Οι πρώτες ύλες της παραγωγής βιοντίζελ

Ως πρώτες ύλες για την παραγωγή του βιοντίζελ έχουν δοκιμαστεί διάφορα φυτικά έλαια, που προέρχονται από τους σπόρους διαφόρων φυτών τα οποία για τον λόγο αυτό ονομάζονται ελαιούχα φυτά, καθώς και διάφορα ζωικά λίπη. Από τα έλαια μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν εκείνα που παράγονται σε μεγάλες ποσότητες και έχουν σχετικά μικρό κόστος, όπως το κραμβέλαιο, το σογιέλαιο, το ηλιέλαιο, το φοινικέλαιο και το βαμβακέλαιο. Η διαθεσιμότητα και το κόστος κάθε ελαίου εξαρτώνται από τις καλλιεργητικές παραμέτρους του αντίστοιχου φυτού, οι οποίες επηρεάζονται από τις κλιματολογικές συνθήκες αλλά και την αγροτική πολιτική κάθε χώρας. Έτσι, το σογιέλαιο παράγεται σε αρκετά μεγάλες ποσότητες στις ΗΠΑ, το κραμβέλαιο και το ηλιέλαιο στην Ευρώπη και το φοινικέλαιο σε χώρες της Ασίας (Ινδονησία, Μαλαισία κ.ά.). Στην Ελλάδα παράγονται σπορέλαια σε διάφορες ποσότητες, όπως το ηλιέλαιο και το βαμβακέλαιο, ενώ τα τελευταία έτη έχουν ξεκινήσει προσπάθειες ανάπτυξης καλλιεργειών νέων ελαιούχων φυτών για τα ελληνικά δεδομένα, όπως της ελαιοκράμβης.

Διεθνής ονομασία	Ελληνική ονομασία	Απόδοση σε σπόρο (t/ha)	Περιεκτικότητα σε λάδι (%)	Απόδοση σε λάδι (t/ha)
Coconut palm	Καρύδα	4,17	36	1,5
Cotton	Βαμβάκι	1,2	15 - 25	0,29
Flax, linseed	Λινάρι	1,8	30 - 48	0,70
Hemp	Κάνναβη	0,5 - 2,0	28 - 35	0,14 - 0,7
Oil palm	Φοινικέλαιο	30	26	7,8
Olive	Ελιά	1,0 - 12,5	40	0,4 - 5,0
Rapeseed	Ελαιοκράμβη	2,0 - 3,5	30 - 50	1,26
Safflower	Ατρακτυλίδα	1,8	18 - 50	0,63
Sesame	Σουσάμι	0,5	50 - 60	0,25
Soybean	Σόγια	2,1	18 - 24	0,38
Sunflower	Ηλίανθος	2,5 - 3,2	35 - 52	0,88 - 1,67
White mustard	Σπ. μουστάρδας	1,5 - 2,5	22 - 42	0,64

 

Τα φυτικά έλαια και ζωικά λίπη αποτελούνται από γλυκερίδια (κυρίως τριγλυκερίδια) διαφόρων λιπαρών οξέων. Επίσης, περιέχουν σε μικρές ποσότητες φωσφατίδια, μη-σαπωνοποιήσιμα συστατικά, καροτένια, τοκοφερόλες, ενώσεις θείου, ίχνη νερού και ελεύθερα λιπαρά οξέα. Στο  διπλανό σχήμα παρουσιάζεται ένα χαρακτηριστικό μόριο τριγλυκεριδίου. Τα τριγλυκερίδια είναι τριεστέρες της γλυκερόλης (γλυκερίνης) με λιπαρά οξέα. Τα ποσοστά των τριγλυκεριδίων που περιέχουν τα φυτικά έλαια ποικίλουν, ανάλογα με την προέλευση του ελαίου, από 95-98%.

Τα λιπαρά οξέα (π.χ. CH₃(CH₂)₇CH=CH(CH₂)₇COOH) ποικίλουν ως προς το μήκος της ανθρακικής αλυσίδας και τον αριθμό των διπλών δεσμών.

Η χημική δομή και η ονομασία των κυριότερων λιπαρών οξέων φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών δίνονται στους πίνακες που ακολουθούν:

 

Λιπαρό οξύ (Δομή 1)	Κοινή ονομασία		Χημικός τύπος
4:0	Βουτυρικό	Butyric	CH3(CH2)2COOH
6:0	Καπροϊκό	Caproic	CH3(CH2)4 COOH
8:0	Καπριλικό	Caprylic	CH3(CH2)6 COOH
10:0	Καπρικό	Capric	CH3(CH2)8 COOH
12:0	Λαυρικό	Lauric	CH3(CH2)10 COOH
14:0	Μυριστικό	Myristic	CH3(CH2)12 COOH
16:0	Παλμιτικό	Palmitic	CH3(CH2)14 COOH
18:0	Στεαρικό	Stearic	CH3(CH2)16 COOH
18:1	Ελαϊκό	Oleic	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7 COOH
18:2	Λινελαϊκό	Linoleic	CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6 COOH
18:3	a-Λινολενικό	a-Linoleic	CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6 COOH
22:1	Ερουκικό	Erucic	CH3(CH2)7CH=CH(CH2)11 COOH
20:5	-	EPA 2	CH3CH2(CH=CHCH2)5(CH2)2 COOH
22:6	-	DHA 2	CH3CH2(CH=CHCH2)6CH2 COOH

---

¹ xx:y υποδηλώνει xx άτομα άνθρακα στην ανθρακική αλυσίδα του λιπαρού οξέως με y διπλούς δεσμούς

² Συντομογραφίες των συστηματικών ονομάτων του εικοσα-πεντα-εν-οϊκού οξέος και εικοσιδυα-εξα-εν-οϊκού οξέος

 

 

Λιπαρό οξύ	Σημαντικές πηγές
4:0	βούτυρο, γαλακτοκομικά λίπη
6:0	καρύδα, πυρήνας φοίνικα
8:0	‘’
10:0	‘’
12:0	‘’
14:0	‘’
16:0	βαμβακόσπορος, φοίνικας
18:0	βούτυρο κακάου, ζωικό λίπος
18:1	βαμβακόσπορος, ελιά, φοίνικας, κράμβη
18:2	καλαμπόκι, σουσάμι, σόγια, ηλίανθος
18:3	λιναρόσπορος
22:1	ελαιοκράμβη υψηλού ερουκικού οξέος
20:5	ψάρια και ζωικά λίπη
22:6	ψάρια και ζωικά λίπη

 

Τα λιπαρά οξέα των τριγλυκεριδίων είναι ευθείας αλυσίδας, αποτελούνται από ζυγό αριθμό ατόμων άνθρακα και φέρουν την καρβοξυλομάδα στο άκρο της ανθρακικής αλυσίδας. Τα λιπαρά οξέα μπορεί να είναι κορεσμένα ή ακόρεστα. Σημαντικά συστατικά των ελαίων, αν και βρίσκονται σε μικρές αναλογίες, είναι τα μη σαπωνοποιήσιμα συστατικά. Μη σαπωνοποιήσιμα συστατικά μιας λιπαρής ουσίας είναι οι αδιάλυτες στο νερό ουσίες, που δεν σαπωνοποιούνται με υδροξείδιο του καλίου (ΚΟΗ) και δεν είναι πτητικές στους 80^οC. Τα μη σαπωνοποιήσιμα συστατικά περιλαμβάνουν υδρογονάνθρακες, χρωστικές, ανώτερες αλκοόλες και στερόλες (χοληστερόλη στις ζωικές, φυτοστερόλη στις φυτικές λιπαρές ύλες). Τα περισσότερα λάδια με συνηθισμένη καθαρότητα περιέχουν λιγότερο από 2% μη σαπωνοποιήσιμα συστατικά.

 

Ηλίανθος

Ετήσιο φυτό που καλλιεργείται ευρέως στη χώρα μας, ιδίως στη Βόρεια Ελλάδα, με κύριο σκοπό την παραγωγή φυτικού ελαίου για διατροφή. Μετά την εξαγωγή του ελαίου, τα υπολείμματα του σπόρου (η πίττα) χρησιμοποιούνται στην κτηνοτροφία ως ζωοτροφή αφού είναι πλούσια σε πρωτεΐνες.

Οι καλλιεργητικές τεχνικές είναι όμοιες με εκείνες των φυτών μεγάλης καλλιέργειας γραμμικής σποράς, όπως το βαμβάκι και ο αραβόσιτος. Ο ηλίανθος καλλιεργείται σήμερα σε ξερικά εδάφη, με μέση στρεμματική απόδοση τα 200 kg σπόρου/στρέμμα και απόδοση σε λάδι τα 70 - 90 kg ελαίου/στρέμμα, και σε ποτιστικά εδάφη, με πολύ υψηλότερες στρεμματικές αποδόσεις, της τάξης των 300 - 450 kg σπόρου στρέμμα, ενώ οι αποδόσεις σε λάδι κυμαίνονται από 140 - 200 kg ελαίου/στρέμμα.

 

Σόγια

Ετήσιο φυτό που αναπτύσσεται στα τροπικά και υποτροπικά κλίματα. Αποτελεί μία πολύ σημαντική πηγή υψηλής ποιότητας πρωτεΐνης και ελαίου. Ο σπόρος έχει την υψηλότερη περιεκτικότητα σε πρωτεΐνη (40%) από όλα τα ελαιούχα φυτά και μία υψηλή περιεκτικότητα σε λάδι (20%). Υπολογίζεται ότι το σογιέλαιο αποτελεί το 50% της παγκόσμιας παραγωγής σπορέλαιων. Ένα προϊόν, που προκύπτει μετά την παραγωγή του ελαίου, είναι το αποκαλούμενο κέικ σόγιας, που παρασκευάζεται από την πίττα του σπόρου και χρησιμοποιείται ως ζωική τροφή πλούσια σε πρωτεΐνες.

 

Ελαιοκράμβη

Ετήσιο φυτό, το οποίο πολλαπλασιάζεται με σπόρο και καλλιεργείται κυρίως για την παραγωγή ελαίου. Μετά την εξαγωγή του ελαίου, το υπόλειμμα από τον σπόρο (η πίττα) χρησιμοποιείται στην κτηνοτροφία ως ζωοτροφή, αφού είναι πολύ πλούσια σε πρωτεΐνες.

Θεωρείται παγκοσμίως το τρίτο σημαντικότερο ελαιοπαραγωγό φυτό μετά τη σόγια και το φοινικέλαιο, με περιεκτικότητα του σπόρου σε λάδι που κυμαίνεται μεταξύ 30 - 50%. Οι καλλιεργητικές τεχνικές είναι όμοιες με εκείνες των χειμερινών σιτηρών, ενώ ιδιαίτερη προσοχή πρέπει να δοθεί κατά τη συγκομιδή και στον χρόνο που θα πραγματοποιηθεί αυτή, ώστε να αποφευχθεί η απώλεια του σπόρου από τις υψηλές θερμοκρασίες.

Ζωικά λίπη

 

Εκτός από τα σπορέλαια, μία εξαιρετική πηγή πρώτων υλών για την παραγωγή βιοντίζελ αποτελούν τα χαμηλής ποιότητας και αξίας λίπη και έλαια. Η συγκεκριμένη κατηγορία περιλαμβάνει ζωικά λίπη που μπορούν να ανακτηθούν από ζωικά υποπροϊόντα σφαγείου κατηγορίας 3 και 2. Οι πιο σημαντικές πηγές των λιπών είναι τα βοοειδή, οι χοίροι, τα αιγοπρόβατα και τα πουλερικά. Κατά μέσο όρο τα ζωικά υποπροϊόντα από τα βοοειδή περιέχουν 5% υποδόριο λίπος και 3,5% ενδομυϊκό λίπος, από τους χοίρους 6% υποδόριο και 4,5% ενδομυϊκό λίπος, από τα αιγοπρόβατα 3% υποδόριο και 3,1% ενδομυϊκό λίπος και από τα πουλερικά 1,4 - 1,6% ενδομυϊκό λίπος. Από τα δύο είδη λίπους, το μεγαλύτερο μέρος του υποδόριου χρησιμοποιείται κυρίως στην βιομηχανία τροφίμων, π.χ. στα αλλαντικά, ενώ το ενδομυϊκό λίπος μπορεί να ανακτηθεί με τη μέθοδο της αδρανοποίησης (rendering) από τα ζωικά υποπροϊόντα, όπως τα σπλάχνα και τα αποβαλλόμενα ζωικά υποπροϊόντα, με στόχο την παραγωγή βιοντίζελ.

 

 

Τηγανέλαια

 

Στη χώρα μας δραστηριοποιούνται πολλές εταιρείες συλλογής και μεταφοράς τηγανελαίων από διάφορες πηγές εστίασης, όπως εστιατόρια, ψησταριές και ξενοδοχειακές μονάδες, ενώ ήδη έχει ξεκινήσει προσπάθεια από Δήμους για τη συλλογή χρησιμοποιημένων λαδιών και από τα νοικοκυριά. Σύμφωνα με τα σημερινά ανεπίσημα στοιχεία, στην Ελλάδα συλλέγονται περίπου 20.000 - 30.000 τόνοι τηγανελαίου το έτος, ενώ τα επόμενα χρόνια αναμένεται σημαντική αύξηση της ποσότητας αυτής, αν αναλογιστεί κανείς τις ποσότητες των σπορελαίων που χρησιμοποιούνται μόνο στα εστιατόρια.

 

Απόβλητα λίπη και έλαια, λιπαρά οξέα, ολεΐνες

 

Μεγάλο ενδιαφέρον παρουσιάζουν τα τελευταία χρόνια οι χαμηλής ποιότητας και αξίας ελαιούχες ύλες, όπως όξινα λάδια που προκύπτουν από την επεξεργασία βρωσίμου ελαίου, ολεΐνες (acid oils) που προκύπτουν από τη διάσπαση της σαπουνόπαστας (απόβλητο ραφινερίας) καθώς και λιπαρών οξέων που προκύπτουν ως αποστάγματα από κολώνες απόσμησης και απόσταξης σε ραφινερίες ελαίων. Οι συγκεκριμένες πρώτες ύλες είναι χαμηλής ποιότητας και μπορούν να μετατραπούν σε βιοντίζελ μόνο μέσω συνδυασμού της εστεροποίησης και της μετεστεροποίησης και των νέων διεργασιών παραγωγής βιοντίζελ.

Στον επόμενο πίνακα παρουσιάζεται μία τυπική σύσταση αποβλήτων ραφινερίας ως πρώτες ύλες για την παραγωγή βιοντίζελ.