Biocarburanti DIN Uleiuri Uzate. Sinteză Si Carcaterizare

Universitatea Petrol și Gaze Ploiești

Departamentul Litere și Științe

Specializarea Chimie

LUCRARE DE LICENȚĂ

BIOCARBURANȚI DIN ULEIURI UZATE. SINTEZĂ ȘI CARCATERIZARE

Absolvent

Dragomir Radu-Constantin

Coordonator

Prof. dr. ing. șef lucrări Oprescu Elena-Emilia

Ploiesti 2016

Capitolul 1.

Necesitatea valorificarii uleiurilor reziduale/uzate provenite în principal de la untiatile de alimetație publică de tipul restaurantelor sau a fast-food-urilor

Din cauza ne-reproductibilității petrolului și cererii tot mai mare ca materie primă pentru combustibilul atât de important pentru societatea modernă , precum și pentru problemele cauzate de poluarea excesivă, au luat naștere tot mai multe idei de a produce un substituent de energie regenerabil care să nu afecteze mediul. Fiind unul din cele mai populare și cel mai bun bio-carburant de pe piață, biodiesel-ul conține în principal esteri de metanol ai acizilor grași (FAME) și este cel mai potențial substituent pentru derivații din combustinilii convenționali obținuți din petrol (benzină,motorină etc.) și este practic o sursă inepuizabilă de energie nepoluantă, fiind obținut din uleiuri de rapiță sau din alte uleiuri vegetale cum sunt uleiurile de floarea soarelui, soia, porumb etc. Combustibilii biodiesel atrag tot mai multă atenție la nivel mondial ca amestec de componente sau înlocuiri directe pentru combustibilul diesel în motoare de autovehicule. Acest lucru se datorează în primul rând beneficiilor remarcabile pe care le oferă peste motoarele petrodiesel convenționale, cum ar fi reducerea emisiilor cu efect de seră, proprietăți de lubrifiere mult mai bune, biodegradabilitate mai mare, non-toxicitatea , și punctul de inflamabilitate ridicat, mai important, ele pot fi reutilizate.

Prefixul Bio se referă la natura biologicâ și regenrabila a compusului, în contrast cu diselul obișnuit derivat de la petrol. Așadar, biodiesel-ul se referă la toate tipurile de combustibili alternativi obținuti din uleiuri vegetale sau grăsimi animale, cum ar fi și uleiurile de gătit uzate (WCO) provenite din bucatării, restaurante, fabrici de produse alimentare si chiar deșeuri animale si umane. Deșeuri care dăunează sănătății globale și poluează mediul înconjrător, acestea nefiind reciclate sau colctate în cea mai mare parte a plantei ci doar deversate în canalizari care se revarsă la rândul lor in râuri, mări si oceane având un impact devastator asupra vieții maritime si a resurselor de apa potabilă.

De asemenea din diferite cercetări a rezultat faptul că din cauza uzurii și posibililor spargeri ale conductelor de canalizare, se pot produce inundații ale sistemului care pot genera prin consumul apei contaminate crampe abdominale ușoare sau severe, pâna la boli fatale cum ar fi holera, hepatită infecțioasă și gastroenterită, demostrându-se că aceste ape conțin bacterii de transport, viruși ,paraziți și viermi intestinali. Poluarea necontrolată și nepăsarea autorităților din majoritatea țarilor este o problemă cunoscută de multe decenii și despre care mulți oameni de știință și-au spus de-a lungul timpului părerea, despre evoluția Terrei și despre faptul că dacă această poluare se va menține sau daca se va intesifica, mediul inconjurător și viața de pe Pământ vor avea foarte mult de suferit. Unul din efectele majore ale poluării mediului este poluarea aerului atmosferic în cantități colosale, începând cu revoluția industrială modernă de la începutul secolului al XIX-lea și totodată nevoia omenirii de comoditate și un trai cât mai decent a dus la apriția primelor mașini și deasemenea primelor rafinării de prelucrare a țițeiului pentru obținerea combustibilului necesar alimentării automobilelor, industrie care menține și în prezent lumea în mișcare.

Efectele catastrofale prevăzute de oameni de știință de pretutindeni sunt din ce în ce mai vizibile, cel mai controversat fiind aerul atmosferic și stratul de ozon care protejează planeta de radiațiile foarte nocive emise de Soare. Aerul atmosferic fiind unul din factorii de mediu cel mai greu de controlat, din cauza faptului ca poluanții (dioxidul de carbon,monoxidul de carbon,oxizi de sulf,oxizi de azot,hidrocarburi volatile etc.) odată ajunși în atmosferă se dispersează foarte rapid și nu mai pot fi captați prin niciun mijloc disponibil în prezent pentru a fi tratați. În atmosferă regăsindu-se în multe cazuri substanțe chimice care reacționează cu oxigenul deja prezent sau trec în diferite faze de agresivitate mult mai severe decât atunci cand au fost evacute de la sursă. Dioxidul de carbon si celelalte gaze numite gaze de seră din cauza fenomenului de seră pe care îl formează, reduc caldura dispipată pe Terra dar nu blochează radiațiile Soarelui.

Acest fenomen se consideră că va ajuta la creșterea temperaturii globale cu 1,4 grade până la 5,8 grade Celsius până în anul 2100, deși pare o creștere minioră sau insesizabilă ar putea avea efecte dezastruoase, Pământul fiind mai cald decât a fost în ultimii 125.000 de ani, schimbând foarte probabil tiparul climatic cu care ne-am obișnuit, afectând producția agricolă cât și cea animală, crescând nivelul oceanului planetar. S-a constatat că nu doar stratul inferior al atmosferei poate fi afectat ci și straturile superioare, unul din acestea fiind stratosfera.

Producția în exces a compușilor care conțin clor, cum ar fi clorofluorocarburanții (CFC) pentru care există o cere foarte mare pe piață datorită aplicabilității lor în diverse domenii cum ar fi în compușii folosiți până recent în frigidere, aparate de aer condiționat și în industria de fabricare a produselor pe bază de polistiren, a subțiat considerabil stratul de ozon aflat în stratosferă creeând astfel o gaură la Polul Sud (Antartica) care se menține mai multe săptămâni an de an.Toate acestea având ca rezultat expunerea directă la radiațiile solare afectând sever viața terestră și acvatică și totodată amenițând sănătatea oamenilor din zonele sudice ale Pământului. În urma unui studiu publicat de Organizația Mondială a Sănătății (OMS) în anul 2009, circa 2 milioane de oameni mor anual doar din cauza poluării aerului marea majoritate fiind în Asia.

În consecință, au apărut diverse idei și metode de combatere a poluării care este o problemă care își lasă amprenta din ce în ce mai mult de la an la an și nu mai poate fi ignorată de nici-o țară din lume. Astfel au început să apară tot mai multe proiecte care sa vizeze reducerea dependeței de combustibilii fosili și tot ce înseamnă poluarea în masă a mediului, luând astfel naștere termenul de Energie Regenrabilă. Această energie se referă la toate tipurile de enrgie generate de natură care se pot folosi pentru a satisface nevoia omenirii, fiind practic inepuizabilă, astfel de energii pot proveni de la razele soarelui fiind captate cu ajutorul panourilor solare si transformate în energie electrică sau termică, de la forța vântului pentru a alimenta turbinele eoliene, valurile sau hidrocentralele care pot alimenta orașe întregi reducându-se astfel considerabil poluarea din aerul atmosferic.

Reutilizarea și regenerarea uleiului este o soluție foarte promițătoare pentru înlocuirea combustibilului fosil obișnuit, față de care prezintă o cifră octanică mai mare și la ardere emisii zero de CO2 sau alte gaze nocive pentru mediu. În anul 1892 inginerul de naționalitate germană Rudolf Diesel (1858-1913) a inventat și brevetat un motor cu ardere internă, economic funcționând similar cu ciclul Carnot.Un an mai târziu în data de 10 August 1893 Rudolf Diesel a prezentat primul concept al motorului diesel la Augsburg, Germania acestă zi rămânând astfel recunoscută ca Ziua Internațională a Biodieselului. Primul motor diesel a funcționat pe un tip de ulei derivat din uleiul de arahide, acesta fiind biodieselul original. Cu toate acestea nu a fost bio-combustibil în adevaratul sens al cuvântului, deoarece acesta nu a fost transesterificat. Într-un discurs susținut de Rudolf Diesel în anul 1912 a susținut că: ” Utilizarea uleiurilor vegetale în calitate de combustibil pentru motoare poate fi insignifiantă astăzi, dar astfel de uleiuri pot deveni, în timp, la fel de importante ca și produsele petroliere și gudroanele de cărbune din ziua de azi și ar contriubui considerabil la dezvoltarea agriculturii țărilor care îl vor folosi ”.

Motorul diesel a fost conceput pentru a avea un randament de eficacitate mai mare decât cel pe benzină, dar cu toate acestea nu a fost atât de promovat precum se aștepta din cauza zgomotului mare pe care îl producea și pentru faptul că era foarte greu. Dar în ultimii ani evoluția tehnologiei a contribuit foarte mult la îmbunătățirea motorului diesel făcându-l mai silențios si mai eficient ca niciodată, fiind singurul motor din lume care poate funcționa pe combustibil biodegradabil cu un randament foarte bun al din punct de vedere al performaței și al consumului. Marea majoritate a țărilor care exploateză beneficiile oferite de bio-diesel au convenit să clasifice puritatea acestuia astfel: 100% bio-diesel este catalogat ca B100, 20% bio-diesel + 80% petro-diesel se atribuie la B20, 5% bio-diesel + 95% petro-diesel corespunde B5 iar 2% bio-diesel + 98% petro-diesel este etichetat ca B2.

Biodieselul se poate folosi atât în stare pură (B100) dar și combinat in diverse concentrațtii cu motorina obișnuită la motoarele diesel cu pompă de injecție. Din cauză că biodieselul are proprietăți diferite ca solvent spre deosebire de dieselul convențional, acesta va afecta sau distruge garniturile și furtunurile obișnuite de cauciuc de la vehiculele fabricate pâna în anii 1990-1992, dar această problemă a fost rezolvată foarte repede, aceste componente tinzând să se degradeze în mod natural au fost înlocuite cu un cauciuc sintetic pe bază de fluorocarbon numit fluoroelastomer care are o aplicabilitate foarte variată în industria chimcă, rezistă la temperaturi foarte înalte si nu reacționează în nici-un fel cu biodieselul. Motoarele autovehiculelor nu sunt singurele care exploateză beneficiile biodieselului, fiind utilizat și la motoarele locomotivelor precum și la avioanele cu reacție. Primul avion care a fost testat în acest scop a fost un Boeing 737-800 deținut de compania United Airlines (SUA), care în Octombrie 2011 a decolat de pe IHA Houston (Houston George Bush Interantional Airpot) alimentat cu 40% bio-diesel și 60% combustibil pentru avioane derivat din petrol și aterizând în deplină siguranță pe aeroportul din Chicago fiind așadar primul avion comercial din lume care a folosit bio-carburant într-un zbor de zi cu zi.

Un altfel de combustibil lichid asemănător bio-dieselului este Biolichid-ul care se obține din biomasă fiind conceput pentru furnizarea altor energii cum ar fi căldură și electricitate, și nu pentru transport. Aceste biolichide se obțin de obicei din ulei pur sau utilizat din dieferite specii de plante ca soia sau palmierul și sunt arse în cuptoare la dieferite temperaturi furinzând mai departe energie sub formă de caldură care apoi este folosită pentru încalzirea locuințelor sau pentru a obține aburului necesar la alimentarea unor turbine pentru a produce curent electric.

Situația actuală în statele membre ale Uniunii Europene

La nivelul Uniunii Europene s-au adoptat diferite norme europene sau directive referitoare la bio-combustibilii folosițti în Europa lichizi sau în stare gazoasă cum ar fi biodiesel sau bioetanol. Acești bio-combustibili servesc și susțtin în mare parte securitatea transportului și aprovizonării Uniunii Europene precum și la diminuarea poluării excesive a aerului. Securitatea energetică propusă de U.E. are mai multe dimensiuni cum ar fi:

Diversificarea surselor și rutelor de transport al gazului natural (26% din consumul de gaz al Uniunii provine din Rusia);

Interconectarea țărilor UE până în 2015, astfel încât nici un stat membru să nu mai ramână izolat în situații de criză;

Scăderea dependenței de sursele convenționale prin: creșterea ponderii energiilor regenerabile în producție și consum și creșterea eficienței energetice;

Dialogul consolidat cu furnizorii cheie ai Uniunii, actuali și de perspectivă.

Fig.1.1. Gradul de poluare din Europa exprimat în µg/m3 pe parcursul a 3 ani. (sursa: http://www.eea.europa.eu )

Una din măsurile adoptate de U.E. pentru a combate cât mai eficient posibil poluarea aerului atmosferic și totodată dependența fiecărui stat membru al Uniunii de țiței și derivații acestuia este Directiva 2020. Această directivă adoptată în luna martie a anului 2007, presupune ca până în anul 2020 fiecare țară membră a Uniunii să aibă minim 20% din combustibilul folosit în transport provenit din surse regenerabile de energie. De asemenea, sunt vizați și furnizorii de combustibil fosil, cărora li se impune să reducă intensitatea gazelor de seră până în anul 2020 cu 6% în comparație cu anul 2010.

Procentul de 20% propus de Comisia Europeană presupune reducerea emisiilor de CO2 cu 600 pâană la 900 milioane de tone pe an și va reduce consumul de combustibil fosil până la 200-300 milioane de tone pe an. Se preconizează că susținera acestei dierective până la final va avea ca efect crearea a aproximativ 1 milion de locuri de muncă. Pentru ca toate acestea să fie posibile, Comisia Europeană a propus o serie de convențtii și directive noi care se adresează atât industrei energetice cât și regimului de construcții publice și private. Obiectivele urmărite a fi îndeplinite cu ajutorul politicii energetice europene au fost sintetizate sub forma 20-20-20 (“Energie-Schimbări Climatice“) și fac referire la:

Scăderea cu 20% a consumului de energie din combustibili fosili prin adoptarea de măsuri de eficientizare și economisire a utilizării consumului energetic, precum izolarea termică a clădirilor sau utilizarea de becuri economice;

Producere a minimum 20% din necesarul de energie prin folosirea de resurse regenerabile;

Atingerea primelor două obiective până în anul 2020 și creșterea cu 20% a eficienței energetice.

Emisiile care rezultă din cultivarea biocombustibililor variază foarte mult în funcție de solul și clima din diferite zone. Pentru a determina care zone sunt cele mai potrivite pentru producerea de biocombustibil, țările U.E. au efectuat evaluari ale tuturor terenurilor lor agricole. Comisia Europeană a examinat, de asemenea, fezabilitatea elaborării acestor rapoarte pentru țările din afara U.E.. Aceasta a constatat că, deși astfel de rapoarte au fost de dorit, acestea nu au fost în prezent fezabile din cauza incapacității de a confirma corectitudinea calculelor privind emisiile țărilor din afara U.E. Energiile regenerabile vor produce cantități tot mai mari de electricitate în următorii ani. Conform previziunilor, producția de electricitate se va tripla în perioada 2004-2020.Totodată producția crescută de energie regenerabilă a început să aducă beneficii semnificative pentru mediu, printre care se află și diminuarea a sute de milioane de tone de emisii de CO2 în fiecare an.

Lucrand împreuna cu Comitetul European pentru Standardizare (CEN), U.E. își propune să dezvolte și să îmbunătățească standardele tehnice de calitate ale biocarburanților și a amestecurilor de biocombustibili pentru motoare de autovehicule. Lucrările practice se realizează de către C.E.N Comitetul Tehnic 19, format din experți din industria auto și a carburanților, producătorii de biocombustibili și alte părți interesate.