Produkcja biokomponentów paliwowych drugiej i trzeciej generacji poprzez procesy termochemiczne – bioolej z mikroalg

• Autorzy: Wądrzyk M. , Janus R. , Dziok T. , Jakóbiec J.

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2017.09.03

Warianty tytułu

EN

Production of 2nd and 3rd generation biofuels via thermochemical conversion – bio-oil from microalgae

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Rosnące uprzemysłowienie oraz dynamicznie rozwijający się sektor transportowy spowodowały w ostatnich dziesięcioleciach gwałtowny wzrost konsumpcji paliw. Eksploatacja kurczących się zasobów paliw kopalnych przyczynia się do ustawicznego pogarszania środowiska naturalnego, głównie przez obciążenie atmosfery ziemskiej coraz większymi ilościami gazów cieplarnianych, w tym ditlenku węgla (CO₂). Z tego powodu od ponad dwóch dekad do komponowania paliw ciekłych stosuje się dodatki biopaliwowe. Powszechnie wykorzystywanymi biokomponentami są bioetanol oraz estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME), tzw. biopaliwa pierwszej generacji. Technologie produkcji tych biopaliw bazują głównie na surowcach jadalnych (paszowych), dlatego – biorąc pod uwagę ogromną skalę problemu głodu na całym globie – budzą olbrzymie kontrowersje. Te uwarunkowania stoją u podstaw rozwoju nowych technologii konwersji surowców niejadalnych/odpadowych do biopaliw drugiej generacji (z odpadów lignocelulozowych) oraz biopaliw trzeciej generacji z surowców pochodzących z dedykowanych procesów biologicznych. Przedstawione wyniki badań dotyczą otrzymywania półproduktu biopaliwa trzeciej generacji, tj. biooleju popirolitycznego, pozyskanego z mieszaniny biomasy mikroalg z gatunków Chlorella sp. i Scenedesmus sp. Na drodze pirolizy uzyskano około 30% (m/m) biooleju w odniesieniu do masy surowca. Stwierdzono, iż uzyski poszczególnych grup produktów (bioolej, faza gazowa, karbonizat) są uzależnione od warunków procesu (temperatura, czas reakcji). Analiza jakościowa (GC-MS) dowiodła, że otrzymany bioolej jest złożoną mieszaniną związków o różnych strukturach i właściwościach. Co ciekawe, analiza odporności na utlenianie termooksydacyjne badanego produktu wykazała znacznie lepszą jego stabilność w porównaniu z czystym biodieslem. Badania podstawowych parametrów fizykochemicznych dowodzą, że bioolej pozyskany na drodze pirolizy biomasy mikroalg, poddany odpowiednim procesom rafinacyjnym i uszlachetniającym, może z powodzeniem znaleźć zastosowanie jako biokomponent paliwowy.

EN

The development of industrialization and a dynamically growing transport sector, has caused a sharp increase in fuel consumption over the last decades. The exploitation of the depleting resources of fossil fuels, contributes to the continual degradation of the natural environment, primarily by increasing the amount of greenhouse gases including carbon dioxide in the earth’s atmosphere. For this reason, biofuel additives have been used for more than two decades in the blending of liquid fuels. The most commonly used biocomponents are bioethanol and fatty acid methyl esters (FAME), called the 1st generation biofuels. The technologies for their production are based mainly on edible (feed) raw materials. Thus, taking into account the scale of the global problem of hunger, they arouse enormous controversy. These circumstances support the development of new conversion technologies dedicated to the processing of non-edible/waste biomass into 2nd generation biofuels (from lignocellulosic waste) and 3rd generation biofuels from the dedicated, biological raw materials. The results of present research concern the pyrolysis bio-oil, derived from microalgae biomass (i.e. mixture of Chlorella sp. and Scenedesmus sp.). The bio-oil was produced by pyrolysis with ca. 30 wt.% yield with respect to the mass of the raw material. It was found that the yields of particular product groups (i.e. bio-oil, gas phase, carbonizate) are influenced by the processing parameters (temperature, reaction time). Qualitative analysis (GC-MS) has shown that our bio-oil is a complex mixture of compounds of different structures and properties. Interestingly, the analysis of oxidation resistance exhibited much better thermooxidative stability of the bio-oil, as compared to pure biodiesel. The physico-chemical parameters studies showed, that bio-oil derived from the pyrolysis of microalgae biomass, subjected to the proper refining processes, can be successfully used as a fuel bio-component.

Słowa kluczowe

PL

biopaliwa; bioolej; piroliza; mikroalgi

EN

biofuels; bio-oil; pyrolysis; microalagae

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2017
• Tom: R. 73, nr 9
• Strony: 640--650
• Opis fizyczny: Bibliogr. 20 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Wądrzyk M.

• Katedra Technologii Paliw Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Janus R.

• Katedra Technologii Paliw Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Dziok T.

• Katedra Technologii Paliw Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Jakóbiec J.

• Katedra Technologii Paliw Wydział Energetyki i Paliw Akademia Górniczo-Hutnicza, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

Bibliografia

• [1] Brennan L., Owende P.: Biofuels from microalgae - A review of technologies for production, processing and extractions of biofuels and co-products. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2010, vol. 14, s. 557-577.
• [2] Bridgwater A.V., Peacocke G.V.C.: Fast pyrolysis processes for biomass. Renewable and Sustainable Energy Reviews 2000, vol. 4, s. 1-73.
• [3] Brown R.C.: Thermochemical processing of biomass - conversion into fuels, chemicals and power. John Wiley & Sons 2012.
• [4] Canakci M., Sanli H.: Biodiesel production from various feedstocks and their effects on the fuel properties. Journal of Industrial Microbiology and Biotechnology 2008, vol. 35, s. 431-441.
• [5] Du Z., Li Y., Wang X., Wan Y., Chen Q., Wang C., Lin X., Liu Y, Chen P., Ruan R.: Microwave-assisted pyrolysis of microalgae for biofuel production. Bioresource Technology 2011,vol. 102, s. 4890-4896.
• [6] Duan P., Jin B., Xu Y., Yang Y., Bai X., Wang F., Zhang L., Miao J.: Thermo-chemical conversion of Chlorella pyrenoidosa to liquid biofuels. Bioresource Technology 2013, vol. 133, s. 197-205.
• [7] Grierson S., Strezov V., Ellem G., Mcgregor R., Herbertson J.: Thermal characterisation of microalgae under slow pyrolysis conditions. Journal of Analytical and Applied Pyrolysis 2009, vol. 85, s. 118-123.
• [8] Jena U., Das K.C.: Comparative evaluation of thermochemical liquefaction and pyrolysis for bio-oil production from microalgae. Energy & Fuels 2011, vol. 25, s. 5472-5482.
• [9] Liu Y.Q., Lim L.R.X., Wang J., Yan R., Mahakhant A.: Investigation on pyrolysis of microalgae Botryococcus braunii and Hapalosiphon sp. Industrial & Engineering Chemistry Research 2012, vol. 51, s. 10320-10326.
• [10] Lopez B.D., Prins W., Ronsse F., Brilman D.W.F.: Hydrothermal liquefaction (HTL) of microalagae for biofuel production: State of the art review and future prospects. Biomass and Bioenergy 2013, vol. 53, s. 113-127.
• [11] Maes D., Van Dael M., Vanheusden B., Goovaerts L., Reumerman P., Luzardo N.M., Van Passel S.: Assessment of the sustainability guidelines of EU Renewable Energy Directive: the case of biorefineries. Journal of Cleaner Production 2015, vol. 88, s. 61-70.
• [12] Peng W., Wu Q., Tu P.: Effects of temperature and holding time on production of renewable fuels from pyrolysis of Chlorella protothecoides. Journal of Applied Phycology 2000, vol. 12, s. 147-152.
• [13] Searchinger T., Heimlich R., Houghton R.A., Dong E, Elobeid A., Fabiosa J., Tokgoz S., Hayes D., Yu T-H.: Use of U.S. croplands for biofuels increases greenhouse gases through emissions front land-use change. Science 2008, vol. 319, s. 1238-1240.
• [14] Strona internetowa: http://ec.eurostat.eu/eurostat (dostęp: maj 2017).
• [15] Tat M.E., Van Gerpen J.H.: The kinematic viscosity of biodiesel and its blends with diesel fuel. Journal of the American Oil Chemists' Society 1999, vol. 76, s. 1511-1513.
• [16] Thangalazhy-Gopakumar S., Adhikari S., Ravidran H., Gupta R.B., Fasina O., Tu M., Fernando S.D.: Physicalproperties of bio-oil produced at various temperature from pine wood using an auger reactor. Bioresource Technology 2010, vol. 101, s. 8389-8395.
• [17] The current status of biofuels in the European Union, their environmental impacts and future prospects. EASAC Policy Report 2012, s. 1-47.
• [18] Wądrzyk M.: Dobór parametrów procesu hydrotermicznego upłynniania i pirolizy mikroalg dla pozyskania biooleju. Praca doktorska, Wydział Energetyki i Paliw AGH 2015.
• [19] Wądrzyk M., Jakóbiec J., Janus R.: Badanie wpływu temperatury procesu pirolizy biomasy mikroalg na skład chemiczny biooleju popirolitycznego. Przemysł Chemiczny 2014, nr 12, s. 1-5.
• [20] Westerhof R.J.M., Brilman D.W.F., van Swaaij W.P.M., Kersten S.R.A.: Effect of temperature in fluidized bed fast pyrolysis of biomass: oil quality assessment in test units. Industrial & Engineering Chemistry Research 2010, vol. 49, s. 1160-1168.

Uwagi

PL

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).