Παραγωγή αιθυλεστέρων λιπαρών οξέων με διαδικασία δύο σταδίων και αξιολόγηση των ιδιοτήτων τους - Πλατάρου, Ευγενία (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών, 2015)
Τα βιοκαύσιμα μπορούν να οριστούν ως τα καύσιμα που παράγονται από βιολογικές (π.χ. γεωργικές) πηγές και ποικιλία άλλων πρώτων υλών. Πολλές από αυτές είναι γεωργικά προϊόντα που χρησιμοποιούνται παραδοσιακά στην τροφική αλυσίδα. Ως πρώτη ύλη για το βιοντίζελ συνιστούν γενικά τα φυτικά έλαια που προέρχονται από σπόρους. Μια συνεχώς αυξανόμενη παραγωγή των βιοκαυσίμων, συνεπώς, πιθανόν να απομάκρυνε τους γεωργικούς πόρους από άλλες χρήσεις. Εντούτοις, μη βρώσιμα οργανικά υλικά, όπως η κυτταρίνη από τις χλόες (συμπεριλαμβανομένου του άχυρου) και το ξύλο, μπορούν επίσης να χρησιμοποιηθούν για να παράγουν βιοκαύσιμα. Αν και οι δαπάνες επεξεργασίας αυτών των υλών υπερβαίνουν στην παρούσα φάση εκείνες της επεξεργασίας των αγροτικών υλών, μια αύξηση στην παραγωγή βιοκαυσίμων βασισμένη στις πρώτες θα είχε μικρότερη σύνδεση με τις αγορές γεωργικών προϊόντων. Τέλος, τα βιοκαύσιμα μπορούν να παραχθούν ακόμη και από αστικά και βιομηχανικά απόβλητα. Η ταχεία αύξηση της κατανάλωσης ενέργειας και, πιο συγκεκριμένα, η αυξημένη χρήση ορυκτών καυσίμων στον τομέα των μεταφορών, έχει οδηγήσει σε σημαντικά αυξημένες εκπομπές ρύπων και κατά συνέπεια σε σημαντική ρύπανση του περιβάλλοντος σε τοπικό, περιφερειακό και διεθνές επίπεδο. Οι υψηλές τιμές του ακατέργαστου πετρελαίου και η συνεχώς αυξανόμενη ζήτηση, παράλληλα με τα πεπερασμένα αποθέματά του, δημιουργούν πρόσθετα οικονομικά κίνητρα για τη χρησιμοποίηση εναλλακτικών πηγών καυσίμων, και ενθαρρύνουν έτσι την έρευνα σε αυτόν τον τομέα. Ο τομέας των μεταφορών εκτιμάται ότι συμμετέχει με ποσοστό πάνω από 30% στη συνολική κατανάλωση ενέργειας στην ΕΕ. Το γεγονός αυτό αποτελεί σημαντικό λόγο ανάγκης λήψης άμεσων μέτρων για τη μείωση της κατανάλωσης συμβατικών καυσίμων στις μεταφορές και την αποτροπή, έτσι, της αύξησης των εκπομπών CO2, δεδομένου ότι ο τομέας αυτός αναπτύσσεται ταχέως τις τελευταίες δεκαετίες. Προς αυτήν την κατεύθυνση, η ΕΕ έχει ήδη θέσει συγκεκριμένους στόχους για την ανάπτυξη του τομέα των βιοκαυσίμων: έως το 2020 το 10% των καυσίμων που χρησιμοποιούνται στις οδικές μεταφορές θα πρέπει να έχει αντικατασταθεί από βιοκαύσιμα. Έτσι θα μειωθεί σημαντικά η εξάρτηση της ΕΕ από τις εισαγωγές ορυκτών καυσίμων διασφαλίζοντας το εγχώριο ενεργειακό ισοζύγιο και δημιουργώντας ευκαιρίες ανάπτυξης της αγροτικής και ενεργειακής οικονομίας καθώς και νέες ευκαιρίες στον τομέα της Έρευνας και Ανάπτυξης. Η εθνική πολιτική, μέσω του νόμου 3423/2005, που εναρμονίζεται με την Ευρωπαϊκή Οδηγία 2003/30/EC, έχει θεσμοθετήσει τη χρήση των βιοκαυσίμων στην ελληνική αγορά, ικανοποιώντας τη δέσμευση της χώρας μας ως Κράτους Μέλους της ΕΕ για σύγκλισή της με το όραμα και την πολιτική της ΕΕ στον τομέα της ανάπτυξης των βιοκαυσίμων. Στην παρούσα φάση το βιοντίζελ είναι το μοναδικό βιοκαύσιμο που παράγεται στην Ελλάδα, και χρησιμοποιείται σε ποσοστό ανάμιξης 7% με το ντίζελ κίνησης. Η κατανάλωση καυσίμων μεταφορών (και ιδιαίτερα του ντίζελ κίνησης) αναμένεται, ωστόσο, να αυξηθεί σημαντικά τα επόμενα χρόνια. Πέραν της αύξησης αυτής, ο στόχος για το μερίδιο βιοκαυσίμων στην ελληνική αγορά φαίνεται ότι είναι δύσκολο να επιτευχθεί και για το λόγο αυτό θα πρέπει να πραγματοποιηθούν συντονισμένες προσπάθειες, προκειμένου η χώρα μας να αυξήσει την χρήση βιοκαυσίμων, και με αυτόν τον τρόπο να συνεισφέρει στην επίτευξη του στόχου της ΕΕ για την ανάπτυξη των βιοκαυσίμων στην Ευρώπη. Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά την μελέτη παραγωγής βιοντίζελ από αιθανόλη με αντίδραση δύο σταδίων και τον προσδιορισμό των φυσικοχημικών ιδιοτήτων του προκύπτοντος αιθυλεστέρα. Η διαδικασία που ακολουθήθηκε περιελάμβανε την μετεστεροποίηση φυτικών ελαίων (πυρηνέλαιου ,σογιέλαιου, ηλιέλαιου) με αιθανόλη και με χρήση βασικών ομογενών καταλυτών (ΚΟΗ, NaOH, CH3ONa). Οι αντιδράσεις μετεστεροποίησης πραγματοποιήθηκαν σε διάφορες αναλογίες ελαίου- αιθανόλης αφού βρέθηκε η βέλτιστη συγκέντρωση για κάθε καταλύτη. Επίσης πραγματοποιήθηκε εξευγενισμός των προκυπτόντων αιθυλεστέρων με δύο τεχνικές εξευγενισμού: την υγρή (με χρήση δις απιονισμένου νερού) και την ξηρή (με χρήση Na2HPO4). Στο τέλος κάθε πειραματικής διαδικασίας μετρήθηκαν οι σχετικές με το βιοντίζελ φυσικοχημικές ιδιότητες. Κατά τη διαδικασία της μετεστεροποίησης φάνηκε ότι η παραγωγή των αιθυλεστέρων είναι, σε γενικές γραμμές, μια πιο δύσκολη και πιο δαπανηρή διαδικασία σε σχέση με την παράγωγη των μεθυλεστέρων. Αυτό οφείλεται κυρίως στις ιδιότητες της αιθανόλης, η οποία έχει μεγάλη διαλυτότητα τόσο στην εστερική όσο και στη γλυκερινική φάση, αλλά και στην τάση της να δημιουργεί γαλακτώματα κατά τη διαδικασία εξευγενισμού του βιοντίζελ. Η τιμή του κόστους παραγωγής εξαρτάται πολύ από την τιμή της αιθανόλης. Γενικά όμως, η διαδικασία είναι σχεδόν η ίδια με αυτή της παραγωγής των μεθυλεστέρων, και μια πιθανή πτώση στην τιμή της αιθανόλης σε σχέση με αυτή της μεθανόλης, είναι πιθανό ότι θα καθιστούσε εφικτή την παράγωγη των αιθυλεστέρων, με μικρές μόνο αλλαγές στον εξοπλισμό. Η διεξαγωγή της αντίδρασης σε δύο στάδια έναντι του ενός φάνηκε να μειώνει το κόστος της διεργασίας (μικρότερος χρόνος αντίδρασης, ευκολότερος εξευγενισμός, χρησιμοποίηση λιγότερης ποσότητας αιθανόλης). Η ξηρή τεχνική εξευγενισμού κρίθηκε ως μη αποδοτική καθώς το Na2HPO4 δεν ήταν εύκολο να ανακτηθεί από το προϊόν και οδήγησε σε προϊόντα εκτός του Ευρωπαϊκού προτύπου για τα περιεχόμενα αλκάλια (Κ+Na). Η υγρή τεχνική εξευγενισμού κρίθηκε πιο αποτελεσματική σύμφωνα με τις ιδιότητες των προκυπτόντων αιθυλεστέρων Το σίγουρο είναι ότι, για να προωθηθεί η παραγωγή σε βιομηχανική κλίμακα, αναγκαίο είναι ένα πρότυπο προδιαγραφών που να αφορά τους προκύπτοντες αιθυλεστέρες.