SVEULITE U ZAGREBU FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

SEMINARSKI RAD IZ KOLEGIJA EKOLOGIJA PROMETA

BIODIZEL KAO ALTERNATIVNO GORIVO

Seminarski rad izradili :

Mentor : prof.dr.sc. Jasna Golubi

Zagreb, prosinac 2008.

1. SADRAJ

1. SADRAJ 2. UVOD 3. SVOJSTVA BIODIZELSKOG GORIVA 3.1. BIORAZGRADIVOST BIODIZELSKOG GORIVA 3.2. TOKISNOST BIODIZELSKOG GORIVA 3.3. UTJECAJ IZGARANJA BIODIZELSKOG GORIVA NA OKOLI 3.4.UTJECAJ SVOJSTVA IZGARANJA BIODIZELSKOG GORIVA SA SVOJSTVIMA IZGARANJA MINERALNOG DIZELA 4. VEGETABILNA ULJA KAO SIROVINE ZA PROIZVODNJU BIODIZELA U SVIJETU 5. ZAKLJUAK 6. LITERATURA

2

2. UVOD

Gotovo sve zemlje Europske unije, a i veina zemalja u tranziciji u posljednjem su desetljeu,a neke i ranije, pokrenule proizvodnju biogoriva i to biodizelskoga goriva i etanola. Takav trend nastavit e se i u budunosti to pokazuje i Direktiva Europske unije (2003/30/EC) o alternativnim gorivima u cestovnom prijevozu te mjerama za promociju biogoriva . U navedenom se dokumentu predlau sljedee mjere: do 2020. treba 20 % tradicionalnih goriva u prometu zamijeniti alternativnim, zemlje lanice Europske unije imaju pravo primjenjivati diferenciranu poreznu stopu na biogoriva, kako bi se potaknulo njihovo koritenje, do 2005. udio biogoriva u Europskoj uniji trebao je iznositi minimalno 2 %. Nakon toga udio u svakoj zemlji lanici morat e iznositi: 2006. 2,75 % 2007. 3,5 % 2008. 4,25 % 2009. 5% 2010. 5,75 %

Navedeni zahtjevi su obvezujui, to znai da se prije navedena zamjena mora izvriti. Sve su ih lanice Europske unije prihvatile uz dinamiku primjerenu svojim mogunostima, ali ih moraju prihvatiti i budue lanice, to znai da navedene obveze mora prihvatiti i Republika Hrvatska, kao jedna od buduih lanica Europske unije.Na temelju pregleda brojnih rezultata istraivanja u svijetu, u ovom se radu analiziraju najvanija svojstva biodizelskoga goriva, njegova dosadanja primjena kao alternativnog goriva za dizel motore, te utjecaj njegova sagorijevanja na okoli u odnosu na mineralno dizel gorivo. Kako je osnovna sirovina za proizvodnju biodizela iz obnovljivih resursa ulje uljane repice, detaljno se analizira postojea struktura sjetve i udio uljane repice na obradivim povrinama u Hrvatskoj, te realne mogunosti proizvodnje ove kulture za ne prehrambeni lanac, odnosno mogunosti proizvodnje biodizela u Hrvatskoj.

3

3. SVOJSTVA BIODIZELSKOG GORIVAPrednost biodizelskoga goriva u odnosu na mineralno dizelsko gorivo, s ekolokog stajalita,proizlazi iz povoljnije bilance ugljikovog dioksida.Osnova za proizvodnju biodizelskoga goriva jest sjeme, odnosno ulje neke uljane kulture, a poznato je da biljka za svoj rast troi odreenu koliinu ugljikovog dioksida. Pri uzgoju tih kultura koriste se razni poljoprivredni strojevi koji svojim radom proizvode ugljikov dioksid, a isti nastaje i u procesu prerade ulja u biodizelsko gorivo. Slina je situacija i s proizvodnjom mineralnoga dizela.Meutim, razlika je u tome to se za daljnji uzgoj uljane repice iz atmosfere preuzima dio ugljikovog dioksida nastalog izgaranjem i proizvodnjom biodizelskoga goriva, dok se kod mineralnoga dizelskoga goriva nastali ugljikov dioksid neprestano akumulira u atmosferi. Uzgojem uljane repice, proizvodnjom ekoloki ispravnoga goriva, njegovim izgaranjem te ponovnim uzgojem, stvara se djelomino zatvoren i ekoloki povoljan lanac nastajanja i potronje ugljikovog dioksida. Pri razmatranju bilance ugljikovog dioksida nastalog izgaranjem u motoru i proizvodnje biodizelskoga goriva s jedne strane i mineralnoga goriva s druge strane, procjenjuje se da je produkcija ugljikovog dioksida biodizelskoga goriva na razini od 40 do 50 % produkcije ugljikovog dioksida pri proizvodnji i izgaranju mineralnoga dizelskoga goriva.U literaturi se nalaze podaci prema kojima se emisija ugljikovog dioksida nastalog izgaranjem biodizelskoga goriva kree u rasponu od 20 % do 25 % emisije ugljikovog dioksida nastalog izgaranjem mineralnoga dizelskoga goriva, a neki autori ak navode da se sav ugljikov dioksid nastao proizvodnjom i izgaranjem biodizelskoga goriva ponovno apsorbira iz atmosfere od strane biljaka, to je mogue samo pri uporabi sirovoga repiinog ulja kao goriva, to nije sluaj s biodizelskim gorivom. Ukupna bilanca stakleninih plinova pokazuje da se izgaranjem i proizvodnjom 1 kg mineralnoga dizela emitira 4,01 kg CO2ekv, dok se proizvodnjom i koritenjem biodizelskoga goriva i njegovih nusproizvoda emitira : 0,916 kg CO2ekv/kg biodizela, 0,314 kg CO2ekv/kg ostatka repice (stona hrana), 0,420 kg CO2ekv/kg glicerola. Jedno od najvanijih svojstava dizelskoga goriva je njegova sposobnost samozapaljenja, svojstvo koje definira cetanski broj, i to je on vei to se gorivo bre zapali. Istraivanja su pokazala da je prosjean cetanski broj biodizelskoga goriva 48 u usporedbi s cetanskim brojem ineralnog dizela koji iznosi 50. Mazivost, jo jedno vano svojstvo dizelskoga goriva, definira njegova maziva svojstva. Biodizelsko gorivo ima bolju mazivost od mineralnog dizelskoga goriva s niskom koncentracijom sumpora od 500 ppm. Od ukupne mase B100 (100 % biodizelsko gorivo),11 % te mase jest kisik. Prisustvo kisika u

4

biodizelskom gorivu poboljava njegovo izgaranje, ime se smanjuje koliina ugljikovog dioksida, CO i emisija krutih estica. Meutim, oksigenirana goriva mogu poveati emisiju duikovih oksida. Testovi na motorima potvrdili su ta oekivana poveanja, ali i smanjenja ispunih plinova i krutih tvari iz motora. Biodizelsko gorivo ima i odreenih nedostatka. Svojstva biodizelskoga goriva u hladnim uvjetima loija su od svojstava dizelskoga goriva. Pri niskim temperaturama, biodizelsko gorivo formira kristale voska, koji mogu dovesti do zaepljenja u sustavu motora. Pri jo niim temperaturama, biodizelsko gorivo dobiva svojstva gela to znai da se isto ne moe crpsti iz spremnika. U vozilima koja se pogone mjeavinom biodizelskoga goriva i mineralnoga dizelskoga goriva nastaju problemi s opskrbom motora gorivom pri manje negativnim temperaturama nego kod onih vozila koja se pogone dizelskim gorivom. Zbog toga je potrebno biodizelsko gorivo dodatno aditirati, ime bi njegova uporaba bila mogua i pri niskim temperaturama. Biodizelsko gorivo kod automobila starijih godita djeluje poput otapala i moe uzrokovati otapanje boje. Biodizelsko gorivo takoer kod automobila starijih godita agresivno djeluje na brtvila u motorima. To znai da je brtvila potrebno zamijeniti ako se u takvim automobilima eli koristiti kao pogonsko gorivo biodizelsko gorivo. Uporaba B20 (mjeavina 20 % biodizelskoga goriva i 80 % mineralnog dizela) i B100 u bilo kojem vozilu zahtijeva odreeni oprez. Zbog loe kakvoe dizelskoga goriva izgaranjem u motoru stvaraju se naslage. One, uporabom biodizelskoga goriva mogu promijeniti konzistenciju, te zbog toga moe doi do njihove migracije i zaepljivanja filtara ija je zadaa proiavanje pogonskog goriva. Zato je potrebno nakon izvjesnog vremena po prelasku na biodizelsko gorivo obaviti servis. Biodizelsko gorivo ima neto veu potronju u odnosu na potronju mineralnoga dizelskoga goriva pri istom broju prijeenih kilometara. Ako se promatra energetska iskoristivost motora, a to je postotak toplinske energije goriva koju oslobaa motor, biodizelsko gorivo nije pokazalo signifi kantan uinak na energetsku iskoristivost niti jednog istraivanog motora. Za razliku od energetske, volumetrijska iskoristivost koja se uglavnom izraava kao kilometri po litri goriva pokazala je da udio energije po litri biodizelskoga goriva iznosi otprilike 11 % manje nego kod dizelskoga goriva. Nadalje, oekuje se da e vozila koja koriste B20 postizati 2,2 % manje kilometara po litri goriva. Meutim, taj nedostatak kompenzira se udjelom kisika u biodizelskom gorivu. U tablici 1 prikazane su za izgaranje najvanije znaajke standardnoga dizelskoga goriva i metilnog estera ulja uljane repice biodizela :

5

ZNAAJKE Priblina kemijska formula Molekularna masa Sadraj ugljika Sadraj vodika Sadraj kisika Sadraj sumpora Sadraj duika Sadraj pepela Stehiometrijska koliina zraka Gustoa Promjena gustoe Ogrjevna vrijednost Poetak isparivanja Kraj isparavanja Cetanski broj Kinematika viskoznost (20 Celzija) Kinematika viskoznost (40 Celzija) Kinematika viskoznost (100 Celzija) Temperatura stinjavanja Plamite *metilni estir ulja uljane repice

JEDINICA g/mol % mase % mase % mase % mase % mase % mase % mase kg zraka/ kg goriva Kg/m2 Kg/m2K MJ/kg Celzij Celzij ---------------------mm2/s mm2/s mm2/s Celzij Celzij

MINERALNI DIZEL CH1,85 120-320 86,5 13 0 0,14 0,015 0,01 14,4 833 0,73 42,50 -180 -350 50 0,65 2,31 0,8 -24 70-90

RME * C19H35,2O2 296 76,5 12,3 11,0 0,002 0,1 0,02 12,8 878 0,83 37,10 -320 -360 -48 7,07 4,35 1,78 -12 110-140

Tablica 1 Znaajke mineralnoga dizelskoga goriva i metilnog estera ulja uljane repice Poetne tekoe u primjeni biodizelskoga goriva s poetka desetljea u meuvremenu su prevladane te svi dananji dizelski motori mogu rabiti biodizelsko gorivo bez ikakve opasnosti za sam motor ili pratee ureaje.

3.1. Biorazgradivost biodizelskoga gorivaU proteklim se godinama zakonskim regulativama u veini drava nastoji smanjiti udio sumpora i aromata u mineralnim dizelskim gorivima radi poboljavanja kakvoe zraka. Naalost, u procesu odstranjivanja sumpora i aromata te ostalih komponenata (poliaromata i duinih komponenata) izdvajaju se i komponente koje imaju zadau podmazivanja u motoru.

6

To rezultira smanjenom sposobnou podmazivanja niskosumpornih mineralnih goriva, koja se na neki nain mora nadomjestiti. Rjeenje se nalo u dobrim mazivim svojstvima biodizelskoga goriva. Samo 0,4 % biodizelskoga goriva u mineralnom dizelu omoguava minimum potrebne mazivosti koju zahtijeva standard za mineralno dizelsko gorivo. Maksimalna mazivost postie se mjeavinama priblino 10 % biodizelskoga u mineralno dizelsko gorivo. Biorazgradivost biodizelskoga goriva moe se uvidjeti kroz podatke o COD (kemijska potronja kisika), BOD5 (biokemijska potronja kisika), biorazgradivost u vodenim otopinama i biorazgradivost u tlu. Openito, metilni i etilni esteri imaju visoke COD i BOD5 vrijednosti, to je poeljno kada se radi o biorazgradnji, jer to znai da se materijal vrlo brzo razgrauje. Istraivanjem COD vrijednosti, utvreno je da ona nije bila znaajno razliita izmeu RME (metilni ester ulja uljane repice), REE (etilni ester ulja uljane repice) i 2-D (Phillips 2-D diesel). Suprotno tomu, BOD5 vrijednosti za RME i REE bile su dvostruko vee od BOD5 vrijednosti za 2-D. Signifi kantno manja (p