Calcul tehnico economic al procesului de obținere a biodieselului din ulei de gătit rezidual

Capitolul 1. Caracteristicile produsului finit biodieselul

Biodieselul este un lichid de culoare galben deschis până la galben închis, practic nemiscibil cu apa, cu punct de fierbere ridicat şi presiune de vapori coborâtă, având densitatea de aproximativ 0,88 kg/m3, format dintr-un amestec de esteri ai acizilor graşi monocarboxilici cu metanolul. Esterul metilic al biodieselului are un punct de aprindere de circa 150 oC, fiind un produs neinflamabil. Este un combustibil lichid compatibil cu motorina obţinută din ţiţei. Se obţine prin transesterificarea glicerinei din diverse grăsimi cu metanol sau etanol.

Standardul european referitor la biodiesel este EN 14214. Standardul german DIN E 51606 indică trei varietăţi de biodiesel, în fucnţie de materia primă de provenienţă:

- RME (rapeseed methyl ester – ester metilic al uleiului de rapiţă);

- PME (purely [vegetable] methyl ester – ester metilic al uleiurilor vegetale pure);

- FME (fat methyl ester – este metilic al grăsimilor din produse vegetale şi animale).

Simbolizarea acestui carburant se face prin litera B urmată de un număr care reprezintă procentul de biodiesel din amestec. Biodieselul pur este notat B100. B20 este un combustibil care conţine 20% biodiesel şi 80% motorină. Acest combustibil poate fi folosit în motoarele cu ardere prin compresie obişnuite. Pentru a utiliza B100, motoarele diesel necesită anumite modificări.

Producţia mondială nu a atins încă nivelul producţiei de etanol, însă în ţările Uniunii Europene, în special, sistemul de taxe stimulează cererea de biodiesel. În 2004 Uniunea Europeana producea 2,2 •109 L de biodiesel [1], din care 1,15•109 L erau produşi în Germania, cel mai mare producător mondial. La distanţă se situează Franţa cu 387•106 L şi Italia cu 356•106 L. Producţia din SUA a fost relativ stagnantă timp de câţiva ani. Măsurile stimulative luate de guvern au făcut ca producţia să crească de la 1,89•106 L în 1999, la peste 250•106 L în 2005 [69]. În lume, numeroase ţări au programe de dezvoltare a producţiei de biodiesel, astfel încât sunt aşteptate creşteri semnificative ale producţiei în următorii ani [92]. Evoluţia producţiei de biodiesel până în 2005, precum şi creşterea cererii de biodiesel pe piaţa americană până în 2010 sunt prezentate in Figura 1 [93].

Figura 1. Producţia de biodiesel [93]

Producerea biodieselului se bazează pe reacţia de transesterificare a trigliceridelor cu alcooli inferiori monohidroxilici (methanol, etanol, izopropanol, butanol). Alcoolul cel mai utilizat este metanolul, datorită preţului scăzut şi reactivităţii ridicate. În cazul utilizării alcoolilor cu 2 – 4 atomi de carbon se îmbunătăţeşte comportarea biodieselului la temperaturi scăzute, însă pe seama scăderii eficienţei procesului de transesterificare. Ca sursă de trigliceride (grăsimi) se pot utilize uleiuri vegetale şi grăsimi animale, noi sau reciclate.

În urma reacţiei de transesterificare se obţine biodiesel, produs principal, iar ca produs secundar glicerina.

Acizii graşi liberi din materia primă fie se transformă în săpunuri (dacă pentru transesterificare se folosesc alcoxizi de sodiu sau potasiu), fie se esterifică transformându-se în biodiesel, dacă se lucrează în cataliză acidă. În urma transesterificării, produsul obţinut capătă proprietăţi de combustie similar cu cele ale motorinei.

Materiile prime cu sub 4% acizi graşi liberi (uleiuri vegetale şi o serie de grăsimi animale) pot fi transesterificate direct. Dacă materia primă conţine peste 4% acizi graşi liberi (grăsimi animale necomestibile, grăsimi reciclate), este necesară o esterificare prealabilă în mediu acid. Procesul se realizează cu metanol în prezenţa acidului sulfuric concentrat drept catalizator, cu formare de biodiesel: