkozóan megad egy 0,5 mg KOH/g mintahatárértéket. A jelen munkában előállított biodízelben mért legnagyobb érték 0,47 volt, de a minták körülbelül 80%-nál e paraméter 0,15 0,25 közé esett, ami jóval alatta van a fenti határértéknek. A víztartalom azért fontos, mert a vízzel szennyezett üzemanyag korróziót okoz a motorban, vagy pedig a víz a gliceridekkel reagálva glicerin és szappan keletkezéséhez vezet. Ebből kiindulva az EN 14214 (2003) az üzemanyagok maximális víztartalmát 0,05%-ban szabja meg. A tanulmány keretében előállított biodízelt rutinszerűen, kötött vizet nem tartalmazó magnézium-szulfát fölötti szárításnak vetették alá. Mivel e technika laboratóriumi feltételek között nem elég hatásos, néhány biodízelminta víztartalma magas, 0,08 0,21% közötti érték volt. Ipari méretekben a vízmentesítés vákuumdesztillációval (0,05 bar), 30-40 C-on történik. Ennek megfelelően két mintát asztali készülékben, hasonló feltételek között kezeltek, amikor is a biodízel víztartalma 0,12 0,21%-ról 0,02 0,04%-ra csökkent. A nátriumtartalom azért lényeges mutató, mert a biodízelben nagy mennyiségű nátrium jelenlétében a motor elemein korrózió léphet fel, illetve a metil-észter-fázisban szappanképződés is kezdődhet az EN 14214 (2003) ezért 5 mg/kg határértéket ír elő a nátriumtartalomra. Mint ismeretes, a biodízelben található nátriummennyiségét főként a kimosatási fázis hatékonysága határozza meg. A tanulmány keretében előállított biodízelből vett néhány mintában a nátriumtartalom 2,3 5,3 mg/kg volt, és csak két esetben haladta meg a specifikáció szabta értéket. Ez arra utal, hogy a kimosatási folyamat a nátrium eltávolítása szemszögéből elég hatékony volt. A metil-észter-fázis tisztasága az EN 14214 (2003) szerint akkor elfogadható, ha a biodízelben található metil-észter legalább 96,5%-ban tiszta. A tanulmány keretében előállított biodízel e követelménynek való megfelelőségét GC-technikával ellenőrizték. Mint a 4. ábrán látható, a NaOH/hulladék sütőolaj arány a 0,6%-ot meghaladó szinten különösen jelentős mértékben befolyásolja a biodízel tisztaságát, jól látható az ábrán a metanol/hulladék sütőolaj mólarány hatása is. Levonható ezért a következtetés, hogy ha az alkohol/sütőolaj arány és a katalizátor/sütőolaj arány eléri a 4,8, illetve a 0,6%-ot, a biodízel megtisztul. Tisztaságának fokozódása a glicerin hatékony eltávolításával és a reakció teljesebb mértékű lefolyásával függ össze. Figyelemre méltó körülmény, hogy az EN 14214 (2003) által elfogadhatónak minősített tisztasági szint a más kutatók által közölt metanol- és katalizátormennyiségeknél kevesebb anyag felhasználásával is biztosítható volt.
100 m ME /100 g olaj 95 90 85 80 75 3,6 4,2 4,8 5,4 70 0,0% 0,2% 0,4% 0,6% 0,8% 1,0% NaOH/olaj, m/m 4. ábra A biodízel gyártási feltételeinek hatása a metil-észter tisztaságára. Kísérleti feltételek: az olaj savassági foka 0,42; reakcióidő 1 h; metanol/sütőolaj mólarány: : 3,6; : 4,2; : 4,8; : 5,4. A szaggatott vonal (96,5%) a metil-észter minimális tisztaságát (EN 14214, 2003) mutatja A metanoltartalom is lényeges mutató, mivel ez a metil-észtert szennyező anyag felelős a motorelemekben (különösen az alumínium alkatrészeken) fellépő korrózióért, valamint az üzemanyag lobbanáspontjának csökkenéséért is. Az EN 14214 (2003) a biodízel maximális metanoltartalmát 0,2%-ban határozza meg. Az alkohol a metil-észterfázisból a mosás során könnyen eltávolítható; laboratóriumi biodízelben a metanoltartalom 0,02 és 0,11% között változó volt, de még a legszenynyezettebb mintákban (ME < 80%) is a megadott értéken belül maradt. A lobbanáspont tekintetében az EN 14214 (2003) által elfogadhatónak minősített szint 120 C fölötti. Hogy a metanoltartalom mennyiben befolyásolja ezt a paramétert, ezt néhány minta vizsgálatával állapították meg. A kapott eredmények szerint a 0,1%-nál kevesebb metanolt tartalmazó biodízelminták lobbanáspontja 160 170 C volt, de 0,5%-nál ez az érték 98 110 C-ra csökkent. Megállapítható tehát, hogy a metanoltartalom mindössze 0,4%-nyi emelkedése 50 C-al csökkenti a lobbanáspontot. Az elszulfátosodott hamu maximális mennyiségét az EN 14214 (2003) 0,02%-ban rögzíti. Ez azért fontos mutató, mert ennél magasabb értékeknél az üzemanyag-fúvókák és -szűrők általában eltömődnek. Je-
len esetben néhány mintát megvizsgálva ezt az értéket 0,002 és 0,006% közöttinek mérték a kutatók. Az átészterezés során keletkező metil-észter százalékos aránya rendkívül fontos mutató a biodízel ipari méretű gyártásában. Más kutatóknak sikerült a metil-észter-fázis tisztaságának meghatározására olyan gyorstesztet kidolgozniuk, amely mindössze 40 C-on elvégzett viszkozitásmérést igényel. Egyes kutatók szerint ugyanis a metil-észter aránya a biodízelfázisban a következő képlet segítségével összefüggésbe hozható a viszkozitással: w = a ln ν + b (1) ahol: w a metil-észter tömegaránya, ν (mm 2 /s) a mért viszkozitás, a és b pedig az olaj típusától, illetve a hőmérséklettől függő állandók. Jelen tanulmányban a fenti módszert alkalmazva a metil-észterréteg tisztasága és a viszkozitás közötti korrelációra az 5. ábra szerinti eredményt kapták. A vizsgált minták savszáma 0,42 és 2,07 volt. Az ábra szerint ugyan az egyszerű lineáris egyenlet korrelációs együtthatója (R 2 = 0,9268) illeszkedik a kísérleti adatokhoz, mégis alacsonyabb a fent említett kutatók által kapott értéknél, ami számottevő becslési eltérésre enged következtetni az átésztereződés mértéke tekintetében. Tekintettel arra, hogy a vizsgálatban használt sütőolajok tulajdonságai különbözőek voltak, a kimutatott kapcsolat valósnak ítélhető. tisztaság, % 100 95 90 85 y = -45,055x + 162,85 80 R 2 = 0,9268 75 70 65 60 1,3 1,5 1,7 1,9 Ln, v 5. ábra A metil-észter tisztasága lnν függvényében. Kísérleti adatok: : lineáris regresszió; : meredekség = -45,055; ordinátatengely-metszet: 162,85; R 2 = 0,9268
Következtetések Az elhasznált sütőolajból bázikus közegben katalizált átészterezéssel előállított biodízel minősége megfelel az ilyen üzemanyag-adalékok iránt támasztott követelményeknek. A kapott eredmények szerint egyórás kezeléssel a metil-észter-kihozatal 4,8-as metanol/sütőolaj és 0,6%- os katalizátor/sütőolaj arány mellett a maximális, miközben a metilészter-fázis hatékony tisztítására is van lehetőség, amit e réteg viszkozitásának csökkenése és nagy tisztasága is tanúsít. A további kutatás célja az EN 14214 (2003) követelményeinek megfelelő kísérleti gyártás létrehozása. Ennek kapcsán egy teljesen automatizált, biodízelt ipari méretekben is optimális feltételek mellett előállítani képes gyártóberendezés létrehozása a cél. Összeállította: dr. Balog Károly Felizardo, P.; Correia, M. J. N. stb: Production of biodiesel from waste frying oils. = Waste Management, 26. k. 5. sz. 2006. 487 494. Mittelbach, M.; Tritthart, P.: Diesel fuel derived from vegetable oils, III. Emissions tests using methyl esters of used frying oil. = Journal of the American Oil Chemists Society, 65. k. 7. sz. 1998. p. 1185 1187.