Odborné články
Vývoj technologie výroby bioetanolu ze slámy v České republice úspěšně ukončen
Dílčí výstup řešení projektu NAZV QE 1324 "Technologie výroby bioetanolu z lignocelulózové fytomasy"
1. Úvod
Výroba bioetanolu jako obnovitelného motorového paliva nebo suroviny pro přípravu aditiv (ETBE) do benzínových směsí z lignocelulózních materiálů je dnes v popředí zájmu řady petrolejářských firem (Shell, Philips Petroleum, RAPAD). Na výzkum a vývoj v této oblasti jsou vynakládány řádově stovky milionů dolarů a vývoj již směřuje k pilotním jednotkám. Firma Shell informovala odbornou veřejnost, že do 6 měsíců bude mít vlastní know - how na výrobu bioetanolu ze slámy.
Výzkum v oblasti vývoje technologie výroby bioetanolu ze slámy ve VÚRV Praha Ruzyně, který je prováděn na poloprovozním zařízení MHZ-30/2 byl provázen především nedostatkem finančních prostředků. Celkový příspěvek MZe na výzkum v rozmezí 2,5 let je 1,6 mil. Kč. Zbytek, řádově 5 mil. Kč byl z vlastních finančních prostředků a z příspěvků sponzorů. V současné době je možné konstatovat, že na kontinuálním hydrolýzním zařízení o hodinovém výkonu zpracování 30 kg slámy bylo dosaženo parametrů požadovaného zvýšení výtěžnosti zkvasitelných cukrů. Vytvořená nová koncepce plnícího lisu s jednostupňovou hydrolýzou je zřejmě v kompaktním pojetí světově nová. Dosaženými výsledky jsme na tak velkém poloprovozním zařízení předběhli světové firmy usilující o řešení a jsme dnes schopni vytvořit projekt provozního zařízení o minimálním hodinovém výkonu 1000 kg slámy, který by byl ekonomicky efektivní. Zároveň jsme nabídli relevantním zahraničním firmám naše know-how na výrobu bioetanolu a dalších vedlejších žádaných výstupních produktů (lignin, fural, organické kyseliny).
2. Metodika
Před provedením vlastních experimentů bylo nutno připravit vstupní materiál (pšeničná sláma o zrnitosti 2 - 5 mm) a kalibrovat dávkované množství plnícím lisem k zajištění hydromodulu 1 : 5 (náběhově 1 : 10), nastavit příslušné otáčky šneků hydrolyzérů, zajišťujících požadovanou dobu expozice, zajistit požadovanou teplotu v obou hydrolyzérech a eventuální přídavek kyseliny. Zhydrolyzovaná suspense byla na filtračním lisu rozdělena na roztok hydrolýzních cukrů a tuhý ligno - celulózový podíl. Analýzu vstupní suroviny prováděla laboratoř VÚRV, laboratorní zhodnocení výstupu prováděla jednak laboratoř VÚRV a 3 nezávislé laboratoře dalších organizací (Mikropur, s.r.o.,Hradec Králové, Analab Praha 10, Labo MS, s.r.o. Praha 5)
3. Výsledky vlastní práce
Uvádíme výsledky jen významných zkoušek, některé sledované parametry neuvádíme z důvodu ochrany know-how. Jde o výsledky jen z prvního technologického kroku bez recyklace nezregenerované, ale již rozštěpené tuhé fáze v rozsahu cca 13,5 - 15% zpět do hydrolýzního procesu.
Výtěžnost hydrolýzních cukrů je vypočítána na základě chemických rozborů 3 organizací, které použily odlišné metody stanovení. Mikropur používá refraktometrickou metodu (polarizační měření nebylo možné provést vzhledem k silnému zabarvení vzorků), VÚRV stanovuje zkvasitelné cukry anhtronovou metodou a Analab použil metodu podle Auerabach - Bodländerové s reprezentací pouze glukózy. Výtěžnost s použitím této metody je zjišťována na základě vstupu celulózy.
Z tab. č. 1 vyplývá, že nejlepších výsledků bylo dosaženo při teplotě hydrolýzy 198°C, tlaku 1,5 MPa, expozicí 11 min a s nástřikem 0,5% kyseliny.
Tabulka č. 1: Technologické parametry a výtěžnost zkvasitelných cukrů u vybraných experimentů při hydrolýze slámy na zařízení MHZ-30/2.
Číslo experimentu |
teplota °C |
tlak MPa |
expozice min. |
kyselina % |
výtěžnost cukrů % |
||
Mikropur |
Analab |
||||||
2R |
185 |
1,1 |
10 |
0 |
53,33 |
54,66 |
37,77* |
3R |
195 |
1,4 |
11 |
0,3 |
80,00 |
56,00 |
46,66* |
4R |
198 |
1,5 |
11 |
0,5 |
80,00 |
64,00 |
62,22* |
* pouze glukóza
Z výstupu experimentu 4R vyplývá průměrná výtěžnost (ØMikropur a VÚRV) hydrolýzních cukrů 72% ze vstupu celulózy a hemicelulózy. Z dříve provedených experimentů s recyklací nezreagované, ale již rozštěpené tuhé fáze je možno v přepočtu na původní vstup získat minimálně dalších 8% hydrolýzních cukrů.
Přídavkem 1 kg pšeničné slámy o vlhkosti 15% aplikovaného v experimentech vstupů do systému 0,85 kg sušiny, 0,38 kg celulózy a 0,26 kg hemicelulózy, celkem 0,64 kg celulózových substrátů. Při předpokládané výtěžnosti 80% je možno z 1 kg pšeničné slámy získat 0,51 kg hydrolýzních cukrů z převahou glukózy. Z tohoto množství hydrolýzních cukrů je možno získat 0,26 kg bioetanolu, což představuje cca 0,33 l bezvodého alkoholu (98%).
Z 1 t pšeničné slámy je možno získat 330 l bezvodého alkoholu.
4. Návrh na využití výzkumných výsledků
Vyřešená technologie výroby bioetanolu ze slámy, vykazující prvky světové novosti by měla podstatně snížit výrobní náklady bezvodého bioetanolu ve srovnání s produkcí stávajících agrobioetanolů. Lze předpokládat, že stávající agrární politika nebude tento způsob výroby bioetanolu podporovat, neboť bude konkurovat agrolihovarům zpracovávajícím klasické lihové plodiny nižšími výrobními náklady.
Z hlediska podpory obnovitelných energií tato technologie nevykazuje na jednotku investičních a provozních nákladů takový efekt bioenergie jako vzniká v kotelnách na spalování biomasy. Použití bioetanolu je ekologicky významné jako oktanové přísady do benzínových směsí (ETBE) pro zážehové motory, snižující zároveň emise CO a uhlovodíků. Přísada bioetanolu do paliv pro vznětové motory silně redukuje kouřové částice, což je žádané např. u městských autobusů.
Na základě dosažených výzkumných výsledků navrhujeme projekt "Centrum výroby fytopaliv", který by byl vhodný zejména pro severozápadní Čechy. V tomto projektu uvažujeme, že část výtěžku hemicelulózních cukrů bude použita k výrobě 2-furaldehydu (furalu) a vedlejšími produkty bezvodého bioetanolu bude čistý lignin a organické kyseliny. Jednotkové ceny těchto produktů v současné době násobně převyšují cenu bioetanolu. Z důvodu vyššího využití některých zařízení (kotelna, sušárna, dezintegrátory) bude součástí "centra"i linka na výrobu topných pelet a briketovací linka.
5. Centrum výroby fytopaliv
V zařízení budou použity tří technologické linky:
- linka k výrobě topných pelet,
- briketovací linka,
- linka pro tepelně tlakovou hydrolýzu biomasy včetně linky pro výrobu bezvodého bioetanolu.
Tyto linky budou mít společné zařízení pro výrobu tepelné energie na bázi biomasy (teplo pro sušení biomasy a pro hydrolyzéry a destilaci). Společné bude rovněž drtící zařízení pro fytomasu. Výrobní linky budou umístěny spolu s energetickým zařízením ve výrobní hale. Dalším stavebním objektem bude sklad biomasy a sklad produktů.
Investiční náklady
Technologický soubor pro výrobu peletek |
|
včetně drtícího zařízení, 10 000 t / rok |
8 mil. Kč |
briketovací linka 20 000 t / rok |
9 mil. Kč |
kotelna a sušárna |
7 mil. Kč |
hydrolýzní linka a linka výroby bioetanolu |
63 mil. Kč |
technologické soubory celkem |
87 mil. Kč |
stavební objekty (výrobní hala a sklad biomasy a výrobků |
13 mil. Kč |
Investiční náklady celkem |
100 mil. Kč |
|
|
Biomasa včetně dopravy |
55,000 mil. Kč |
Odpisy |
6,295 mil. Kč |
Opravy a údržba |
5,180 mil. Kč |
Osobní náklady (30 pracovníků) |
7,890 mil. Kč |
Elektrická energie |
10,500 mil. Kč |
Ostatní výrobní a správní režie |
16,973 mil. Kč |
Celkem |
101,838 mil. Kč |
Roční výroba
Produkt |
t |
Kč / t |
mil. Kč |
Topné pelety |
10 000 |
3 000,- |
30,- |
20 000 |
2 000,- |
40,- |
|
Líh bezvodý |
1 346 |
12 000,- |
16,152 |
Lignin čistý |
743 |
18 000,- |
13,212 |
Fural 92% |
547 |
32 000,- |
17,504 |
Kyselina octová a mravenčí |
216 |
15 000,- |
3.240 |
Celkem |
|
|
120,108 |
Hrubý zisk
Příjem mil. Kč |
120,108 mil. Kč |
Náklady mil. Kč |
101,838 mil. Kč |
Hrubý zisk |
18,270 mil. Kč |
Návratnost investice
Investiční náklady |
100 |
|
------------------------------ |
= ----------------------------------- |
= 4,07 let |
hrubý zisk + odpisy |
18,270 + 6,297 |
|
Vytvořený počet pracovních míst při provozu investice:
a) na výrobním závodě |
30 pracovních míst |
b) při produkci a dopravě biomasy |
110 pracovních míst |
Celkem |
140 pracovních míst |
6. Závěr
Na základě provedeného výzkumu na poloprovozním hydrolýzním zařízení MHZ-30/2 byla navržena nová technologie výroby bioetanolu ze slámy obilnin a olejnin. V této technologii je dosahováno 80% výtěžnosti cukrů ze vstupu celulóz a hemicelulóz.
Pro podmínky České republiky byl navržen ekonomicky efektivní záměr Centra výroby biopaliv s roční produkcí 1346 t bezvodého bioetanolu a 30 000 t tvarovaných fytopaliv, který zajistí 30 nových pracovních míst na výrobním závodě a 110 dalších pracovních míst v zemědělství a ve službách.
Anotace
Vývoj technologie výroby bioetanolu ze slámy byl v České republice úspěšně ukončen
Výzkum byl prováděn na poloprovozním hydrolýzním zařízení o hodinovém výkonu 30 kg vstupní suroviny. Nejlepších výsledků bylo dosaženo při teplotě 198°C, tlaku 1,5 MPa s expozicí po dobu 11 min. a s nástřikem 0,5% kyseliny. Dosažená výtěžnost hydrolýzních cukrů ze vstupu celulózy a hemicelulózy je 72% s recyklem nezreagované, ale již rozštěpené tuhé fáze až 80%. Z 1 t pšeničné slámy je možno získat až 330 l bezvodého bioetanolu.
Na základě dosažených výsledků byla vytvořena kompaktní světově nová technologie.
TweetČlánek: Tisknout s obrázky | Tisknout bez obrázků | Poslat e-mailem
Související články:
Využití slámy a energetických rostlin pro výrobu elektrické a tepelné energie
Současný stav a priority projektu "Bioetanol" v ČR.
Trvale udržitelná výroba bioetanolu
Výroba bioetanolu z lignocelulózové fytomasy
Výroba bioetanolu ze slámy se stává realitou
Využití bioalkoholu
Podporovat biopaliva namísto zemního plynu
Zobrazit ostatní články v kategorii Kapalná biopaliva
Datum uveřejnění: 19.8.2002
Poslední změna: 10.8.2002
Počet shlédnutí: 15475
Citace tohoto článku:
VÁŇA, Jaroslav, KRATOCHVÍL, Zdeněk: Vývoj technologie výroby bioetanolu ze slámy v České republice úspěšně ukončen. Biom.cz [online]. 2002-08-19 [cit. 2024-10-12]. Dostupné z WWW: <https://biom.cz/czp/odborne-clanky/vyvoj-technologie-vyroby-bioetanolu-ze-slamy-v-ceske-republice-uspesne-ukoncen>. ISSN: 1801-2655.