W minionym roku zużycie ropy wzrosło o 3,1% w stosunku do poprzednich 12 miesięcy. Jest to w dodatku dwukrotnie więcej, niż na przestrzeni ostatniego dziesięciolecia. Największy wzrost przerobu ropy wykazują państwa rozwijające się oraz nowo uprzemysłowione, wśród których czołową pozycję zajmują Chiny. W dodatku relatywnie szybka i znaczna podwyżka cen tego nośnika energii nie przyhamowała jego zwiększającego się przerobu w tych krajach.

Rys. 1. Produkcja paliw płynnych z przerobu ropy oraz biokomponentów na terenie Niemiec w latach 2000-2030, mln t

Malejący rynek produktów z ropy
    Tymczasem na terenie Niemiec – gospodarczo najbardziej rozwiniętym kraju Unii Europejskiej – kurczy się rynek produktów z przerobu ropy. Chociaż w 2010 roku zapotrzebowanie na ten nośnik energii wzrosło w odniesieniu do poprzedniego okresowo o 1,1%, to w porównaniu z 2008 rokiem – kiedy rozpoczął się kryzys w gospodarce światowej – jego zużycie spadło o 5%.
    Niemieckie rafinerie przerobiły w 2010 roku 105 mln ton ropy, to jest o 5,4% mniej niż 12 miesięcy wcześniej. Na tę sytuację złożyły się dwie przyczyny: wzrost konkurencji innych, tak nieodnawialnych, jak i odnawialnych nośników energii – przykładowo w nowym budownictwie zostało niemal wyeliminowane ogrzewanie olejowe. W dodatku pozostałe odbieralniki produktów z przerobu ropy – czy to będą agregaty grzewcze lub silniki napędowe – są nieustannie uefektywniane i dzięki temu zużywają mniej paliwa.
    Wśród paliw płynnych najszybciej maleje zużycie lekkiego oleju, gdyż obok poprawy termicznej sprawności agregatów grzewczych, paliwo to bywa eliminowane przez gaz ziemny oraz pelety z drewna. Na terenie Niemiec zużycie lekkiego oleju opalowego obniży się w najbliższych 19 latach o prawie 30%.

Fot. 1. Samolot pasażerski Lufthansy, zasilany paliwem odrzutowym z biokomponentem, podczas kołowania na lotnisku w Frankfurcie.

    Równie szybko w okresie do 2030 roku, według koncernu ExxonMobil, zmaleje w tym kraju zużycie paliw dla silników Otta, co dokumentuje rys. 1. Odpowiednio do tego spadku zmniejsza się zużycie benzyn z dodatkiem etanolu jako biopaliwa. Na podkreślenie w tym miejscu zasługuje fakt, że nie tylko na terenie Niemiec maleje ilość samochodów eksploatowanych z silnikiem Otta. W okresie najbliższych 19 lat w Republice Federalnej Niemiec ilość aut zasilanych benzyną spadnie z obecnych 30 do 19 milionów. Równocześnie coraz więcej mieszkańców Niemiec przesiada się na auta z silnikiem Diesla. Ich ilość wzrośnie z obecnych 12 do 21 milionów w roku 2013. Ponadto olej napędowy jest i pozostaje prawie wyłącznym paliwem w sektorze transportu towarowego.
    Do oleju napędowego z ropy z biegiem czasu dodaje się coraz więcej biokomponentów i to głównie w postaci estrów metylowych kwasów tłuszczowych. Ich wytwórczość bywa w porównaniu z przerobem ropy relatywnie prosta: świeże oraz przepracowane oleje roślinne – mogą być również tłuszcze zwierzęce – miesza się z metanolem i to najczęściej z udziałem alkaicznego katalizatora, w temperaturze 60-70ºC. W tych warunkach procesowych, w ramach technologii reestryfikacji, uzyskuje się estry metylowe kwasów tłuszczowych (tzw. biodiesel) oraz glicerynę, którą można przetworzyć do komponentu benzyn.
    Obecnie w krajach Europy dodaje się 5-10% biodiesla do oleju napędowego, dzięki czemu uzyskuje się nie tylko pełniejsze spalanie paliwa, poprawia się smarowalność cylindrów przez pracujące tłoki, ale także obniża emisję CO₂. Natomiast do benzyn dodaje się bezwodny etanol (również obniżający odprowadzanie dwutlenku węgla do atmosfery), który w Brazylii bywa stosowany ponadto jako samoistne paliwo w silnikach Otta. W tym kraju bowiem kukurydza uprawiana bywa na gigantyczną skalę, a to podstawowy surowiec dla wytwórczości etanolu, będący tam tańszy od benzyny.

Rys. 2. Emisja CO₂ przez lotnictwo pasażerskie Unii Europejskiej
w latach 2012-2020.

Biokomponenty w paliwach odrzutowych
    Podczas gdy dodawanie biokomponentów do benzyn oraz olejów napędowych bywa już od kilku lat powszechnie stosowane, to w lotnictwie światowym w obszarze komponowania paliw płynnych brak było dotychczas jakichkolwiek innowacji. Dopiero Towarzystwo Lotnicze Lufthansa w tym roku wprowadziło dodawanie biokomponentu do paliwa odrzutowego w swoich pasażerskich samolotach odrzutowych i to eksperymentalnie tylko na trasie Hamburg-Frankfurt, w ramach czterech przelotów dziennie.
    Tymczasem lotnictwo jest jednym z głównych emitorów CO₂ do atmosfery. Limit odprowadzania dwutlenku węgla do otoczenia przez lotnictwo Unii Europejskiej został określony na poziomie 208,5 milionów ton/rok; bywa i będzie niestety nadal systematycznie znacznie przekraczany w najbliższych latach, co dokumentuje rys. 2.
    Warunkiem dodawania biokomponentów do paliwa odrzutowego dla samolotów pasażerskich jest uzyskanie zgody amerykańskiej instytucji American Society for Testing and Materials (ASTM), którą Lufthansa otrzymała 1 lipca br. Aby uniknąć zakłóceń w systematycznym tankowaniu samolotów paliwem z bikomponentem, trzeba było wydzierżawić dla jego magazynowania zbiornik o pojemności 1 600 ton, co stanowi półroczny zapas dla obecnych, wyżej wymienionych przelotów.
    Najważniejszym i długotrwałym problemem w paliwach silników jest oczywiście ich standardowa jakość, zgodna z obowiązującymi normami. Tym razem kontrola nowego biopaliwa odrzutowego dla samolotów zaczyna się już w miejscu uprawy roślin oleistych. Lufthansa w uzgodnieniu z wytwórcą biokomponentu zdecydowała się na sprowadzanie oleju z plantacji palm oleistych w Indonezji oraz Mozambiku. Wybrano oryginalną technologię jego przerobu, opracowaną przez fiński koncern naftowy Neste Oil. Jest to drugiej generacji technologia wytwarzania biopaliw, na bazie której uruchomiono w okolicach Rotterdamu, w Holandii, pierwszą tego typu fabrykę na świecie (D.Jensen, J.Böthing; neue energie, 52,9,2011).

Fot. 2. Mamy w kraju ogromne powierzchnie nieużytków oraz odłogów rolnych, na których można uprawiać rośliny oleiste.

    Dotychczasowe technologie wytwarzania biodiesla bazują na reakcji reestryfikacji tłuszczów roślinnych oraz zwierzęcych przy użyciu alkoholu – najczęściej metanolu. Natomiast technologia fińskiego koncernu Neste Oil opiera się na katalitycznym hydrokrakingu tak tłuszczów roślinnych, jak i zwierzęcych. Istota tej technologii jest powszechnie stosowana we współczesnych rafineriach – w naszym kraju na terenie ORLENU w Płocku oraz LOTOSU w Gdańsku. Autorzy niniejszego artykułu odtworzyli ten proces z wysoką wydajnością w laboratoryjnej instalacji, używając oleju rzepakowego. Produktami tej technologii są przede wszystkim różnorakie węglowodory łańcuchowe, obok niewielkich ilości dwutlenku węgla i wody. Na drodze standardowej destylacji wydziela się z tej mieszaniny węglowodorów frakcję biopaliwa odrzutowego w pełnej zgodności z obowiązującymi normami. Potrzebny w tym procesie wodór można pozyskać – między innymi – z elektrolizy wody, pobierając energię elektryczną z elektrowni wiatrowych i/lub słonecznych ogniw fotowoltaicznych.
    W naszym kraju mamy odpowiednie biura projektowe, jak i koncern Polimex-Mostostal, który dysponuje pełnym technicznym wyposażeniem oraz kadrą specjalistów dla zaprojektowania oraz wybudowania tego typu wytwórni – najdogodniej w ORLENIE lub w LOTOSIE. To z tą myślą autorzy napisali niniejszy artykuł. Są w Polsce ogromne powierzchnie nieużytków oraz odłogów rolnych, na których można uprawiać rośliny oleiste – a przy tej sposobności uzyska się nie tylko sporo nowych miejsc pracy, ale odczuwalnie uefektywnieni się krajowe rolnictwo.

Autor: Włodzimierz Kotowski, Bolesław Doliński

Źródło fot.: www.sxc.hu

Artykuł został opublikowany w magazynie "Chemia Przemysłowa" nr 4/2012