Biodiesel

Biodiesel - olej napędowy stanowiący lub zawierający biologiczny komponent w postaci estrów olejów roślinnych. W Europie będzie to głównie metylowy ester rzepakowy (MER), który może być stosowany jako paliwo w czystej postaci w wybranych pojazdach lub mieszany z konwencjonalnym olejem napędowym. Czysty ester rzepakowy najczęściej stosuje się do napędu silników pracujących na zbiornikach wodnych lub w ich bezpośrednim otoczeniu, gdyż łatwo ulega biodegradacji i nie stanowi zagrożenia dla czystości wód. Może być również stosowany do napędu autobusów miejskich lub sprzętu rolniczego w specjalnie chronionych rejonach kraju. Rozwiązania takie najczęściej są stosowane w Niemczech i Austrii. Najłatwiejsze jest natomiast wprowadzenie 5-8 % dodatku MER do oleju napędowego, będącego w powszechnej sprzedaży, ponieważ nie wymaga to tworzenia specjalnej sieci dystrybucji takiego paliwa. Dodatkowo ester ten poprawia właściwości smarne oleju napędowego i może zastępować niektóre komponenty syntetyczne dodawane do tego paliwa. Ester rzepakowy może być także stosowany zamiast oleju opałowego lub jako dodatek do tego paliwa, czego przykładem jest ogrzewanie nowej siedziby Parlamentu Niemiec.

Potencjalny areał uprawy rzepaku w Polsce i jego plony

Rzepakiem obsiewa się w Europie ponad 80% areału zajętego przez rośliny oleiste, a w Polsce jego udział przekracza 95% areału uprawy tej grupy roślin. W produkcji jednoznacznie dominuje ozima forma rzepaku, która daje zdecydowanie większe i bardziej stabilne w latach plony niż forma jara. W okresie ostatnich 20 lat powierzchnia uprawy rzepaku, średnio w kraju, wynosiła około 400 - 450 tys. ha. Rzepak jest również rośliną o dużej zmienności plonowania w latach, co potwierdza zróżnicowanie plonów od 1,59 t/ha w 1982 r. do 2,78 t/ha w 2004 roku. Należy zaznaczyć, że średnie plony krajowego rzepaku są niższe o ok. 30% od plonów uzyskiwanych w krajach Europy Zachodniej.

Struktura obszarowa gospodarstw

Na małych plantacjach wydajność pracy nowoczesnego sprzętu jest niska, a ponadto szkodniki wyrządzają większe szkody, w związku z tym powierzchnia pojedynczej plantacji rzepaku powinna wynosić przynajmniej 1,5-2 ha. Dodatkowo drobne gospodarstwa, często nie posiadające własnej siły pociągowej, nie są w stanie zapewnić poprawnej agrotechniki rzepaku, co obniża jego plony i produkcję czyni nieopłacalną. W związku z tym uprawa rzepaku powinna koncentrować się przede wszystkim w większych gospodarstwach. Prawidłowość tę potwierdza analiza struktury zasiewów około 1300 gospodarstw prowadzących rachunkowość rolną pod nadzorem Instytutu Ekonomiki Rolnictwa i Gospodarki Żywnościowej.

Potencjalne możliwości produkcji biodiesla z rzepaku

Można oczekiwać, że we wstępnym okresie, obejmującym około 2-3 lat przy zwiększeniu powierzchni uprawy rzepaku o 100 tys. ha i niskich plonach (na poziomie średniej z ostatniego 20-lecia), możliwe jest przeznaczenie około 250 tys. ton rzepaku na produkcję biopaliwa. Wyprodukowany z tej ilości rzepaku ester metylowy (MER) stanowiłby wówczas około 1,3-1,4% krajowego zużycia oleju napędowego. Docelowo, zakładając zwiększenie powierzchni uprawy do około 1 mln ha oraz wzrost plonów do 2,7-3,5 t/ha (poziom plonów zbliżony do uzyskiwanego obecnie w UE), można produkcję rzepaku na cele energetyczne szacować na około 2 mln ton. Biopaliwo uzyskane z takiej ilości rzepaku pokryłoby ponad 10% obecnego zużycia oleju napędowego w Polsce. Wariant docelowy możliwy jest do zrealizowania w okresie kilkunastu lat.

Model rynku biodiesla w Polsce

Problem rozpoczęcia w Polsce produkcji estrowego biopaliwa dotyczy określenia skali jego wytwarzania i odpowiedzi na pytanie czy robić to w małych agrorafi-neriach rzędu 5 tys t/r. bądź od razu w dużej wytwórni np. 100 tys. t/r. Idąc za przykładem Czech powinniśmy przyjąć raczej opcję pierwszą. Rozwojowi produkcji powinny służyć: odpowiednie regulacje prawno-finansowe, dopracowanie technologii, organizacji produkcji, jej ekonomiki oraz zbytu - także produktów ubocznych. Rozbudowywana sieć małych agrorafinerii powinna zapewnić systematyczny wzrost zbytu dla produkcji nasion rzepaku. Jednocześnie powinien nastąpić rozwój organizacji stacji paliw oferujących biodiesel i dzięki odpowiedniej promocji wzrost zaufania klientów do tego paliwa. Biopaliwo estrowe należałoby użytkować w środowiskach szczególnej ekologicznej troski pod względem ochrony zdrowia i zasobów przyrody, np. w chronionych obszarach wodnych, a także w przemyśle tam, gdzie stosuje się silniki wysokopręż-ne. Np. w kopalniach miedzi w Polsce w rejonie Lubina pracuje pod ziemią kilka tysięcy takich silników.

Technologia produkcji estrów

Wytwarzanie estrów z olejów lub tłuszczy przez transestryfikacje znane jest już od początku XX wieku. Zachodzi ono w obecności katalizatora zasadowego (bądź kwaśnego - H₂PO₄), którym najczęściej jest zasada sodowa lub potasowa.

Wszystkie procesy jakie zostały do tej pory opracowane różnią się głównie warunkami zachodzenia reakcji transestryfikacji, rodzajem katalizatora oraz jakością wykorzystywanego oleju. Klasa oleju ma zasadniczy wpływ na warunki, jakie muszą być spełnione, aby zachodząca reakcja chemiczna charakteryzowała się oczekiwaną wydajnością. W zależności od metody, jaka została zastosowana w procesie wytwarzania oleju, jego skład może się różnić pod względem: zawartości wolnych kwasów tłuszczowych, aminokwasów, barwników, witamin itp. Aby dobrać odpowiednie warunki reakcji, konieczna jest znajomość składu oleju przeznaczonego do transestryfikacji.

Bilans materiałowy otrzymywania estrów

Tłoczenie oleju i charakterystyka makuchu

W wyniku tłoczenia ziaren rzepaku otrzymuje się pomiędzy ok. 35% oleju roślinnego, i ca 65% makuchów, doskonałej paszy stosowanej w hodowli zwierząt. Częściowo odtłuszczone nasiona rzepaku (makuch, wytłoki) w zależności od ilości tłuszczu, zawierają mniej białka ogólnego niż śruta poekstrakcyjna. W przeliczeniu na masę beztłuszczową pasze te charakteryzują się jednak podobną ilością białka, którego skład aminokwasowy jest zbliżony, a nawet nieco korzystniejszy niż śruty sojowej. Skład kwasów tłuszczowych makuchu rzepakowego jest zbliżony do składu oleju rzepakowego, więc zawarty w nim tłuszcz zachowuje wszystkie korzystne cechy tego oleju. Jeśli chodzi o aminokwasy, to ich zawartość w białku makuchu jest bardzo zbliżona do białka nasion rzepaku. 1 kg. makuchu zawiera około 300 g białka strawnego, czyli tylko 20% mniej niż śruta sojowa, a jej cena jest przynajmniej 2-krotnie mniejsza od ceny śruty sojowej. Należy nadmienić, iż zapotrzebowanie na pasze białkowe pochodzenia roślinnego zwiększyło się po wprowadzeniu zakazu importu mączek mięsno-kostnych i dlatego Polska zaczęła importować duże ilości śruty sojowej. Jest rzeczą oczywistą, że częściowo importowaną śrutę sojową można zastąpić śrutą rzepakową.