Biodiesel
Wikipedia
Biodiesel on uusiutuvista luonnon raaka-aineista jalostettu dieselöljyä vastaava polttoaine.
Sisällysluettelo |
[muokkaa] Yleistä biodieselistä
[muokkaa] Biodieselstandardi
Biodiesel on uusiutuvista luonnon raaka-aineista jalostettu dieseliä vastaava polttoaine. FAME (Fatty Acid Methyl Ester, rasvahapon metyyliesteri)-tyyppisille biodieseleille on olemassa kansainvälisesti määritelty standardi. FAME-biodieselin kansainvälinen standardi, [EN 14214] [1], hyväksyttiin [CEN]:ssä (European Committee of Standardization) 14 helmikuuta vuonna 2003. Standardi astui Suomessa voimaan 8. maaliskuuta 2004 [2].
[muokkaa] Biodieselnimike
Yleisesti ottaen nimityksellä biodiesel viitataan kaikkiin dieseliä vastaaviin setaaniluvun mukaan määriteltyihin eloperäisiin polttoaineisiin, joten biodieselistä puhuttaessa voi kyse olla hyvin erilaisista aineista, jotka on valmistettu erilaisilla prosesseilla erilaisista raaka-aineista. Perinteisesti biodiesel on esteri, ja esimerkiksi amerikkalaisen standardin mukaan vain tätä voi kutsua biodieseliksi. Toinen uudempi vaihtoehto on alkaani, joka muistuttaa enemmän petrodieseliä kemiallisesti.
FAME-tyyppisissä EN 14214 -standardia vastaavissa biodieseleissä tulee olla esteripitoisuus vähintään 96,5 m-% (massaprosenttia)[3]. FAME-tyyppisiin biodieseleihin luokitellaan eläin- ja kasviperäisistä öljyistä transesteröintiprosessilla valmistetut biodieselit, joissa on käytetty metanolia esterin muodostamiseksi.
Euroopassa käytetyistä biodieseleistä perinteisin biodiesel on rypsiöljystä ja metanolista valmistettu esteri, RME (rypsimetyyliesteri, rapeoilmethylester). RME:n ohella rypsiöljystä on mahdollista valmistaa biodieseliä myös etanolilla, jolloin tuote on rypsiöljyn-etyyliesteri, REE (rypsietyyliesteri, rapeoilethylester). Rypsiöljypohjaiset biodieselit ovat Europassa tyypillinen tuote, kun taas soijapavuista valmistettu biodiesel on vastaavasti mm. Yhdysvalloissa laajasti valmistettu. Käytettävä raaka-aine riippuu pitkälti paikallisista olosuhteista ja viljelytottumuksista. Jos puhutaan jalostamattomista kasviöljyistä (triglyseridiseoksista), ei tulisi käyttää termiä biodiesel vaan pikemminkin pitäisi puhua bioöljystä. Biodieselillä tarkoitetaan kasviöljyistä puhuttaessa kasviöljyjen transestereitä, joiden ominaisuudet vastaavat kansainvälistä biodieselstandardia. Kasviöljyt ovat biodieseliä viskoottisempaa ja setaaniluku on diesel-polttoaineita korkeampi.
[muokkaa] Raaka-aineet
Erilaisia vaihtoehtoja biopolttoaineen raaka-aineiksi ovat esimerkiksi rypsi, rapsi, sinappi, vehnä, maissi, peruna, sokerijuurikas, kookospähkinät, öljypalmun hedelmät ja soija, sekä kierrätysöljyt (esim. ravintoloiden paistorasvat) ja mäntyöljy (selluteollisuuden sivutuote). Raaka-aineista öljykasveja (mm. rypsi, rapsi, sinappi, soijapapu ja auringonkukka) käytetään bioöljyn valmiseen ja hiilihydraattipitoisia kasveja (mm. peruna, viljakasvit ja sokerikasvit) pääsääntöisesti bioetanolin valmistamiseen. Puuta tislaamalla saadaan valmistettua mm. metanolia (puuviinaa/tikkuviinaa), minkä lisäksi puu soveltuu synteettisten biopolttoaineiden valmistamiseen, joita kutsustaan myös toisen sukupolven biopolttoaineiksi. Merilevät voidaan tulevaisuudessa olla huomattava biomassan lähde ja sitä kautta levistä voi tulla merkittävä synteettisten polttoaineiden raaka-aine. Alkuperäinen biodiesel tehtiin hampusta.
[muokkaa] Teollinen tuotanto Suomessa
Nesteen kehittämä biodiesel, NExBTL (Neste Biomass to Liquid), on parafiinimaista seosta, jota voidaan valmistaa kaikentyyppisistä eloperäisistä biomassoista. Laitoksella tullaan ilmeisesti prosessoimaan mm. kasviöljyjä ja eläinperäisiä rasvoja, sekä puupohjaista biovahaa, mikäli yhteistyöhanke Stora Enson kanssa onnistuu. Maaliskuussa [2007] Stora Enso solmi yhteistyösopimuksen Nesteen kanssa puupohjaisen biovahan valmistamiseksi Nesteen biodieselin raaka-aineeksi [4]. Neste mainostaa biodieselinsä olevan maaöljypohjaista dieseliä paljon korkealaatuisempaa. Tuotetta tullaan käyttämään sekoitettuna tavalliseen dieseliin. Nesteen biodiesel valmistetaan hydraamalla kasviöljy suoraan hiilivedyksi korkeassa lämpötilassa.[5]Fortumin diesel
Neste Oil aloittaa tuotannon vuonna 2007 kapasiteetilla 170 000 tonnia vuodessa Porvoon jalostamolla. Vuoden 2008 lopulla Nesteellä valmistuu Porvooseen toinen samankokoinen laitos. Neste solmi myös yhteistyösopimuksen öljy-yhtiö Totalin kanssa biodiesel-laitoksen rakentamisesta myös Ranskaan, mutta sopimus purettiin vuonna 2007 [6][7] .
[muokkaa] Biodieselin sovellukset
Biodieselillä on mahdollista käyttää dieselmoottoria normaaliin tapaan. Uudemmat dieselautot on usein suunniteltu jo tehtaalla yhteensopiviksi biodieselille, kun taas vanhemmissa polttoaineputkien imupuolet saattavat haurastua vähitellen biodieselin käytöstä. Tämä ongelma koskee kuitenkin vain luonnonkumista valmistettuja tiivisteitä, joten vaihtamalla ne esimerkiksi muovisiksi (Viton, FKM) ongelma poistuu[8]
Biodieseliä voidaan myös käyttää myös lämmityskattilassa polttoöljyn sijaan. Lämmityskattilaa ei tarvitse vaihtaa, polttimen tehdään vain pieni muutos palopäähän ja säädetään se RME:lle [9].
[muokkaa] Kannattavuus
Nykyisin biodieselin valmistus rypsiöljystä alkaa olemaan kannattavampaa kuin aiemmin. Vuonna 2005 dieselin keskihinta oli Suomessa 97,0 c/l [10] Dieselöljyn vuosien 2005 ja 2006 keskihinnat]ja vuonna 2006 102,2 c/l [11]. Öljyhuippu voi tulevaisuudessa kannustaa biodieselin käytön lisäämiseen. Rypsiöljyn maailmanmarkkinahinta on vaihdellut välillä 450-550 €/ton vuosina 2006 ja 2007. Vuonna 2006 rypsiöljyn hinta oli alhaisempi, kun taas vuonna 2007 hinta on noussut jopa 550 €/ton. Nousu johtuu osaltaan biodieselin tuotannon kasvusta.
Metanolin hinta riippuu pitkälti tilattavasta määrästä. Litra metanolia voi maksaa n. 10-20 € kun taas jos tilaa 1 m³:n tai enemmän tilattaessa suoraan maahantuojalta tai valmistajalta voi saada metanolia n. 40-50 c/litra. Näin ollen alkoholipohjaisen biodieselin suurimmat kustannukset tulevat öljyn ja metanolin hinnasta. Kierrätysöljyjen tai jäteöljyjen käyttö tulee huomattavasti huokeammaksi (raaka-aineen hinta voi olla luokkaa 10 c/l). Biodieselin valmistus voisi näillä hinnoilla olla taloudellisesti kannattavaa, haastetta kuitenkin riittää kun myyntihintaan joudutaan vielä lisäämään pakollinen valmistevero (nykyisin 32 tai 34 c/l ?) (huhtikuu 2007).
Rypsiöljyn tapaan myös metanolin hinta nousee RME-biodieselin tuotannon kasvaessa. Metanolia on mahdollista valmistaa myös itse (esim. puusta kuivatislaamalla) tai synteettisellä menetelmällä, jossa puuta kaasutetaan happikaasun kanssa, jolloin tuotteena muodostuu häkää (CO). Häkää on mahdollista jatkoprosessoida, jolloin tuotteena saadaan metanolia.
RME:n hinta on pääasiassa riippuvainen seuraavista muuttujista: rypsisiemenen hinta, rypsin hinta, rypsiöljyn hinta, rypsipuristeen hinta, maaöljyn hinta, metanolin hinta.
[muokkaa] Biodiesel polttoaineena
Monessa EU-25 -alueen maassa voi nykyisin (vuonna 2007) ostaa biodieseliä huoltoasemalta, joko jossain seossuhteessa tai 100 %:na (massaprosenttia) biodieselinä. Huoltoasemilla ympäri Eurooppaa voi löytää biodieseliä eri seossuhteilla. Biodieseliä myydään tai biodisel on voitu hyväksyä autonvalmistajan toimesta jollekin seuraavista seossuhteista:
- - 5 % (B5, standardoitu seossuhde, EN 590 [12], on myynnissä mm. Saksassa)
- - 10 % (B10, ei standardoitu seossuhde, on kokemuksia käytöstä ja jotkut autonvalmistajat ovat myöntäneet takuita, myynti? [13])
- - 20 % (B20, ei standardoitu seossuhde, on kokemuksia käytöstä ja jotkut autonvalmistajat ovat myöntäneet takuita, polttoainetta on myynnissä [14])
- - 30 % (B30, ei standardoitu seossuhde, on kokemuksia käytöstä ja jotkut autonvalmistajat ovat myöntäneet takuita, myynti? [15])
- - 50 % (B50, ei standardoitu seossuhde, on kokemuksia käytöstä, takuista ei tietoa, polttoainetta on myynnissä [16])
- - 100 % (B100, standardoitu seossuhde, EN 14214, on myynnissä mm. Ruotsissa [17])
-
- % viittaa biodieselin massaosuuteen dieselpolttoaineessa
- B viittaa biodiselin myyntinimikkeeseen, jossa numero ilmoittaa kyseessä olevan seossuhteen (eli B5, B10, B20, B30, B50 ja B100 jne.)
-
Kotivalmistaja voinee kokeilla sekoittaa valmistamaansa biodieseliä dieselin kanssa esimerkiksi näissä seossuhteissa.
Mm. Saksassa, Isossa-Britanniassa, Ruotsissa ja Itävallassa voi tällä hetkellä (vuosi 2007) ostaa biodieseliä suoraan pumpulta niin kuin tavallistakin dieseliä, Saksassa biodiesel on hinnaltaan jopa edullisempaa kuin tavallinen diesel.
[muokkaa] Biodieselin pakkasenkestävyys
Erään suosituksen mukaan pahimpien pakkasten aikaan 10 % RME:tä (loput dieseliä) olisi toimiva seos käynnistysongelmien välttämiseksi [18]. Biodieselin käyttö on kylmillä keleillä ongelmallista biodiselin huonon pakkaskestävyyden vuoksi. Biodiesel alkaa jähmettyä laadusta riippuen alle -5 °C läpötilan. Pakkasenkestävyyteen voi vaikuttaa tietyillä lisäaineilla tai käyttämällä seosta (esim. edellämainittu 10 %:n seosta). Lisäksi muun muassa saksalainen Elsbett valmistaa muunnossarjoja, joiden kaksoistankkimenetelmällä ja esilämmittimellä auto voidaan käynnistää dieselillä ja sen lämmettyä vaihtaa katkaisimesta käyttämään biodieseliä, jos 100 %:n biodieselin kanssa on käynnistyksessä ilmennyt ongelmia.
[muokkaa] Biodieselin verotus Suomessa
Biopolttoainetilanne on jatkuvassa muutostilassa ja useat Euroopan maat ovat jo tehneet biokomponentteja suosivia veroporrastuksia. Suomessa näin ei vielä ole tehty. Suomen tieliikenteessä käyttäjän tulee maksaa polttoaineena käytettävästä öljystä dieselpolttoaineen valmistevero (biodieselin tuottajan on hakeuduttava valmisteverovelvolliseksi) ja lisäksi vuotuinen ajoneuvokohtainen dieselvero. Koska biodieselin CN-nimikenumero on 3824, ja koska biodiesel ei ole mineraaliöljy eikä hiilivety, on biodieselin käyttö lämmityksessä sekä konekäytössä valmisteverovapaata. Lämmityskäytössä sekä konekäytössä biodieseliä ei tarvitse värjätä eikä merkata, eikä sitä myöskään tarvitse ilmoittaa tullin valmisteverotukseen. Tullin vuonna 2006 ilmoittamien tietojen mukaan biodieselille ei toisaalta ole edes löytynyt sopivaa väriainetta, perinteiset diesel-väriaineet eivät ole yhteensopivia biodieselin kanssa. Valmistajan ei tarvitse ilmoittautua rekisteröimättömäksi elinkeinonharjoittajaksi. Ajoneuvokäytössä biodiesel kuuluu lain mukaan korkeasti rikkiä sisältäviin diesellaatuihin (vaikka se ei sisällä rikkiä), koska se ei kuulu luokkaan 2710.
[muokkaa] Biodieselin valmistaminen
Biodieselin valmistamiseen ei tarvita laboratoriotason laitteita tai välineitä. Valmistusvälineiksi kelpaa kotitalouksista löytyviä keittiövälineitä. Huom! Näitä välineitä ei biodieselin valmistamisen jälkeen saa missään nimessä käyttää ruoka-aineiden läheisyydessä eikä ruoan valmistuksessa, johtuen lipeän ja metanolin myrkyllisyydestä. Biodieseliä voi metanolin lisäksi valmistaa myös etanolista. Etanoli (pirtu) ei ole yhtä myrkyllistä kuin metanoli (puu-/tikkuviina), mutta etanolin ominaisuuksista johtuen prosessi on hankalampi. Metanolia voidaan helpommin valmistaa yli 99 %:sta, kun taas etanolin vesi-tasapainopiste on 96 %:ssa. Tästä puhtaampaa etanolia on hankala valmistaa ja varastoida, koska 96 %:n ylittyessä etanoli alkaa helposti absorboida ilman sisältämää kosteutta tasapainon saavuttamiseksi [19].
[muokkaa] Turvallisuus
- hengityssuojain - humihansikkaat (nitriilihanskat) - suojalasit - silmänhuuhtelupullo - virtaavaa haaleaa vettä ja pH-arvoltaan neutraalia saippuaa - lääkehiilitabletteja (myrkytystilanteen hoitoon)
Suojaimia saa mm. apteekeista, kemikaalitukuista ja siivoustarvikeliikkeistä.
Huom! Metanoli on tappavan myrkyllinen neste, joka voi pieninäkin annoksina aiheuttaa sokeutta tai kuoleman. Metanoli on helposti haihtuvaa ja muodostaa helposti myrkyllisiä ja räjähtäviä höyryjä. Metanoli imeytyy niin nestemäisenä kuin höyrynä sekä ihon lävitse että hengitysteitse. Näin ollen tulee ehdottomasti välttää ihokosketusta metanolin kanssa, höyryjen hengittämistä ja aiheen nielemistä. Metanolin kemikaalikortti ja Onnettomuuden vaaraa aiheuttava aine
Etanoli ei ole metanolin tapaan yhtä myrkyllinen. Huolellisesta tuuletuksesta tulee silti huolehtia. Etanolin kemikaalikortti
Lipeä NaOH (natriumhydroksidi) ja KOH (kaliumhydroksidi) syövyttävät ihoa voimakkaasti ja voivat aiheuttaa vakavia kudosvaurioita. Lipeä on liukasta, mikä on helppo huomata jos aine joutuu veden kanssa kosketuksiin (esim. käsiä huuhdellessa tai pintojen liukkaudesta). Lipeäkosketuksen voi huomata ihon kutiamisesta. Tällöin kutiavaa kohtaa tulee huuhdella runsaalla vedella (esim. kunnes iho ei enää tunnu liukkaalta tai kunnes kutina lakkaa). Lipeä on erityisen vaarallinen silmille. Lipeä vaurioittaa silmiä huomattavasti helpommin kuin esimerkiksi hapot, minkä vuoksi silmäsuojainten käyttö on erityisen suositeltavaa Tästä syystä suojalaseja on tärkeä käyttää ja silmien hieromisen kanssa tulisi olla varovainen, jos on vaara että lipeäjäämiä voi joutua silmään. Silmänhuuhtelupulloa on hyvä pitää työskentelytilassa. Kemikaaliturvallisuuskortit: KOH ja NaOH
Aineiden joutuessa ihon kanssa kosketuksiin, on syytä huuhdella alue välittömästi haalealla vedellä ja tarvittaessa käyttää neutraalia saippuaa pesuun. [20].
[muokkaa] Tarvikeaineet
- Metanolia on saatavilla joiltakin huoltoasemilta, apteekeista, kemikaalitukuista ja rc-ajoneuvoja myyvistä liikkeistä
- Lipeää, natriumhydroksidia (NaOH) tai kaliumhydroksidia (KOH), on saatavilla apteekeista ja siivoustarvikeliikkeistä (rakeista viemärinavausainetta, nestemäinen ei riittävän puhdasta)
- Rypsiöljyä saa päivittäistavarakaupoista
– NaOH:n täytyy olla yli 92-96 %:sta (mieluiten vähintään 96 %). Tätä tulee käyttää tasan 3,5 g/litra öljyä – KOH:n tulee olla yli 85 %. KOH:a tulee käyttää: 5,8 g (5,78 g) jos n. 85 %, 5,3 g (5,33 g) jos n. 92 % ja 4,9 g (4,91 g) jos n. 99 %. – Tarkka lipeämäärä määritetään titraamalla (kts. tarkemmat ohjeet esim. www.journeytoforever.org)
Rypsiöljy-metanoliesterin valmistus on transesterifikaatio eli esterinvaihtoprosessi. Prosessissa rasvojen glyseroliosa vaihdetaan lipeän avulla metanoliin, jolloin syntyy rasvahappojen metyyliestereitä (tai etyyliestereitä jos käyttää etanolia, eli pirtua).
Biodiesellitran valmistamiseen kuluu lipeää (NaOH tai KOH), 200ml n. 99 % metanolia ja 1 litra rypsiöljyä. Myös käytetty paistoöljy/-rasva käy.
Aluksi metanolista ja lipeästä sekoitetaan metanolilipeää. Tämä seos on huomattavasti reaktiivisempi kuin lipeä tai metanoli yksistään; seos on erittäin syövyttävä, silmille ja hengitykselle todella vaarallinen ja tappavan myrkyllinen. Suojakäsineet, hengityssuojain ja suojalasit ovat suositeltavia suojavälineitä, silmänhuuhtelupullo ja virtaava haalea vesi on tärkeää olla käden ulottuvilla. Astioiksi metanolin ja lipeän käsittelemiseen suositellaan muovisia HDPE astioita tai lasisia astioita. Muovisia astioita on helpompi käsitellä, lasiset astiat rikkoutuvat pudotessaan muovisia helpommin. Huom. lipeä tekee astioista liukkaat (erityisesti lasiastioista) ja leviää käsittelyn kautta helposti työympäristöön, kannattaa olla huolellinen ja varovainen lipeää käsiteltäessä.
Lipeä sekoitetaan metanoliin. Johtuen kemiallisesta reaktiosta lipeän kanssa, astia voi lämmetä voimakkaasti, joten lipeää kannattaa lisätä ja sekoittaa vähän kerrallaan. Sekoita lopulta seos huolella siten, että lipeän kiteitä ei ole havaittavissa astiassa.
Kaada tämän jälkeen metanolilipeää rypsiöljyyn sekoittaen samalla huolellisesti (käytä mielellään umpiastiaa, ÄLÄ hengitä höyryjä). Jatka sekoittamista 55-60 °C:n lämpötilassa noin. 20-30 min ajan ja anna seoksen laskeutua. Huom! metanolin kiehumispiste on n. 67 °C, minkä vuoksi metanolia tulee höyrystymään tässä vaiheessa. Varmista ettet missään nimessä hengitä höyryjä, käytä mieluiten umpisäiliöä ja koneellista sekoitinta (esim. porakone ja maalisekoitin). Metanoli on myös herkasti syttyvää, joten varmista riittävä tuuletus ja ole varovainen ettei käyttettävä sekoitin aiheuta räjähdysvaaraa metanolihöyryjen kanssa. Vaara on pienempi jos tekee vain 1 litra erän, mutta umpisäiliö on hyvä olla ja huolellinen ilmanvaihto on aina varmistettava.
Noin 45-75 minuutin kuluttua alkaa näkyä kaksi kerrosta; alempi on reaktiossa muodostunutta glyserolia ja ylempi biodieseliä. Glyseroli talteenotetaan liuoksesta (erottamalla kerrokset, suppilopohjainen reaktiosäiliö helpottaa erottamista) ja biodieselin käsittelyä jatketaan pesuvaiheella.
[muokkaa] Peseminen ja suodattaminen
Erotettu biodiesel ei ole vielä käyttökelpoista polttoainetta (sisältää lipeäjäämiä, jotka täytyy poistaa) vaan vaatii vielä pesun ja suodatuksen. Jotkut jättävät pesuvaiheen väliin, mutta tällöin biodiesel sisältää vielä lipeää, mikä todennäköisti aiheuttaa syöpymiä käyttökohteessa (esim. moottorissa tai lämmityskattilassa) eikä näin ollen ole suositeltava ratkaisu.
Pesu tapahtuu astiassa, jonne sekoitetaan pesemätön biodiesel ja riittävä määrä vettä. Pesu voi tapahtua eri menetelmin. Vaihtoehtoina on kuplitus (ohjataan astian pohjalta ilmaa, joka voidaan tuottaa esim. akvaariopumpulla), sekoittamalla (moottoritoimisella sekoittimella), kierrättämällä/suihkulla. Kierrätys-/suihkupesussa astian pohjalle kasaantuvaa vettä imetään pumppu suodattimen läpi ja ohjataan suodatuksen jälkeen vesi pisaroituneena takaisin astian yläosaan, josta se sataa biodieselin päälle. Lipeä ja muut epäpuhtaudet (glyserolijäämät) laskeutuvat veden mukana pohjalle ja jäävät imuvaiheessa suodattimeen. Suihkuna voidaan käyttää esimerkiksi kupariputkea, johon on porattu pieniä reikiä.
Pesun jälkeen biodiesel vielä suodatetaan, jotta vesi- ja kiintoainejäämät saadaan erotettua. Suodatus/vedenpoisto onnistuu esim. dieselmoottoreissa käytettävissä vettä erottavilla polttoainesuodattimilla. Suodatuksessa polttoaineessa vielä jäljellä oleva vesi jää suodattimen vedenerottajaan ja esimerkiksi rypsin kuoret tai muut hiukkaset jäävät suodatinkankaaseen.
[muokkaa] Katso myös
[muokkaa] Aiheesta muualla
- BEL Oy Bioenergialaitos BEL Oy valmistaa biodieseliä Urjalassa Etelä-Pirkanmaalla
- Ekolaiho valmistaa sinappidieseliä Pöytyällä Turun seudulla
- Vegoleum tekee XME-biodieseliä Karjaalla
- Limetti valmistaa biodieseliä ja valmistuslaitteita Elimäellä Kouvolan seudulla
- Neste Oil Neste Oil aloittaa biodieselin tuotannon Porvoossa toukokuussa 2007
- Alavuden öljynpuristamo
- [21] Ekolaihon rypsiöljykokeilu vanhassa Mercedes-Benzissä]
- Fortumin diesel
- Biodiesel.org
- Elsbett valmistaa muutossarjoja, joilla voi käyttää dieselautoja rypsiöljyllä
- Bionova Engineering tarjoaa biodieseliin liittyviä asiantuntijapalveluita
- Journeytoforever Kaikkea biodieseliin littyvää (myös valmistusohjeita), englanniksi.
- Alternative fuels data center Yhdysvaltojen energiaministeriö, vaihtoehtoisten polttoaineiden tietopankki, tietoa englanniksi
- Collaborative Biodiesel Tutorial Tietoa englanniksi, mm. miten tehdä biodieseliä.
- European Biodiesel Board tietoa biodieselin tuotannosta ja käytöstä Euroopassa
- [22] Esimerkkihintoja 50% ja 100% biodieselille Isossa-Britanniassa
- [23] Hakukriteerinä biodisel. Sivustoilta voi ostaa tai myydä tuottamaansa biodieseliä.
