Biokaasu ja biodiesel uusia mahdollisuuksia maatalouteen Laukaa, 15.11.2007 Biodieselin (RME) pientuotanto Pekka Äänismaa Jyväskylän ammattikorkeakoulu, Bioenergiakeskus BDC 1 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 1
SISÄLLYS Biodiesel Euroopassa ja USA:ssa Biodieselin (RME) pientuotanto - raaka-aineet - menetelmät - ominaisuudet - kannattavuus - kokemuksia Kuva: JAMK/Bioenergiakeskus 2 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 2
1000 t / v. 3000 2500 2000 1500 1000 Biodieselin valmistuksen kehitys Euroopassa 2006 EU: 4 890 000 t/v. 2006 USA: 810 000 t /v. 2002 2003 2004 2005 2006 500 0 Saksa Ranska Italia Iso-Britannia Itävalta Puola Tsekki Espanja Portugali Slovakia Tanska Kreikka Belgia Ruotsi Slovenia Liettua Latvia Malta Viro Kypros Lähteet: EBB European Biodiesel Board NBB US National Biodiesel Board 3 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 3
Biodieselin pientuotanto Raaka-aineet: - Kasviöljyt: rypsi, rapsi, sinappi, palmuöljy - Eläinrasvat: teurasjätteet, perkuujätteet - Käytetyt kasvirasvat: ravintolat, elintarviketeollisuus - Prosessiteollisuuden sivutuotteet: mäntyöljy Lisäksi tarvitaan: - Alkoholia: metanoli / etanoli - Katalyyttiä: NAoH / KOH 4 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 4
Biodieselin pientuotanto, menetelmä Käytetään yleensä kemiallista vaihtoesteröintimenetelmää, jossa rasvat tai öljyt reagoivat alkoholi/katalyytti seoksen kanssa Menetelmä alentaa viskositeettia ja poistaa epäpuhtauksia Lopputuloksena syntyy: 80-90 %: FAME = fatty acid methyl esther = rasvahappometyyliesteri = biodiesel 10-20 %: Raakaglyseroli 5 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 5
Työvaiheet Siemenen puristus Öljyn esikäsittely - sedimentointi - suodatus - kuivatus - esilämmityslämmitys Raaka-aineen analysointi (titraus) Metanoli-lipeäseoksen sekoittaminen Vaihtoesterointi Glyserolin erottaminen Mahdollinen metanolin haihduttaminen / talteenkeräys Vesipesu B D C Bioenergiakeskus 6 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 6
Raaka-aineen analysointi titraamalla Yksinkertainen kemiallinen testausmenetelmä, jonka avulla määritellään kuinka paljon katalyyttiä tarvitaan (jos ei tasalaatuinen raaka-aine) Haluttu titrauspiste saadaan selville esimerkiksi ph:n muutoksena, mikä voidaan havaita ph:n nopean muuttumisen lisäksi indikaattorin värin vaihtumisena Näytemäärän sekä titrausliuoksen kulutuksen perusteella saadaan laskettua tarvittava katalyytin määrä Lähde: Leena Malkki 2006: Rypsiöljyn metyyliesterin paikallinen valmistus ja käyttö. Kuvat: JAMK/Bioenergiakeskus 7 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 7
Vaihtoesteröinti ja vesipesu Vaihtoesteröintimenetelmissä rasvahappojen triglyseridit reagoivat alkoholin kanssa muodostaen monoalkyyliestereitä ja raakaglyserolia Katalyytti liuotetaan alkoholiin ennen lisäämistä reaktoriin Reaktio vaatii lämpöä (40-60 o C) ja n. 1 h kestävän sekoittamisen Selvä glyserolikerros = onnistunut esteröintireaktio Liian vähän metanolia / katalyyttiä epätäydellinen reaktio Liikaa katalyyttiä saippuaa Vesipesu: epäpuhtauksien ja glyserolin jäänteiden poistaminen Kuva: JAMK/Bioenergiakeskus 8 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 8
Euroopassa biodieselin laatua (FAME) koskeva oma standardi: EN 14214 litra B100-biodieseliä vastaa energiasisällöltään n. 0,92-0,94 litraa dieseliä Hyvä voitelevuus Setaaniluku n. 51 (vastaa dieseliä) Matala viskositeetti (RME 3,5-5 vrt. rypsiöljy 35-40) Korkea happipitoisuus Ominaisuuksia Matalahko samepiste (- 5 o C), vastaa kesädieseliä 9 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 9
Hyötyjä ja haittoja + päästöt (mm. pienhiukkaset) huomattavasti alhaisemmat kuin dieselillä - ainoastaan typpioksidipäästöt voivat nousta + hajoaa luonnossa - säilyvyys huonompi kuin dieselillä - liuottaa luonnon kumia - pakkaskestävyys vastaa kesädieseliä + sekoittuu hyvin dieseliin + ei heikennä turvallisuutta onnettomuustilanteissa + parantaa huoltovarmuutta kasvihuonevaikutus ympäristöön koko tuotantoketjun / elinkaaren aikana??? 10 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 10
Kannattavuus - Raaka-aineiden hinnat (rypsin siemen / rypsiöljy / metanoli) - Esteröintilaitteiston kapasiteetti ja automaatioaste - Puristerouheen markkinat / hyödyntäminen Kustannukset kokemusten ja tutkimusten mukaan: - Rypsiöljyn tuotanto: 25-50 snt/l - Rypsiöljystä biodieseliksi: 15-50 snt / l Verot liikennekäytössä 34,59 snt/l työkoneissa 7,06 snt / l lämmityskäytössä 0 snt /l Arvio kilpailukykyisestä tuotannosta: 250 000 l/v. ~ 600 ha/v. * (myynti) Pieni kokoluokka: tuotanto maaseudun omaan käyttöön! * Lähde: Vihma, A. ym. 2006. Rypsidiodieselin (RME) maatilatuotannon kannattavuus. MTT selvityksiä 115. 11 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 11
Rypsin hintakehitys Lähde: virgino.fi 450 400 350 /tn 300 250 200 150 14.12.05 24.3.06 2.7.06 10.10.06 18.1.07 28.4.07 6.8.07 14.11.0 7 12 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 12
Kokemuksia ja havaintoja Työ- ja paloturvallisuus!!! Vaatii osaamista erikoistuminen On mahdollista valmistaa hyvälaatuista polttoainetta Verobyrokratia monimutkaista Laitteiston koko / raaka-aineen saatavuus Rypsin (ja rypsirouheen) sekä metanolin hinta nousussa Maatalouden / elintarviketeollisuuden jätevirtojen hyödyntäminen? Kuva: JAMK/Bioenergiakeskus 13 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 13
Yhteystiedot Pekka Äänismaa Bioenergiakeskus BDC Jyväskylän ammattikorkeakoulu Kolkanlahdentie 280 43250 Saarijärvi Puh. 0400 279057 Email: Pekka.Aanismaa@jamk.fi www.jamk.fi/bioenergia 14 Pekka Äänismaa Biodieselin pientuotanto 14