Niedaleko mojego miejsca zamieszkania znajduje się firma, która używa dużych samochodów ciężarowych do przewozu swoich produktów. Kilka razy zdarzyło mi się jechać za którymś z tych samochodów i nie było by w tym nic dziwnego gdyby nie intensywna woń smażonych frytek, unosząca się za tymi pojazdami :) Później dowiedziałem się, że leją oni do baków po prostu przefiltrowany olej posmarzalniczy lub inne oleje roślinne.
Tak zaczęło się moje zainteresowanie możliwością tańszego przemieszczania się, bo niestety na paliwo wydaję już i tak sporo gotówki a ceny nie przestają rosnąć. Oczywiście nigdy nie odważył bym się wlać do swojego samochodu oleju roślinnego lub tym bardziej takiego, na którym ktoś usmażył sobie frytki :), ale trafiłem na ciekawy sposób by z tego taniego i często nikomu niepotrzebnego oleju zrobić całkiem niezłe paliwo.
Proces, o którym wspomniałem nazywa się zasadową transestryfikacją i polega na reakcji oleju (składowych kwasów tłuszczowych) z alkoholem w obecności katalizatora, którym w tym przypadku może być wodorotlenek potasu KOH. Alkoholem, który najczęściej stosowany jest w procesie jest tani metanol. W reakcji tych substratów powstają: estry metylowe - czyli produkt potocznie zwany Biodieslem oraz gliceryna jako produkt uboczny reakcji. Cały proces przebiega w niskiej temperaturze ok. 40 oC.
Jak już wspomniałem jako produkt uboczny w reakcji powstaje gliceryna mocno zanieczyszczona nie przereagowanym metanolem, katalizatorem czyli wodorotlenkiem potasu oraz nie przereagowanymi kwasami tłuszczowymi. Glicerynę taką można poddać neutralizacji kwasem siarkowym H2SO4, oddzielić kwasy tłuszczowe i powstały siarczan potasu. Dalej można oddzielić pozostały metanol i wodę poprzez odparowanie. Powstałą w ten sposób glicerynę techniczną o zawartości ok. 90 % można już sprzedać i mieć dodatkowy zysk. Intensywnie wykorzystuje ją m.in. przemysł farmaceutyczny i kosmetyczny więc kupcy się na pewno znajdą.
Wyprodukowany ester metylowy czyli nasz biodiesel jeszcze niestety nie nadaje się by wlać go do baku naszego autka, niestety podobnie jak gliceryna jest zanieczyszczony. Ale na szczęście nie potrzeba już prowadzić żadnych reakcji, wystarczy po prostu dwukrotnie przepłukać go wodą o temperaturze 40 - 50 oC. Wypłukane zostaną resztki metanolu i katalizatora. Tak przygotowanym paliwem możemy już zasilać nasze silniki Diesla.
To był oczywiście tylko krótki wstęp i streszczenie procesu, wszystko opowiem dokładnie w trakcie eksperymentu, w którym wykonam próbkę biodiesla w moim laboratorium. Potrzebne nam będą:
olej roślinny - w procesie wytwarzania biodiesla na szerszą skalę najbardziej ekonomicznym byłby olej rzepakowy pozyskiwany bezpośrednio z tłoczni, ale ja w moim małym eksperymencie zastosowałem spożywczy, smażalniczy olej rzepakowy ze sklepu.
Nie obejdzie się bez dwóch odczynników, o których już była mowa. Potrzebny nam będzie alkohol metylowy jako reagent oraz wodorotlenek potasu w roli katalizatora reakcji.
I już w tym miejscu pojawia się pewien problem. Alkohol metylowy jest silnie toksyczną cieczą !!!. Już 2-5 gramów tej cieczy powoduje ślepotę a 12-20 gramów - śmierć. Nie tylko bezpośrednie spożycie jest niebezpieczne, samo wdychanie par lub kontakt ze skórą może być przyczyną przedostania się do krwioobiegu niebezpiecznej ilości tego alkoholu i spowodować poważny uszczerbek na zdrowiu (utrata wzroku). Dlatego zanim zaczniesz eksperymentować z tym alkoholem przeczytaj o niebezpieczeństwach i sposobach przeciwdziałania zatruciom oraz postępowaniu w przypadkach zatrucia: --- Przeczytaj artykuł ---
Reakcję estryfikacji kwasów tłuszczowych przeprowadzimy w kolbie stożkowej podgrzewanej w łaźni wodnej. Mieszanie cieczy i podgrzewanie reaktora zapewni mieszadło magnetyczne z grzałką.
Przygotowanie biopaliwa rozpoczniemy od wlania oleju do naszego reaktora i ogrzania go do ok. 30 oC
Analizując różne przepisy z Internetu wyliczyłem, że potrzebne mi będzie 560 cm3 czystego oleju rzepakowego, napisałem czystego dlatego że można z powodzeniem stosować olej przepracowany np. posmażalniczy, ale o tym będzie w kolejnym projekcie.
Gdy olej ogrzewa się w reaktorze możemy przystąpić do przygotowania metanolu i katalizatora. Dla podanej wcześniej ilości oleju będzie potrzebne 12 g KOH
Odważony wcześniej wodorotlenek rozpuścić należy w 82,5 cm3 metanolu. Wodorotlenek potasu też nie jest substancją całkowicie bezpieczną, jest higroskopijny i żrący.
Tak przygotowaną ciecz wlewamy do podgrzanego wcześniej oleju roślinnego i włączamy mieszadło.
Jak widzimy na zdjęciu powyżej obie ciecze rozwarstwiły się, ale stan taki nie trwa długo. Warstwa przeźroczystej cieczy całkowicie znika po ok 15 min.
Po ok. 30 min. ciecz w reaktorze jest już praktycznie jednolita i różne źródła donoszą, że właśnie 30 min wystarczy by reakcja dobiegła do końca.
Gdy reakcja dobiegła końca należy od powstałego estru metylowego oddzielić produkt uboczny czyli glicerynę. Substancje te mają różną gęstość więc po pewnym czasie same się rozwarstwią. By rozwarstwione ciecze łatwo było oddzielić przelewam ciecz do szklanego rozdzielacza gruszkowego.
Jak na razie ciecz jest jeszcze jednolita ale już po niedługim czasie stan ten zmieni się.
Minęło trochę czasu i z jednej cieczy w rozdzielaczu mamy już dwie.
Cięższa gliceryna z rozpuszczonym w niej wodorotlenkiem potasu stopniowo opada na dno.
Po czasie 6,5 godziny ciecze są już rozwarstwione.
Teraz pod rozdzielacz podstawiamy kolbkę i spuszczamy oddzieloną glicerynę. W większych zakładach produkujących biodiesla oczyszcza się ją i sprzedaje, ale w przypadku małych produkcji raczej nie ma to większego sensu.
Po oddzieleniu powstałej gliceryny i spuszczeniu jej z rozdzielacza, otrzymany produkt należy jeszcze oczyścić z resztek nie przereagowanego metanolu i katalizatora poprzez płukanie ciepłą wodą. Wlewamy do rozdzielacza wodę i wytrząsamy.
W trakcie wytrząsania z estru wypłukują się niepotrzebne zanieczyszczenia i przechodzą do roztworu wodnego. Z uwagi na bardzo dużą różnicę gęstości woda bardzo szybko oddziela się od estru i bardzo łatwo można ją spuścić z rozdzielacza. Po dwukrotnym przepłukaniu nasze paliwko jest już praktycznie gotowe, jednak jest jeszcze trochę mętne.
Tu po ogrzaniu estru widzimy, że zrobił się całkowicie klarowny, kropelki wody na ściankach kolby zdradzają co było powodem zmętnienia. Nasze paliwo było po prostu wilgotne, zawierało bardzo drobne kropelki wody, które po ogrzaniu odparowały.
Paliwo nabrało jasnosłomkowego koloru, jego gęstość jest dużo mniejsza od zastosowanego do reakcji oleju rzepakowego.
Wytworzone paliwo w szklanej butli gotowe do testów. Niestety na razie nie mam dostępu do żadnego silnika diesla, ale gdy to się zmieni na pewno opiszę przebieg testu.
Na początek najprostszy test jaki mogłem wykonać - test palności. Ciecz pali się spokojnie jasnym płomieniem, nie są wyczuwalne żadne produkty spalania i nie powstaje sadza. Jak na razie jedyną korzyścią z moich eksperymentów jest posiadanie pierwszej na świecie pokojowej świeczki zasilanej biopaliwem :)
