BIODEGALAI Part-financed by the European Union (European Regional Development Fund and European Neighbourhood and Partnership Instrument)
Įžanga ES reikalavimai diegti ir plėtoti atsinaujinančių išteklių energijos naudojimą, griežtėjantys aplinkosauginiai reikalavimai susiję su šiltnamio efektą sukeliančių dujų emisijų bei atliekų mažinimu, verčia kuo plačiau panaudoti vietinius atsinaujinančius energijos išteklius, tame tarpe ir biodegalus. Biodegalų gamyba skatina naudoti vietinius energijos išteklius tuo sumažinant importuojamo iškastinio kuro vartojimą, o taip pat atsiranda galimybė plėtoti žemės ūkį, negaminant maisto produktų. Vietinių atsinaujinančių energijos išteklių įsisavinimas sumažina ūkio subjektų priklausomybę nuo mineralinių išteklių ir padeda išvengti pasekmių, susijusių su energijos aprūpinimo sutrikimais. Biodegalai yra iš biomasės gaminamas kuras, paprastai naudojamas kaip kuras transportui. Dyzelino ir benzino analogai biodyzelinas ir bioetanolis labiausiai paplitusios jo rūšys. Biodyzelinas paprastai gaminamas iš augalinių aliejų ar gyvulinės kilmės tiebalų (Lietuvoje iš rapsų aliejaus), o bioetanolis iš krakmolo ar cukraus turinčių žaliavų (Lietuvoje daugiausia iš kvietrugių ar kviečių). Šiuo metu pasaulyje didžioji biodegalų dalis pagaminama iš maistinių kultūrų javų, runkelių, sojų, cukranendrių, rapsų, palmių ir pan. Antrosios kartos biokurą galima gaminti iš bet kokios biomasės, įskaitant šiukšles ir dumblius. Nuotrauka iš http://farm1.static.flickr.com/153/363957361_68fe9dd1f5.jpg
Biodegalai Apibrėžimai Biomasė žemės ūkio (įskaitant augalinės ir gyvūninės kilmės medžiagas), miškų ūkio ir kitų susijusių pramonės šakų produktai ir atliekos ar šių produktų bei atliekų biologiškai skaidoma dalis, taip pat pramoninių ir buitinių atliekų biologiškai skaidoma dalis. Biokuras iš biomasės pagaminti degūs dujiniai, skystieji ir kietieji produktai, naudojami energijai gaminti. Biodegalai biokuras, tinkamas naudoti vidaus degimo varikliuose kaip degalai. Dažniausiai vartojamos biodegalų rūšys yra bioetanolis, biodyzelinas, biodujos, bioetiltretbutileteris (ETBE). Bioetanolis etanolis (etilo alkoholis), pagamintas iš biomasės ir (ar) biologiškai skaidomos atliekų dalies, skirtas naudoti kaip biokuras. Lietuvoje bioetanolis gaminamas iš grūdų. Biodyzelinas metilo (etilo) esteris, pagamintas iš augalinės kilmės aliejų ar gyvūninės kilmės riebalų, prilygstantis dyzelino kokybei, skirtas naudoti kaip biokuras. Lietuvoje biodyzelinas (rapsų metilo esteris RME) gaminamas iš rapsų sėklų.
Automobiliuose dažniausiai naudojamos šios biodegalų rūšys: bioetanolis, biodyzelinas ir jų mišiniai su mineraliniais degalais. Bioetanolio gamybai gali būti panaudojamos: cuklaus turinčios žaliavos: cukranendrės, cukriniai runkeliai, krakmolo turinčios žaliavos: bulvės, grūdai, lignoceliuliozė, mediena, šiaudai. Iki 20 % bioetanolio priemaišos benzine nereikalauja techninių variklio pakeitimų ir nemažina variklio galios. Norint naudoti aukštesnės koncentracijos bioetanolį reikalingi variklio pakeitimai. Bioetanolis yra labiausiai pasaulyje paplitę biodegalai. Biodyzelinas augalinės ar gyvulinės kilmės riebalų esteris. Priklausomai nuo gamyboje naudojamo alkoholio rūšies metanolio arba etanolio, jis vadinamas metilo arba etilo esteriu atitinkamai. Biodyzelinas naudojamas mišiniuose su tradiciniu dyzelinu arba grynas. Dažniausiai naudojamus 20% biodyzelino mišinius galima vartoti įprastiniuose varikliuose be techninių pakeitimų. Kadangi biodyzelinas yra geras tirpiklis, tai pradėjus vartoti jo mišinius, pradžioje tenka dažniau keisti kuro filtrus. Grynas biodyzelinas gali būti naudojamas tik tam tikslui pritaikytuose varikliuose. Šiuo metu daugelis automobilių gamintojų (VW, Audi, Renault, Seat ir kt.) išleidžia automobilius, pritaikytus biodyzelinui. Biodyzelino kolonėlė (Carlos Sousa, 2009)
Augalinis aliejus naudojamas tik perdirbtuose varikliuose. Neseniai paskelbta apie ketinimus biokurui panaudoti gyvulinius riebalus. Mažėjant iškastinio kuro rezervams ir brangstant jo gavybai bei gamybai, biokuro panaudojimas transporte suteikia šias teigiamas galimybes: Demonopolizuojama degalų tiekimo rinka, dažnai priklausanti nuo užsienio ekonominių ir politinių faktorių. Degalų gamyba vyksta netoli jų vartojimo, todėl sumažėja pačių degalų transportavimo išlaidos. Suteikiamos naujos galimybės žemės ūkio įmonėms. Svarbiausia mažinama tiesioginė aplinkos tarša, nes beveik visa Tyrimai parodė, kad naudojant aukštos etanolio koncentracijos kurą (pvz., E85, 70 85% etanolio, plačiai naudojamas Švedijoje, plinta JAV), išskiriama mažiau kancerogeninių medžiagų nei naudojant įprastą kurą, taip pat mažesnės šiltnamio dujų emisijos, tačiau išsiskiria žymiai daugiau acetaldehido, kuris veikiamas saulės šviesos išskiria ozoną, kuris savo ruožtu skatina žmogui kenksmingo smogo susidarymą. http://global-warming.accuweather.com/2008/02/bad_news_for_biofuels.html
Biodegalų naudojimas ES ir Lietuvoje Apie 90% pasaulinės biodegalų gamybos sukoncentruota JAV (43%), Brazilijoje (35%) ir Europos Sąjungos šalyse (15%). Paskaičiuotas ES biokuro vartojimas kelių transportui, ktne: 2007 2008 Biodyzelinas 5900 7160 Augalinis aliejus 660 370 Bioetanlolis 1380 1790 Viso biodegalų 7940 320 2007 m. ES tiek biodujų, tiek biodyzelino gamyba išaugo dėl padidėjusio buitinio vartojimo. Tačiau 2008 vasarą biodyzelino rinka žymiai sumažėjo dėl nukritusio iškastinio kuro kainų ir politinių pokyčių Vokietijoje, kuri turi didžiausią biodyzelino rinką ES. Derėtų paminėti, kad auga ir biodyzelino importas iš JAV. 2007 2008 ES Biodyzelinos gamyba, tiekimas, vartojimas, 1000 Mt Gamyba 5945 6040 Importas 925 2450 Eksportas 0 160 Vartojimas 6870 8330 ES bioetanolio gamyba, tiekimas, vartojimas, 1000 Mt Gamyba 1450 2100 Importas 790 870 Eksportas 35 40 Vartojimas 2205 2930 ES didžiausia biodyzelino gamintoja yra Vokietija, kiti stambūs gamintojai Prancūzija, Italija ir Beneliukso šalys. Tarp bioetanolio gamintojų didžiausią dalį gamina Prancūzija ir Vokietija, toliau seka Beneliuksas, Lenkija, Jungtinė Karalystė ir Ispanija.
Nuotrauka iš http://www.jatrophaoilextraction.com/ Biodegalų gamybą ir naudojimą Lietuvoje skatina tarptautiniai įsipareigojimai, susiję su šiltnamio efektą skatinančių dujų emisijų mažinimu bei transporte naudojamų biodegalų kiekio didinimu. Įtakos turi ir nuolat didėjanti dyzelino paklausa, palyginus su benzinu, bei nuolat kylanti naftos, taip pat ir mineralinių degalų kaina. Naftos kaina pirmajame 2008 m. pusmetyje buvo 145 USD/barelį (2008 m. liepa), prognozuojama, kad iki šių metų pabaigos ji gali siekti 200 USD/barelį, o 2009 m. gale net 300 USD/barelį (Lietuvos pramonininkų konfederacijos prognozės). Be to, plečiant biodegalų gamybą ir naudojimą, sukuriamos papildomos darbo vietos žemės ūkyje ir perdirbimo pramonėje, taip pat žemės ūkio gamyboje didėja produkcijos dalis, skirta ne maisto reikmėms. 2007 m. duomenimis Lietuvoje pagaminama 50 tūkst. tonų biodyzelino ir 40 tūkst. tonų bioetanolio per metus. Pagrindinė biodyzelino žaliava yra rapsų sėklos, kurių išauginami kiekiai 2007 m. buvo: Žieminiai rapsai Vasariniai rapsai Viso rapsų sėklų Pasėliai, tūkst.. ha 68,0 106,4 174,4 Derlius, tūkst.. t 141,8 170,1 311,9 Derlingumas, t/ha 2,09 1,6 1,79
Nuotrauka iš http://www.elt.lt/wp-content/uploads/2008/05/rapsai02.jpg Bioetanolio gamybos pajėgumai Lietuvoje nuolat didinami. 2009 m. buvo ketinama pagaminti apie 200 tūkst. tonų bioetanolio. Šio kiekio per daug, nes benzino, atitinkančio standarto LST EN 228 reikalavimus, sudėtyje leidžiama tik iki 5% bioetanolio. Kadangi Lietuvoje šiuo metu suvartojama apie 300 tūkst. t/metus benzino, tai šiam kiekiui pakaktų 15 tūkst. t bioetanolio. Galima vartoti ir degalus E85, susidedančius iš 85% bioetanolio ir 15% benzino, tačiau tam reikalingi automobiliai su taip vadinamais lanksčiais varikliais, galinčiais naudoti degalų mišinius, kuriuose bioetanolio kiekis kinta didelėse ribose. Tokius variklius kol kas gamina tik SAAB firma. Bioetanolis mūsų šalyje gaminamas dažniausiai iš kvietrugių, bet jį galima gaminti ir iš kitų javų grūdų, bulvių ar cukrinių runkelių. Šių augalų derlius, auginimo plotai ir derlingumas 2007 metais pateikti lentelėje: Pasėliai, tūkst. ha Derlius, tūkst. t Derlingumas, t/ha Rugiai 69,8 16,2 2,37 Žieminiai kviečiai 276,7 1151,2 4,16 Žieminiai kvietrugiai 67,4 199,1 2,95 Bulvės 52,8 576,1 10,91 Cukriniai runkeliai 16,9 799,9 47,29
http://smashingmagazine.blogspot.com/2008/02/green-blues-biofuelswwwadd-to-global.html Biodegalų rūšys Lietuvoje Biodegalai žinomi jau labai seniai. Pirmasis dyzelinis variklis, varomas grynu žemės riešutų aliejumi, demonstruotas jau 1900 m. Pasaulinėje parodoje Paryžiuje. Tačiau dėl pigios naftos ir paprastos benzino bei dyzelino gamybos 20 a. jie buvo pamirštas. Bioetanolis gaminamas fermentuojant turinčius daug cukraus ar krakmolo žaliavas grūdus, cukrinius runkelius ar kitus augalus. Paprastai jis 5% santykiu maišomas su benzinu ir gali būti vartojamas įprastiniuose nemodifikuotuose varikliuose. Modifikuotose varikiuose, prisiderinančiuose prie degalų, bioetanolio dalis gali sudaryti iki 85% ar net iki 100% viso degalų kiekio. Bioetanolio energetinė vertė sudaro 2/3 benzino vertės, todėl jo suvartojamas kiekis yra didesnis. Bioetanolis yra alkoholis, savo sudėtyje turintis deguonies (C 2 H 5 OH). Bioetanolis turi aukštesnę slaptąją garavimo šilumą, todėl sunkiau užvesti variklį žiemą. Bioetanolis didina oktaninį skaičių jį naudojant gali būti aukštesnis suspaudimo laipsnis.
Kalbant apie aplinkosauginę naudą, 100 % bioetanolio naudojimas taršą sumažintų 50-60%, lyginant su tradiciniu iškastiniu kuru. 5% mišinys taršą apytikriai sumažina apie 2,5-3%. Pagrindinės potencialios bioetanolio žaliavos Lietuvoje: grūdai, cukriniai runkeliai, bulvės ETBE (etilo tretinis butilo eteris) gaminamas iš bioetanolio, reaguojant jį su izobutelenu. ETBE vartojamas iki 15% mišinyje su benzinu. Jis stabilesnis negu etanolis, bet reikalauja papildomo technologinio proceso žingsnio. Bioetanolis ir ETBE yra aukštaoktaniniai produktai. Biodyzelinas gaminamas iš aliejinių augalų, tokių kaip rapsai ar saulėgrąžos, taip pat iš gyvulinių riebalų. Biodyzelinas vartojamas dyzeliniuose varikliuose, įmaišant iki 5% jo į dyzeliną lengvuosiuose automobiliuose ir iki 30% - modifikuotiems miesto autobusų varikliams. Tam tikromis sąlygomis biodyzelinas gali būti vartojamas grynas. Biodyzelino gamybos žaliava - rapsai Biodyzelines gali būti naudojamas grynas arba kaip priedas, dažniausiai naudojamas mišinys- 5% biodyzelino ir 95 % dyzelino. Naudojant mišinį, kuriame daugiau kaip 5% biodyzelino, gamintojas nesuteikia garantijų transporto priemonei. Mišiniui, kuriame daugiau kaip 30% biodyzelino, būtina
keisti variklio konstrukciją, nes guminės tarpinės sukietėja ir užblokuojami purkštukai. Aplinkosauginė nauda yra ta, kad 100% biodyzelino naudojimas sumažintų CO 2 išmetimus 40-50%. Naudojant 5% mišinį, CO 2 išmetimai sumažėja 2-2,5%. Biodyzelinas yra skaidomas mikroorganizmų, todėl juo užterštas dirvožemis greičiau apsivalo. Biodegalai varikliams turi du svarbius privalumus: maišant iki 5% su įprastiniais degalais, nereikia modifikuoti automobilio variklio, ir antra, jie gali būti tiekiami per tas pačias autotransporto degalines be papildomų investicijų tiekimo infrastruktūrai. Deja, kalbant apie ekonominius aspektus, derėtų paminėti, kad biodyzelino gamybos iš aliejinių sėklų kaštai maždaug 2 kartus didesni nei dyzelino gamybos kaštai iš žalios naftos. Bioetanolio gamybos išlaidos maždaug 2-3 kartus didesnės nei benzino gamybos išlaidos iš žalios naftos. Todėl tokio kuro vartojimo skatinimui būtinas mokesčių mažinimas ir/arba kitos lengvatos. Nuotrauka iš http://earth2tech.com/2009/06/12/agro-showdown-to-shapenext-gen-offsets-biofuels/ Biodegalų gamybos technologijos Biodegalai kuras arba degalai, skirti automobiliams, buitiniam, komerciniam arba pramoniniam naudojimui, visiškai arba iš dalies susidedantys iš komponentų, gaminamų iš atsinaujinančios augalinės žaliavos. Pagrindiniai komponentai yra alkoholiai, eteriai ir augalinių aliejų esteriai, tačiau kartais vartojami ir neesterinti augaliniai aliejai.
Egzistuojančios ir planuojamos biodegalų rūšys ir gamybos būdai Biodegalų tipas Pirmos kartos biodegalai Pavadinimas Biomasės žaliava Gamybos procesas Bioetanolis Bioetanolis Grūdai, cukriniai runkeliai, bulvės Grynas augalinis aliejus Biodyzelinas Grynas augalinis aliejus Biodyzelinas iš energetinių javų Rapso metilo esteris (RME) Riebios rūgšties metilas/etilo esteris (FAME/FAEE) Aliejiniai augalai (pvz., rapsas) Aliejiniai augalai (pvz., rapsas) Biodyzelinas Biodyzelinas iš atliekų Atliekos/ maistinis aliejus Hidrolizė ir fermentacija Šaltas spaudimas/ išgavimas Šaltas spaudimas/ išgavimas ir transesterifikacija Transesterifikacija Biodujos Pagerintos biodujos (Šlapia) biomasė Irimas (degradacija) Bio-ETBE Bioetanolis Cheminė sintezė Antros kartos biodegalai Bioetanolis Sintetiniai biodegalai Biodyzelinas 1 ir 2 kartos Biodyzelinas Celiuliozinis bioetanolis Biomasė į skysčius (BTL) Fischerio-Tropscho (FT) dyzelinas Sintetinis (bio) dyzelis Bioetanolio sunkesni (mišrūs) alkoholiai Biodimetilesteris (bio DME) NE x BTL SNG (sintetinės gamtinės dujos) Lignoceliuliozė Lignoceliuliozė Augaliniai aliejai ir gyvuliniai taukai Lignoceliuliozė Pažangesnė hidrolizė ir fermentacija Dujofikacija ir sintezė Hidrinimas (perdirbimas) Dujofikacija ir sintezė Biovandenilis Lignoceliuliozė Dujofikacija ir sintezė arba biologinis procesas
Bioetanolio gamyba Gaminant etanolį, augaluose esantys angliavandeniai per daugelį tarpinių produktų paverčiami alkoholiu. Paprasčiausia alkoholį gauti iš cukrinių runkelių ar cukranendrių, nes cukrus juo paverčiamas be tarpinių produktų. Iš krakmolo (pavyzdžiui, grūdų) iš pradžių reikia gauti cukrų, iš kurio vėliau rauginant išskiriamas etanolis. Iš daug ląstelienos turinčių augalų bioetanolį gaminti sudėtingiau, nes, norint, kad celiuliozė virstų cukrumi, reikia naudoti rūgštis arba fermentus. Todėl šis būdas kol kas praktiškai nenaudojamas, nes reikalauja daug išlaidų ir yra neekonomiškas. Visame pasaulyje dedama daug pastangų tobulinant šį bioetanolio gamybos būdą, kadangi žaliavų šiuo atveju bet kokios biomasės ištekliai yra milžiniški. Kitame bioetanolio gamybos cikle surūgusią augalų masę (misą) reikia distiliuoti, kad išsiskirtų alkoholis. Likę žliaugtai gali būti sušeriami gyvuliams, panaudoti biodujoms gaminti arba dirvoms tręšti. Gautame alkoholyje dar yra apie 4 proc. vandens, todėl jį reikia išgryninti (nuvandeninti) iki 99,6-99,8 proc. koncentracijos. Principinė bioetanolio gamybos schema (Janulis, 2007) Kadangi bioetanolis gaminamas iš įvairių žaliavų, toliau lentelėje pateikiamas įvairių žaliavų poreikis 1 tonai bioetanolio pagaminti.
Bioetanolio gamybos iš įvairių žaliavų efektyvumas Žaliavų rūšis 2005-2007 derlingumo vidurkis (t/ha) Bioetanolio išeiga Krakmolo ar cukraus kiekis, % l/t t/hal Sukauptos etanolyje energijos kiekis (GJ/ha) Rugiai 2,13 62 390 0,66 19 Žieminiai kviečiai Žieminiai kvietrugiai 3,49 58 350 0,96 28 2,47 60 370 0,72 21 Bulvės 10,31 18 115 0,94 27 Cukriniai runkeliai 41,37 16 85 2,77 80 Remiantis pateiktais duomenimis, galima teigti, kad naudingiausia pirmosios kartos bioetanolį gaminti iš cukrinių runkelių, nes bioetanolio išeiga ir energijos kiekis, gaunamas iš 1 ha, pats didžiausias 80 GJ/ha. Be to, cukrinių runkelių panaudojimą bioetanolio gamybai žada išskirtinai remti ES [KOM 2006 288 galutinis], vykdydama cukraus politiką. Biodyzelino gamyba Dėl mažo teršalų kiekio, rapsų metilo esteris tinkamiausi degalai transportui miestuose, tankiai apgyvendintose vietovėse, taip pat žemės ūkio technikai. Tai biologinės kilmės produktas, todėl, patekus į dirvą, daugiau kaip 90% jo suyra per standartinę 21 paros trukmę. Metilo esterio gamyba iš augalinio aliejaus apima du pagrindinius procesus. Pirmajame iš aliejingųjų augalų sėklų išgaunamas aliejus, o antrajame jis peresterinamas alkoholiais, naudojant katalizatorius. Teoriškai biodyzelino gamybai gali būti naudojamas bet koks augalinis aliejus. Deja, iš pietų šalyse augančių augalų aliejaus rūšių pagaminto biodyzelino užšalimo laipsnis neatitinka ES taikomų standartų. Geriausiomis savybėmis pasižymi biodyzelinas, pagamintas iš rapsų aliejaus, nes jis tinkamiausias naudoti atšiauraus klimato šalyse. Lietuvoje pagrindinė žaliava gamybai yra aliejus, išspaustas iš šalyje auginamų rapsų.
Principinė biodyzelino gamybos schema (Janulis, 2007) Paskutiniu metu gaminami dyzeliniai varikliai kuo puikiausiai veiks su 100% grynumo biodyzelinu, jei jis atitiks LST EN 14214 standartą. Tačiau ne visi standarto reikalavimai yra esminiai ir, netgi jeigu bus nedidelių nukrypimų, didelės įtakos variklio darbui tai neturės. Vis dėlto, visada reikia žinoti, kokie yra šie nukrypimai. Prieš pilant biodyzeliną į baką reikia žinoti kelis esminius dalykus. Filtrai. Biodyzelinas tirpdo per ilgesnį laiką degalų bakuose, filtrų korpusuose bei vamzdynuose susikaupusias nuosėdas. Tai vaškai ir kiti nešvarumai, atsiradę su mineraliniu dyzelinu. Staiga padidėjęs ištirpusių vaško kristalų ir kitų teršalų kiekis gali užkimšti kuro sistemos filtrus ir sutrikdyti visos maitinimo sistemos darbą. Ypač tai aktualu, kai degalai laikomi atsitiktinėse nešvariose talpyklose ir į bakus pilami nefiltruoti. Guminės dalys. Biodyzelis gali sukelti guminių dalių irimą, bet toks reiškinys labai retas. Bet kuri dyzelinė sistema, pagaminta po praėjusio dešimtmečio vidurio, yra iš detalių, kurios atsparios biodyzelinui. 1990-ųjų viduryje perėjimas prie mažai sieros turinčio biodyzelino sukėlė intensyvesnį dilimą ir gedimus kuro siurbliuose. Todėl gamintojai ėmė naudoti atsparesnes medžiagas, kurių neveikia ir biodyzelinas.
Biodyzelino variklis (Carlos Sousa, 2009) Biodegalų įmonės Lietuvoje Šiuo metu tarp šalies verslininkų pastebimas akivaizdus suinteresuotumo biodegalų (ypač biodyzelino) gamyba didėjimas. Veikia stambi biodyzelino gamykla Klaipėdoje UAB Mestilla, kurios gamybos apimtys siekia apie 100 tūkst. t biodyzelino per metus. Pradėjo dirbti UAB ARVI biodyzelino gamybos cechas (pajėgumas 12 tūkst. t/metams). 2009 m. numatomas dar didesnis biodyzelino gamybos apimčių šuolis, t.y. iš viso bus instaliuoti apie 204 tūkst. t/m. biodyzelino gamybos pajėgumai, kurie beveik 4 kartus viršys šiuo metu esančius ir net 6 kartus viršys privalomą sunaudoti kiekį, numatytą Lietuvos Respublikos biokuro, biodegalų ir bioalyvų įstatyme (Žin., 2004, Nr. 28-870) ir Biokuro gamybos ir naudojimo skatinimo 2004-2010 m. programoje (Žin., 2004, Nr. 133-4786). Duomenys apie biodyzelino gamintojus pateikti lentelėje. Biodyzelino gamintojai ir jų gamybiniai pajėgumai (tūkst. t) Nr. Įmonės pavadinimas 2007 2008 2009 2010 1 UAB Rapsoila 30 30 30 30 2 UAB Arvi cukrus 12 12 24 24 3 KB SV Obeliai 8 20 20 20 4 UAB Mestilla 100 100 100 5 UAB Baltijos biodyzelino centras 30 30 30 Iš viso: 50 192 204 204
Bioetanolis antroji biodegalų rūšis pagal gamybą Europoje. Jis sudaro 18,5 % visų pagaminamų biodegalų. 2007 m. bendroji bioetanolio gamyba ES padidėjo apie 70, lyginant su 2004 m. gamybos apimtimis, ir viršijo 700 tūkst. t (Innovation and technological development in energy, http: //www.ec.europa.eu/energy/res/sectors/bioenergy_en.htm). Lietuvoje pastaraisiais metais bioetanolio gamybos pajėgumai nuolat didinami ir prognozuojama, kad bioetanolio gamyba 2009 m. pasieks 200 tūkst. t (21 lentelė). Nurodyti bioetanolio gamybos pajėgumai nuo 2009 metų gali dar daugiau padidėti, kadangi savo ketinimus gaminti bioetanolį pareiškė UAB Sūduvos kuras Marijampolėje (apie 100 tūkst. tonų per metus) bei UAB Bioetan LT Telšiuose (apie 85 tūkst. tonų per metus). Lentelėje pateikti duomenis apie bioetanolio gamintojus. UAB,,Rapsoila gamybos apimtys sudaro apie 30 tūkst. t/m. Aliejaus spaudimo ceche iš rapsų šaltu spaudimo būdu spaudžiamas aliejus, kuris toliau gali būti panaudojamas ir maisto pramonėje. Išspaustas aliejus patenka į esterifikacijos cechą, kur dėka technologinio proceso metu vykstančių cheminių reakcijų tampa rapsų metilesteriu (RME). Rapsų išspaudas perka ūkininkai kaip baltyminį pašarą gyvuliams. Tobulinant technologiją, gaminamas geresnės kokybės glicerolis, kurio gryno produkto koncentracija siekia iki 90% (ankščiau- iki 80%). Tobulinant technologiją, gamyboje atsisakyta NaOH, vietoj jo naudojamas KOH, ir gaminamos kalio fosfato trąšos. Nuotrauka iš (Palijanskas, 2007)
UAB,,Arvi cukrus - gamybos apimtys sudaro apie 12 tūkst. t/m. Aliejus spaudžiamas šaltuoju būdu. Įmonėje vykdomi riebalų rūgščių esterinimo ir peresterinimo procesai. Tai suteikia galimybę naudoti blogesnės kokybės žaliavas ir riebalingąsias atliekas, turinčias daug laisvųjų riebalų rūgščių. Rapsų išspaudos naudojamos pašarams. Glicerolis parduodamas. Nuotrauka iš (Palijanskas, 2007) KB SV Obeliai - gamybos apimtys sudaro apie 20 tūkst. t/m. Sumontavus 3 AGERATEC procesorius, biodyzelinas gaminamas perdirbant augalinės kilmės riebalus. Nuotrauka iš (Palijanskas, 2007) UAB,,Mestilla - gamybos apimtys sudaro apie 100 tūkst. t. /m. Metilo esteris gaminamas iš rapsų aliejaus. Metilo esterio gamyba iš augalinio aliejaus apima du pagrindinius etapus. Pirmajame iš rapsų sėklų dviejų pakopų karštojo mechaninio spaudimo būdu išgaunamas aliejus. Priklausomai nuo rapsų sėklų aliejingumo iš tonos rapsų gaunama apie
340-390 kg. rapsų aliejaus. Po spaudimo gaunamas ne tik rapsų aliejus, bet ir rapsų išspaudos - baltymingas pašaras gyvuliams bei paukščiams. Nuotrauka iš (Palijanskas, 2007) Antrajame gamybos etape aliejus rafinuojamas ir peresterinamas alkoholiais, naudojant katalizatorius. Augalinio aliejaus peresterinimo proceso metu nuo metilo esterio atsiskiria du šalutiniai produktaiglicerolis ir kalio sulfatas. 80% grynumo glicerolis, mums labiau pažįstamas pavadinimu glicerinas, yra žaliava farmacijoje naudojamo glicerino gamybai. Gamykloje kasmet pagaminama apie 12 166 tūkst. tonų kalio sulfato, kuris naudojamas kompleksinių trąšų gamybai. Bendrovės gaminamas biodyzelinas kasmet net 300.000 tonų sumažins anglies dvideginio (CO 2 ) išmetimą į atmosferą. Bioetanolio gamintojai ir jų gamybiniai pajėgumai (tūkst. t) Nr. Įmonės pavadinimas 2007 2008 2009 2010 1 UAB Biofuture 40 40 40 40 2 UAB Arvi cukrus 12 12 12 3 UAB Leo ir Co 50 50 4 UAB Nordetanolis 80 80 5 UAB Pasvalio agrochemija 18 18 Iš viso: 40 52 200 200
UAB Biofuture gamybos apimtys sudaro apie 20 tūkst. t/m. Įmonėje gaminamas bioetanolis (dehidratuotas etilo alkoholis). Dehidratacijai naudojama pažangiausia pasaulyje ceolitinių membranų technologija. Bioetanolis naudojamas degalams (pridedant į benziną E 5 ir E85, atitinkamai 5 ir 85 %, arba gaminant ETBE, į kurį dedama 47 % bioetanolio, o šio priedo į benziną 15 %). UAB Biofuture šiluminės energijos gamybai naudoja medienos atliekas. Nuotrauka iš (Palijanskas, 2007) Baigiama statyti ir montuoti UAB Kurana (Pasvalys) bioetanolio gamykla, kurios gamybos apimtys sudarys apie 18 tūkst. t/m bioetanolio. Šiluminės energijos gamybai numatoma naudoti biodujas, gaminamas iš spirito žlaugtų. Ateities biodegalai Šiuo metu Lietuvoje gaminami tik pirmos kartos biodegalai. Pirmos kartos biodegalai yra degalai, kuriems kaip žaliava naudojami maistiniai augalai. Visame pasaulyje tai kukurūzai, soja, palmės, cukrašvendrės, saulėgražos, rapsas, grūdinės kultūros, kt., kurie turi lengvai išgaunamų cukrų, krakmolo ir aliejaus.
Biodegalų kolonėlė (Carlos Sousa, 2009) Gamybos metu cukrūs sufermentuojami į bioetanolį, o iš riebalinių rūgščių transesterifikacijos būdu pagaminamas biodyzelinas. Pirmosios kartos biodegalai susiduria su daugeliu problemų, apie kurias gerai žinoma iš žiniasklaidos. Pirmos kartos biodegalų gamybos apimtys yra ribotos, kadangi besaikis jų didinimas kelia grėsmę maisto produktų gamybai ir bioįvairovei. Be to, jų gamyba brangesnė, lyginant su degalų gamyba iš iškastinio kuro naftos. Kai kada biodegalų gamybos metu šiltnamio efektą skatinančių dujų emisijų išsiskyrimas yra didesnis nei tradicinių degalų, jei vertinamas visas gyvavimo ciklas, įskaitant trąšų gamybą, transportavimą it t.t. Antros kartos biodegalai yra degalai, kuriems kaip žaliava naudojama lignoceliuliozės turinti biomasė. Tai mediena ir jos atliekos, žemės ūkio atliekos (šiaudai, kukurūzų kotai ir pan.) bei energetiniai augalai, tokie kaip sora rykštėtoji (Switchgrass), drambliažolė (Miscanthus sinensis) ir kt. Celiuliozės molekulė
Akivaizdu, kad šių žaliavų kiekiai yra milžiniški ir nesudaro konkurencijos maisto produktų gamybai. Be to, antros kartos biodegalų gamybai suvartojama visa žaliava, o ne tik atskiri jos komponentai. http://www.globalenergy.es/index.php?page=introduccion&id=11&ln=en Antros kartos biodegalai gali būti gaminami, naudojant du pagrindinius technologinius procesus. Pirmasis tai biocheminis procesas, kurio metu fermentai ir kiti mikroorganizmai skaido celiuliozės ir hemiceliuliozės komponentus į cukrus, kurie vėliau fermentuojami į etanolį. Antrasis tai termocheminis procesas, kurio metu, pasitelkiant pirolizės ar gazifikacijos technologijas, iš biomasės gaminamos sintezės dujos anglies monoksido ir vandenilio dujų mišinys. Iš sintezės dujų, taikant įvairius tolesnio apdirbimo metodus, galima gaminti biodimetileterį, biometanolį, biovandenilį (toliau jį naudojant kuro elementuose) ar polimerizuoti sintezės dujas į angliavandenilius-biodyzeliną pagal Fišerio-Tropšo metodą. Pažymėtina, kad sintetiniai degalai ir bioetanolis iš celiuliozės turi puikų anglies balansą ir juos vartojant galima sumažinti CO 2 emisijas iki 90%, lyginant su degalais, pagamintais iš naftos.
Paminėti du antros kartos biodegalų gamybos būdai nėra vieninteliai, tačiau, lyginant su kitais, kurie dar tik tobulinami laboratorijose, jie yra arčiausiai komercinio lygmens. Lyginant tarpusavyje biocheminį ir termocheminį biodegalų gamybos procesus, reikia pažymėti, kad biocheminio proceso metu ligninas nėra skaidomas ir lieka kaip gamybos proceso atlieka, kurią galima panaudoti kurui, tuo padidinant viso gamybos proceso energetinį efektyvumą. Termocheminio proceso metu ir ligninas yra suskaidomas į sintezės dujas. Tobulinant biocheminį biodegalų gamybos būdą reikia gerinti pirminį biomasės žaliavos apdorojimą, didinti fermentų veikimo efektyvumą ir mažinti jų kainą bei mažinti gaminamų biodegalų savikainą. Termocheminio degalų gamybos proceso technologijos yra labiau ištobulintos, tačiau pagrindinė problema yra siekis sumažinti galutinio produkto savikainą. Antras esminis skirtumas tarp biocheminių ir termocheminių procesų metu pagamintų biodegalų yra tai, kad pirmu atveju gaminamas tik bioetanolis, o termocheminio proceso metu ir sintezės dujų galima gaminti įvairius sudėtingos molekulinės struktūros angliavandenilius, kurie labiau tinkami aviacijos ir laivybos tikslams. Lyginant tarpusavyje pirmos ir antros kartos biodegalus, pastarųjų galima pagaminti ženkliai daugiau iš biomasės, užauginamos tame pačiame žemės plote. Be to, antros kartos biodegalų gamybai naudojama biomasė gali būti auginama mažiau derlingose žemėse. Trečios kartos biodegalai. Vietoje degalų gamybos proceso tobulinimo (kaip antros kartos degalų atveju), trečios kartos biokuro gamintojai siekia patobulinti pačią žaliavą. Pvz., labiau aliejingų augalų išvedimas galėtų stipriai padidinti derlingumą. Mokslininkai išvedė tuopas, kuriose yra mažiau lignino, kad jas būtų lengviau apdoroti. Mokslininkai jau nustatė sorgo (sorghum) ir kukurūzo genomus, kurie leistų agronomams-genetikams patobulinti genus, atsakingus už aliejaus gamybą. Trečios kartos biodegalų žaliavos modifikuoti sorgas, kukurūzai, tuopos
Atskiros kampanijos (pvz., Monsanto) dirba su genetiškai modifikuotomis kultūromis jau daugelį metų, lygiagrečiai jos yra stipriai kritikuojamos anti GMO organizacijų, todėl dažnai nepasakoja apie savo tyrimus. Kai kurios kompanijos kuria medžių rūšis atskirai biodegalų ir medienos gamybai. Nuotrauka iš http://green-gossip.com/?p=20 Trečios kartos biodegalams priskirtini ir biodegalai, pagaminti iš aliejingų dumblių. Laboratoriniai tyrimai rodo, kad, lyginant tarpusavyje tame pačiame plote išaugintas sojų pupeles ir dumblius, iš pastarųjų galima pagaminti iki 30 kartų daugiau energijos. Ketvirtos kartos biodegalai. Šiuo metu vyksta dideli ginčai dėl pirmos kartos arba maistinių kultūrų pagrindu pagamintų biodegalų. Tuo tarpu proveržis komercializuoti antros kartos arba lignoceliuliozės degalus dar tik bus įgyvendintas. Nežiūrint to, moksliniai tyrimai jau peršoko prie ketvirtos kartos biodegalų.
Ketvirtos kartos biodegalų gamyba (Laisvoji enciklopedija Wikipedia) Ketvirtos kartos biodegalų gamybos technologijos apima genetiškai modifikuotų augalų auginimą, kurio metu iš atmosferos absorbuojami didžiuliai CO 2 kiekiai sukaupiami augalų stiebuose, šakose ir lapuose. Vėliau iš augalų biomasės biocheminių procesų metu, naudojant genomiškai sintezuotus mikrobus, efektyviai gaminami biodegalai. Proceso metu susidaręs CO 2 yra sugaudomas ir išsaugomas. Tokiu būdu, viso biodegalų gamybos proceso metu, įskaitant ir biomasės auginimą, CO 2 yra šalinamas iš atmosferos, o biodegalai tampa angliai neigiamu kuro šaltiniu. Tačiau silpnoji grandis šiame procese yra anglies sugaudymo ir išsaugojimo technologija, kuri vis dar sunkiai realizuojama. Šiuo metu Lietuvoje tik pradedami kai kurie antros kartos biodegalų moksliniai tyrimai. Čia galima būtų paminėti Lietuvos žemės ūkio universiteto ir Kauno technologijos universiteto mokslininkų darbus. Tai Esamų biodegalų gamybos technologijų tobulinimas ir pasirengimas antrosios kartos biodegalų gamybai, Antrosios kartos biodyzelinių degalų biodimetileterio ir Fisher- Tropsh dyzelino gamybos iš lignoceliuliozės turinčios biomasės ir biodujų tyrimai bei panaudojimo galimybės (LŽŪU). Kauno technologijos universitetas turi didelį mokslo potencialą ir patirtį bei reikiamą įrangą tiriant šilumos pernešimo ir mainų bei naujų biodegalų rūšių (antrosios kartos biodegalų) gamybos iš celiuliozės turinčios biomasės procesus.
Lietuvos mokslininkai ieško naujų aliejingų augalų šaltinių, mažiau tinkamų ar nepritaikytų maisto produktų gamybai, bet patrauklių biodegalų gamybai, pvz., šiuo metu tiriami judrų ir balžų sėklų aliejai. Jei biokurui (bioetanoliui) tinkama augalinė žaliava būtų auginama įprastoms žemės ūkio kultūroms netinkamuose plotuose, nebeliktų kaltinimų, neva bioenergetiniams poreikiams skirti augalai užima naudingus žemės plotus. Šiuo metu biodegalams pagaminti tradiciniais biocheminiais būdais reikia aukštos temperatūros, daug vandens: Siekiama rasti tokias technologijas, kurioms to nereikėtų. Pasauliniu mastu ieškoma būdų, kaip atpiginti biodegalų pagaminimo technologijas. UAB Kurana, nuotrauka iš http://img.lrytas.lt/show_foto/?id=98681&s=3&f=4
Šaltiniai Rimas Grigonis. Biodegalai vaistai su šalutiniu poveikiu // Ozonas, 2009, Nr. 18, elektroninė prieiga: www.ozonas.lt Informacija apie biodegalus // Laisvoji enciklopedija Wikipedia. Elektroninė prieiga: http://lt.wikipedia.org/wiki/biodegalai Jessica Prystenski. The Impact of Biofuels on Agriculture and the Economy // Report 2008. Elektroninė prieiga: http://home.cc.umanitoba.ca/~umprystj/plnt4600/mini3/mini3.1.html EU-27 Biofuels Annual Report 2009 // USDA Foreign Agricultural Service, Global Agricultural Information Network report no LN9014, 6/15/2009 Informacija iš Biodegalų Asociacijos // Internetinė prieiga: www.biodegalai.lt Lietuvos atsinaujinančių energijos išteklių naudojimo skatinimo veiksmų planas 2010-2020 m. Lietuvos biomasės energetikos asociacija LITBIOMA // Taikomojo mokslinio tyrimo galutinė ataskaita. Vilnius, 2008. Craig Rubens. WTF Are Fourth-Generation Biofuels? // Probleminis straipsnis, Elektroninė prieiga: http://earth2tech.com/2008/03/04/wtf-are-fourth-generation-biofuels/ Stasys Kytra. Atsinaujinantys energijos šaltiniai. Vadovėlis aukštosioms mokykloms // ISBN 9955-25-159-X, Leidykla Technologija, Kaunas, 2006 Carlos Sousa. Biodegalai // AGENEAL, Almados vietinės energetikos valdymo agentūros pranešimas Prutenis Petras Janulis. Įprastinių biodegalų gamybos technologijų tobulinimas ir pasirengimas antros kartos biodegalų gamybai // Pranešimas Lietuvos žemės ūkio universitete, 2007-02-28 Lietuvos nacionalinis biodegalų technologinės platformos strateginės plėtros planas. Vilnius, 2007-02-28 Bioetanolio gamyba Vokietijoje. Apžvalginis straipsnis // Mano ūkis, 2004 m. Nr. 10. Kaip gaminamas biodyzelinas? // Informacinio portalo Vakarai.lt informacija, elektroninė prieiga: http://www.vakarai.lt/article.php?id=8 Biodegalų apžvalga // Biodegalų asociacijos pranešimas, Elektroninė prieiga: http://www.lsta.lt/files/events/4_palijanskas.pdf Eco Wise A Promising Oil Alternative: Algae Energy, Washington Post, January 6, 2008 Palijanskas. Biodegalų rinkos apžvalga. Biodegalų asociacijos pranešimo medžiaga. 2007 m
Apie projektą ES dalinai finansuojamas Baltijos jūros regiono INTERREG IIIB kaimynystės programos projektas Baltijos jūros regiono bioenergetikos skatinimo projektas (The Baltic Sea Region Bioenergy Promotion Project) Baltijos jūros regione yra gausūs biomasės ištekliai, tačiau iki šiol energetikoje panaudojama tik maža jų dalis. Domėjimasis šiais ištekliais ir jų naudojimas nuolat auga. Kadangi biomasės ištekliai yra riboti jų vartojimas turi būti tvarus ir konkurencija tarp vartojimo maistui ir energetikai turi būti subalansuota. Projekto tikslas stiprinti tvarų, konkurencingą ir teritoriniu požiūriu integruotą Baltijos jūros regiono vystymą bioenergetikos tvaraus naudojimo srityje. Projekto vykdymo metu bus sudarytos sąlygos tarptautiniam ir tarpsektoriniam bendradarbiavimui regione, sudarant galimybes pasikeitimui informacija bei žiniomis ir technologijomis, koordinuojant politikos ir teisės aktų tobulinimą bioenergetikos srityje bei rengiant bioenergetikos skatinimo priemones nacionaliniu ir regioniniu lygiu. Projektą sudaro keturi darbo paketai: 1. Politikos tobulinimas; 2. Regioninis vystymas; 3. Verslo vystymas; 4. Informacinė sklaida. Daugiau apie projektą: www.bioenergypromotion.net Projektą Lietuvoje vykdo: Lietuvos energetikos institutas, Breslaujos g. 3, LT-44403 Kaunas Asmuo kontaktams: Nerijus Pedišius, tel. 8-37-401864, el. paštas: nerijus@mail.lei.lt Lietuvos žemdirbystės institutas, Instituto al. 1, LT-58344 Akademija, Dotnuvos seniūnija, Kėdainių rajonas. Asmuo kontaktams: Sigitas Lazauskas, tel. 8-347-37193, el. paštas: sigislaz@lzi.lt Projekto tinklapis Lietuvoje: http://www.lei.lt/_img/_up/file/atvir/bioenerlt/index.htm