Bionafta neboli bionafta - kapalné motorové biopalivo , které je směsí monoalkylesterů mastných kyselin . Bionafta se získává z triglyceridů (vzácněji volných mastných kyselin) reakcí transesterifikace (esterifikace) s jednosytnými alkoholy ( metanol , ethanol atd.). Zdrojem triglyceridů mohou být různé rostlinné oleje nebo živočišné tuky.
Proces získávání bionafty probíhá během chemické reakce interesterifikace. Při této reakci rostlinný olej nebo jakýkoli jiný zdroj triglyceridů v přítomnosti katalyzátoru reaguje s jednosytnými alkoholy za vzniku monoalkylesterů mastných kyselin (bionafta, FAME) a glycerolu. Pro identifikaci bionafty a její odlišení od ropné nafty vyráběné z živičných hornin je nutné stanovit obsah metylesterů mastných kyselin (FAME); analýza monoalkylesterů mastných kyselin neposkytne přesný obsah bionafty v motorové naftě.
Triglyceridy jsou interesterifikovány methanolem , méně často ethanolem nebo isopropylalkoholem (přibližně v poměru na 1 tunu oleje 200 kg methanolu + hydroxid draselný nebo sodný ) při teplotě 60 °C a normálním tlaku.
Pro získání kvalitního produktu je nutné splnit řadu požadavků:
Ve vozidlech se používá v čisté formě a ve formě různých směsí s motorovou naftou . V USA je směs motorové nafty s bionaftou označena jako B; číslo za písmenem udává procento bionafty. B2 - 2 % bionafta, 98 % motorová nafta . B100 - 100% bionafta. Podobný systém označování paliv byl v EU zaveden v roce 2018. [jeden]
Použití směsí nevyžaduje změny na motoru.
Je všeobecně známo, že podle druhu použité suroviny pro výrobu konkrétního biopaliva se dělí na generace (1. generace, biopaliva 2. generace atd.). Tato klasifikace platí také pro bionaftu. V závislosti na použité surovině tedy můžeme hovořit o bionaftě 1. generace (ze zemědělských plodin), bionaftě 2. generace (z odpadu obsahujícího tuk) a bionaftě 3. generace (z lipidů mikrořas). bionafta v různých zemích:
EU , Rusko , Ukrajina - řepka ;
USA - sójové boby ;
Indonésie , Filipíny – palmový olej ;
Indie - jatropha , (Jatropha);
Brazílie - ricinový olej.
Používají se také odpadní rostlinné oleje, živočišné tuky, rybí tuk atd .
Produkce ropy z různých surovin z jednoho hektaru půdy ročně
| Suroviny | kg oleje/ha | litrů oleje/ha |
|---|---|---|
| Kukuřice | 145 | 172 |
| Kešu oříšky | 148 | 176 |
| oves | 183 | 217 |
| Lupina | 195 | 232 |
| měsíček lékařský | 256 | 305 |
| Bavlna | 273 | 325 |
| Konopí | 305 | 363 |
| Sója | 375 | 446 |
| Káva | 386 | 459 |
| Prádlo | 402 | 478 |
| Lískový oříšek | 405 | 482 |
| dýňová semínka | 449 | 534 |
| Koriandr | 450 | 536 |
| hořčičná semínka | 481 | 572 |
| Semínka Camelina | 490 | 583 |
| Sezam | 585 | 696 |
| Světlicové barvivo | 655 | 779 |
| Rýže | 696 | 828 |
| Slunečnice | 800 | 952 |
| Kakao | 863 | 1026 |
| Arašíd | 890 | 1059 |
| Mák | 978 | 1163 |
| Znásilnění | 1000 | 1190 |
| Olivový | 1019 | 1212 |
| ricinový olej | 1188 | 1413 |
| Pekanový ořech | 1505 | 1791 |
| Jojoba | 1528 | 1818 |
| Jatropha | 1590 | 1892 |
| Macadamia | 1887 | 2246 |
| Brazilský ořech | 2010 | 2392 |
| Avokádo | 2217 | 2638 |
| Kokosová palma | 2260 | 2689 |
| palmový olej | 5000 | 5950 |
| lojový strom | 5500 [1] | |
| Mořská řasa | 95 000 |
Údaje z The Global Petroleum Club
| Země | 2004, tisíce tun | 2005, tisíce tun | 2006, tisíce tun | 2007, tisíce tun | 2008, tisíce tun | 2009, tisíce tun [2] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Rakousko | 57 | 85 | 123 | 267 | 213 | 310 |
| Belgie | - | jeden | 25 | 166 | 277 | 416 |
| Kypr | - | jeden | jeden | jeden | 9 | 9 |
| čeština | 60 | 133 | 107 | 61 | 104 | 164 |
| Dánsko | 70 | 71 | 80 | 85 | 231 (Dánsko+Švédsko) |
233 (Dánsko+Švédsko) |
| Estonsko | - | 7 | jeden | 0 | 0 | 24 |
| Francie | 348 | 492 | 743 | 872 | 1815 | 1959 |
| Německo | 1035 | 1669 | 2662 | 2890 | 2819 | 2539 |
| Řecko | - | 3 | 42 | 100 | 107 | 77 |
| Maďarsko | - | - | 0 | 7 | 105 | 133 |
| Itálie | 320 | 396 | 447 | 363 | 595 | 737 |
| Velká Británie | 9 | 51 | 192 | 150 | 192 | 137 |
| Lotyšsko | - | 5 | 7 | 9 | třicet | 44 |
| Litva | 5 | 7 | deset | 26 | 66 | 98 |
| Malta | - | 2 | 2 | jeden | jeden | jeden |
| Polsko | - | 100 | 116 | 80 | 275 | 332 |
| Portugalsko | - | jeden | 91 | 175 | 268 | 250 |
| Slovensko | patnáct | 78 | 82 | 46 | 146 | 101 |
| Slovinsko | - | osm | jedenáct | jedenáct | 9 | 9 |
| Španělsko | 13 | 73 | 99 | 168 | 207 | 859 |
| Švédsko | 1.4 | jeden | 13 | 63 | 231 (Dánsko+Švédsko) |
233 (Dánsko+Švédsko) |
| Bulharsko | - | - | - | - | jedenáct | 25 |
| Finsko | - | - | - | - | 85 | 220 |
| Celkem za země EU | 1933,4 | 3184 | 4890 | 5713 | 7755 | 9046 |
| Země | 2004, mil. l | 2005, mil. l | 2006, mil. l | 2007, mil. l | 2008, mil. l | 2009, mil. l | 2010, mil. l |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| USA | 94,5 | 283,5 | 2200 | - | 2611,98 [3] | - | |
| Argentina | - | 25 | padesáti | - | - | - | 2100 |
| Brazílie | - | - | - | 450 | - | - | 2300 |
V roce 2004 bylo asi 80 % evropské bionafty vyrobeno z řepkového oleje, zatímco asi třetina úrody řepky v roce 2004 byla použita speciálně pro výrobu biopaliv.
V Evropské unii se bionafta začala vyrábět v roce 1992 . Do konce první poloviny roku 2008 bylo v zemích EU postaveno 214 závodů na výrobu bionafty s celkovou kapacitou 16 milionů tun bionafty ročně [4] . V červenci 2010 fungovalo v zemích EU 245 zařízení na výrobu bionafty s celkovou kapacitou 22 milionů tun.
V USA v říjnu 2004 byla instalovaná kapacita přibližně 567 milionů litrů ročně (150 milionů galonů ). V polovině roku 2008 bylo v USA v provozu 149 závodů s kombinovanou kapacitou přibližně 7,669 miliardy litrů ročně (2029 milionů galonů ). Ve výstavbě bylo 10 závodů s celkovou kapacitou přibližně 808,9 milionů litrů ročně (214 milionů galonů ).
V Kanadě byly na konci roku 2006 v provozu čtyři elektrárny s celkovou kapacitou přibližně 196,5 milionů litrů ročně (52 milionů galonů ).
V roce 2010 se světová produkce bionafty zvýšila o 12 % oproti roku 2009 a dosáhla 19 miliard litrů [5] .
Pro bionaftu vyvinula Evropská organizace pro normalizaci normu EN14214. Kromě ní existují normy EN590 (nebo EN590:2000) a DIN 51606. První popisuje fyzikální vlastnosti všech druhů motorové nafty prodávaných v EU, na Islandu, v Norsku a Švýcarsku. Tato norma povoluje 5% obsah bionafty v minerální naftě; v některých zemích (např. ve Francii) všechna motorová nafta obsahuje 5 % bionafty. DIN 51606 je německá norma navržená tak, aby byla kompatibilní s motory téměř všech předních výrobců automobilů, je tedy nejpřísnější. Většina bionafty vyráběné komerčně na Západě se jí vyrovná nebo ji převyšuje.
Bionafta, jak ukázaly experimenty, neškodí rostlinám a zvířatům, když se dostane do vody. Navíc prochází téměř úplným biologickým rozkladem: v půdě nebo ve vodě zpracují mikroorganismy 99 % bionafty za 28 dní, což nám umožňuje hovořit o minimalizaci znečištění řek a jezer.
Snížení emisí CO 2 . Spalováním bionafty se uvolňuje přesně stejné množství oxidu uhličitého, jaké za celou dobu své životnosti spotřebovala z atmosféry rostlina, která je surovinou pro výrobu ropy. Bionafta neobsahuje téměř žádnou síru ve srovnání s běžnou motorovou naftou . To je dobré z hlediska životního prostředí . (Výpočty však nezohledňují množství oxidu uhličitého uvolněného při zpracování surovin na bionaftu.)
Vysoká teplota vznícení. Bod vzplanutí bionafty je vyšší než 100 °C , díky čemuž je biopalivo relativně bezpečnou látkou.
Pro výrobu surovin pro bionaftu jsou odcizeny velké plochy půdy, na které se často používají vysoké dávky přípravků na ochranu rostlin . To vede k biodegradaci půd a snížení kvality půdy.
Na druhé straně se koláč a šrot získané v procesu výroby rostlinného oleje používají jako krmivo pro hospodářská zvířata, což umožňuje úplnější využití rostlinné biomasy.
Výroba bionafty umožňuje uvést do oběhu nevyužitou zemědělskou půdu, vytvořit nová pracovní místa v zemědělství, strojírenství, stavebnictví atd. Například v Rusku se v letech 1995 až 2005 osevní plocha snížila o 25,06 mil . hektarů . USA mohou ročně vypěstovat na volné půdě 1,3 miliardy tun biomasy .
Při výrobě bionafty vzniká esterifikační reakcí směs, která se nechá usadit. Světlé vrchní části produktu jsou řepkový metyléter nebo bionafta. Spodní frakce jsou tzv. glycerolová fáze, která je často nesprávně označována jako glycerol . Ve skutečnosti je stále potřeba „dovést“ k čistému glycerinu, bez kterého je jeho skladování a likvidace vážným problémem kvůli zvýšené zásaditosti a obsahu metanolu . Stejné problémy nastávají, když se pro esterifikaci používá ethanol . Výroba bionafty na bázi etanolu je však méně rentabilní kvůli její vyšší hustotě.
Řada publikací nadšenců pro alternativní paliva se věnuje výrobě bionafty řemeslným způsobem – doslova v garáži. Takové technologie však kromě problému s již zmiňovanou glycerolovou fází nemohou zaručit ani správnou kvalitu paliva a následně ani bezpečnost motoru. To je způsobeno nedostatečným čištěním takového paliva od různých nečistot, které jednoduše ucpávají motor. V případě řemeslné výroby je navíc problematické nakupovat metanol, který vyrábí pár velkých chemických závodů. Metanol se vyrábí ze zemního plynu, takže cena jedné ze složek pro výrobu biopaliv je pevně svázána s cenami plynu, i když jako surovina pro metanol může sloužit i důlní plyn (metan), bioplyn a dokonce i vodík .
Mnoho zemí světa vyvinulo programy částečné náhrady ropných motorových paliv různými typy biopaliv, včetně bionafty:
| Země | Požadavek |
|---|---|
| Minnesota , USA | 5% obsah bionafty v motorové naftě od května 2009 [7] |
| Missouri , USA | 5% obsah bionafty v motorové naftě od července 2010 |
| Francie | 7 % biopaliv do roku 2010 ( etanol + bionafta) |
| Evropská unie | 5,75 % biopaliv do roku 2010 ( etanol + bionafta) |
| Austrálie | 350 milionů litrů biopaliv do roku 2010 ( etanol + bionafta) |
| Brazílie | 2 % od 1. ledna 2008 , 4 % od 1. července 2009 [8] , 5 % od roku 2010 [9] ; |
| Zimbabwe | 10 % bionafty z celkové spotřeby motorové nafty ; |
| Malajsie | 20 % bionafty z celkové spotřeby motorové nafty ; |
| Thajsko | 5 % bionafty v motorové naftě do roku 2011 , 10 % do roku 2012 ; |
| Nový Zéland | 5 % biopaliv do roku 2008 ( etanol + bionafta); |
| Indie | 20 % biopaliv do roku 2017 ( etanol + bionafta) [10] |
| Čína | produkovat ročně 8 milionů tun do roku 2020 ; |
| Indonésie | 10 % biopaliv do roku 2010 ( etanol + bionafta); |
| Jižní Korea | 0,5 % bionafty z celkové spotřeby nafty od roku 2006 , 5 % od roku 2008 ; |
| Kanada | 2 % bionafty v automobilových a topných palivech do roku 2012 ; |
| Japonsko | od března 2007 je povolen 5% obsah bionafty v motorové naftě; |
| Filipíny | 1 % bionafty v automobilovém průmyslu a palivu od roku 2007 , 2 % od roku 2008 ; |
| Německo | 5 % v pohonných hmotách od 1. ledna 2007 ; |
| Irsko | 5,75 % biopaliv do roku 2009 ( etanol + bionafta). 10 % biopaliv do roku 2020 ; |
| Dánsko | 10 % biopaliv do roku 2020 ; |
| Tchaj-wan | 1 % v automobilovém palivu od roku 2008 2 % od roku 2010 [11] ; |
| Portugalsko | 10 % v automobilovém palivu od roku 2010 . |
| Kolumbie | 5 % v automobilovém palivu. 10 % od roku 2010 , 20 % od roku 2012 . |
| Argentina | 5 % v automobilovém palivu do roku 2010 . |
| Chile | povolený obsah 5 % v automobilovém palivu. |
| Mexiko | 3,2 % biopaliv v automobilovém palivu do roku 2012 [12] . |
V Rusku neexistuje jednotný státní program pro rozvoj bionafty, ale vznikají regionální programy, např. Cílový program území Altaj "Řepka - bionafta". V Lipecké oblasti vzniklo Sdružení výrobců řepkového oleje .
Plánuje se výstavba závodů na výrobu bionafty v Lipetské oblasti , Tatarstánu , Altajské oblasti , Rostovské oblasti , Volgogradské oblasti , Orjolské oblasti , Krasnodarské oblasti , Omské oblasti , Novgorodské oblasti .
V letech 2006-2007 testovala společnost Russian Railways OJSC bionaftu z řepkového oleje na dieselových lokomotivách depa Voronezh-Kursky Jihovýchodní železnice . Zástupci ruských drah oznámili, že jsou připraveni používat bionaftu v průmyslovém měřítku ve svých dieselových lokomotivách [13] .
Nejslibnějším zdrojem suroviny pro výrobu bionafty jsou řasy . Podle amerického ministerstva energetiky může jeden akr (4047 m² ~ 0,4 ha) půdy vyprodukovat 255 litrů sójového oleje nebo 2400 litrů palmového oleje . Ze stejné vodní plochy (1 barel = 159 litrů) lze vyrobit až 3 570 barelů bionafty. Green Star Products odhaduje, že na akr lze vyprodukovat 48 galonů sójového oleje, 140 galonů řepkového oleje a 10 000 galonů řas.
Americké ministerstvo energetiky v letech 1978 až 1996 zkoumalo řasy s vysokým obsahem oleje a celulózy v rámci „programu vodních druhů“ [14] . Výzkumníci dospěli k závěru, že Kalifornie , Havaj a Nové Mexiko jsou vhodné pro průmyslovou produkci řas v otevřených rybnících. Po dobu 6 let byly řasy pěstovány v rybnících o rozloze 1000 m². Ukázalo se, že rybník v Novém Mexiku je vysoce účinný při pohlcování CO 2 . Výnos byl více než 50 gramů řas na 1 m² za den. 200 000 hektarů rybníků dokáže vyprodukovat dostatek paliva pro roční spotřebu 5 % amerických automobilů . 200 000 hektarů je méně než 0,1 % americké půdy vhodné pro pěstování řas. Technologie má stále mnoho problémů. Například řasy milují vysoké teploty, pouštní klima se pro jejich produkci dobře hodí, ale při nočních změnách teplot je nutná určitá regulace teploty. Na konci 90. let se tato technologie nedostala do průmyslové výroby kvůli nízkým nákladům na ropu .
Kromě pěstování řas v otevřených rybnících existují technologie pro pěstování řas v malých bioreaktorech umístěných v blízkosti elektráren . Odpadní teplo z kogenerační jednotky může pokrýt až 77 % potřeby tepla potřebného pro pěstování řas. Tato technologie nevyžaduje horké pouštní klima.
V roce 2006 několik společností oznámilo výstavbu rostlin na výrobu bionafty z řas:
Ruští vědci ze Spojeného institutu pro vysoké teploty (JIHT) Ruské akademie věd a Moskevské státní univerzity vyvinuli a úspěšně otestovali zařízení na přeměnu biomasy mikrořas na biobenzín . Výsledné palivo, smíchané s běžným benzínem , bylo testováno ve dvoudobém spalovacím motoru . Nový vývoj umožňuje zpracovat celou biomasu řas najednou, aniž by došlo k jejímu vysušení. Předchozí pokusy vyrobit biobenzín z řas zahrnovaly krok sušení, který byl energeticky účinnější než výsledné palivo. Nyní je tento problém vyřešen. Rychle rostoucí mikrořasy zpracovávají energii slunečního záření a oxidu uhličitého na biomasu a kyslík mnohem efektivněji než běžné suchozemské rostliny, takže získávání biopaliva z nich je velmi perspektivní [15] [16] [17] .
Produkce O2Diesel (USA).
Používá se v USA , Brazílii , Indii .
| Hlavní druhy organických paliv | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fosilní |
| ||||||||
| Obnovitelné a biologické | |||||||||
| umělý | |||||||||