Πρώτες ύλες

Οι πρώτες ύλες, που επεξεργάζονται σε ένα εργοστάσιο εξευγενισμού ελαίων και λιπών, είναι φυτικά έλαια και ζωικά λίπη διαφόρων ειδών και ποιότητων. Πιο συγκεκριμένα, μπορούν να χρησιμοποιηθούν χρησιμοποιημένα μαγειρικά λίπη και έλαια (τηγανέλαια) και άλλα απόβλητα έλαια, μπρούτα ή αποκομμιωμένα σπορέλαια (ηλιέλαιο, βαμβακέλαιο, σογιέλαιο κ.α.), καθώς και ήδη αδρανοποιημένα και ρευστοποιημένα ζωικά λίπη. Στις περιπτώσεις των μπρούτων ή αποκομμιωμένων σπορελαίων, των τηγανέλαιων και των αδρανοποιημένων ζωικών λιπών είναι απαραίτητος ο δειγματοληπτικός έλεγχος των βασικών ποιοτικών χαρακτηριστικών σε αναλυτικό χημείο. Μόνο αν τα αποτελέσματα ανάλυσης κρίνονται αποδεκτά είναι δυνατόν να γίνει χρήση αυτών των πρώτων υλών. Εκτός από τις πρώτες ύλες χρησιμοποιούνται και κάποιες βοηθητικές όπως το φωσφορικό οξύ (H3PO4 75-85% καθαρότητα), υδροξείδιο του νατρίου και αντιοξειδωτικά.
Τα μπρούτα φυτικά έλαια που εξάγονται από τους σπόρους δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως έχουν για οποιαδήποτε εφαρμογή. Θα πρέπει, λοιπόν, να απαλλαγούν από ορισμένα ανεπιθύμητα συστατικά για να μπορέσουν στη συνέχεια να πωληθούν, π.χ. ως πρώτη ύλη για μονάδες παραγωγής βιοκαυσίμων. Τα βασικά ανεπιθύμητα συστατικά που θα πρέπει να απομακρυνθούν από το λάδι είναι τα ακόλουθα:

• Κόμμεα / Φωσφατίδια (φώσφορος)
• Ελεύθερα λιπαρά οξέα (οξύτητα)
• Στερεά σωματίδια
• Υγρασία

Τα φυτικά έλαια και λίπη αποτελούνται κυρίως από τριγλυκερίδια, ή αλλιώς τριακυλογλυκερόλες, που είναι τριεστέρες της γλυκερόλης με τρία λιπαρά οξέα. Όπως τα έλαια και τα λίπη είναι τριεστέρες της γλυκερίνης με καρβοξυλικά οξέα, έτσι και τα φωσφατίδια ή φωσφολιπίδια (Phospholipid/Phosphatide) είναι εστέρες με φωσφορικό οξύ (Η3ΡΟ4). Υπάρχουν δύο κύρια είδη φωσφατιδίων ή φωσφολιπιδίων:

• Τα φωσφογλυκερίδια (phosphoglycerides / glycerophospholipids)
• Τα σφιγγολιπίδια (sphingolipids)

Τα φωσφογλυκερίδια περιέχουν ένα μόριο αλκοόλης, συνήθως γλυκερόλης, εστεροποιημένο από δύο μόρια λιπαρών οξέων και ένα μόριο φωσφορικού οξέος. Η φωσφορική ομάδα είναι συνήθως εστεροποιημένη με εστερικό δεσμό από μία ένωση με υδροξύλιο (–ΟΗ) και άζωτο, π.χ. από μία αμινο-αλκοόλη όπως η χολίνη ΗΟCΗ2CΗ2Ν+(CH3), η αιθανολαμίνη (ethanolamine) HOCH2CH2NH2, η σερίνη και η ινοσιτόλη. Τα φωσφογλυκερίδια σε σύγκριση με τα τριγλυκερίδια βρίσκονται σε πολύ μικρές ποσότητες στο έλαιο, αποτελούν, όμως, το κύριο συστατικό των κυτταρικών μεμβρανών (περίπου το 40%). Τα φωσφογλυκερίδια παρουσιάζουν αμφίπλευρη συμπεριφορά αφού διαθέτουν μακριές μη πολικές ευθείες ανθρακικές αλυσίδες και μία πολική ιοντική ομάδα (-ΟΗ) ενωμένη στην φωσφορική ομάδα. Με κατάλληλη διάταξη των άκρων τους αυτών ελέγχεται το νερό και τα άλλα πολικά συστατικά που διαπερνούν τη μεμβράνη και εισέρχονται ή εξέρχονται στα κύτταρα. Υπάρχουν πολλά φωσφογλυκερίδια εκ των οποίων τα σημαντικότερα στα έλαια είναι οι λεκιθίνες και οι κεφαλίνες. Τα σφιγγολιπίδια (sphingolipids) αντί της γλυκερόλης περιέχουν την σφιγγοσίνη ή κάποια συγγενική της δι-υδροξυ-αμίνη.H αμινομάδα είναι συνδεδεμένη σε ένα λιπαρό οξύ με αμιδικό δεσμό. Τα σφιγγολιπίδια υπάρχουν στις μεμβράνες των κυττάρων και αφθονούν στον εγκέφαλο και στους νευρικούς ιστούς, όπου ενώσεις που ονομάζονται σφιγγομυελίνες αποτελούν τα κύρια συστατικά του περιβλήματος των νευρικών ινών. Τα έλαια με υψηλή περιεκτικότητα σε φώσφορο, δηλαδή σε φωσφολιπίδια / φωσφατίδια ή κοινώς κόμμεα, δεν αποτελούν κατάλληλη πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοντίζελ. Οι λόγοι είναι οι ακόλουθοι:

• Τα κόμμεα / φωσφατίδια προσδίδουν στο λάδι μία κολλοειδή μορφή και σε οποιαδήποτε προσθήκη νερού στο λάδι σχηματίζουν συσσωματώματα τα οποία σχηματίζουν με τη σειρά τους ίζημα, με αποτέλεσμα απώλειες στα νερά πλύσης. Έτσι καθίσταται αναγκαία η απομάκρυνσή των φωσφατιδίων από το λάδι στα αρχικά στάδια της επεξεργασίας του.
• Η ύπαρξή τους οδηγεί στη δημιουργία ανεπιθύμητων προϊόντων που με τη σειρά τους προκαλούν αστοχία στον μηχανολογικό εξοπλισμό. Ειδικότερα, κατά την ξήρανση του ελαίου επικάθονται στα τοιχώματα των δοχείων ως μία ζελατινώδη καστανή-μαύρη μεμβράνη, η οποία όχι μόνο βρωμίζει-χρωματίζει τις επόμενες παρτίδες ελαίου και βιοντίζελ αλλά καταστρέφει και το ξηραντή.
• Οι προδιαγραφές του βιοντίζελ σύμφωνα με το EN-14214 επιβάλλουν ως μέγιστη περιεκτικότητα φωσφόρου (P) στο τελικό προϊόν τα 5 ppm. Η παρουσία, όμως, φωσφολιπιδίων έχει ως αποτέλεσμα την σημαντική αύξηση της ποσότητας αυτής στα 500 με 750 ppm.

Το σημαντικότερο και πιο δύσκολο στάδιο εξευγενισμού των φυτικών ελαίων και ζωικών λιπών είναι η απομάκρυνση από αυτά των ελεύθερων λιπαρών οξέων, δηλαδή της περιεχόμενης οξύτητας (εξουδετέρωση). Συνήθως τα μπρούτα λάδια έχουν οξύτητες από 2 - 3 % με εξαίρεση το βαμβακέλαιο που μπορεί να φτάσει το 5 - 8 %. Όπως έχουμε αναφέρει, μία ελαιούχος ύλη για να μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως πρώτη ύλη για την παραγωγή βιοντίζελ με την κλασική μέθοδο θα πρέπει να είναι σχεδόν απαλλαγμένη από τα ελεύθερα λιπαρά οξέα, δηλ. να παρουσιάζει πολύ χαμηλά επίπεδα οξύτητας. Τα επιθυμητά επίπεδα της τελευταίας θα πρέπει να είναι από 0.02 - 0.1 % κ.β. Αναλυτικότερα, η παρουσία των λιπαρών οξέων επηρεάζει την απόδοση της αντίδρασης παραγωγής βιοντίζελ. Τα λιπαρά οξέα αντιδρούν με τον καταλύτη και σχηματίζουν σαπούνια και νερό, τα οποία στη συνέχεια προκαλούν το σχηματισμό γαλακτωμάτων. Η παρουσία γαλακτωμάτων δημιουργεί περαιτέρω προβλήματα στην επεξεργασία και στον καθαρισμό του βιοντίζελ. Επιπρόσθετα, η κατανάλωση του καταλύτη δεν επιτρέπει να επιτευχθούν μεγάλες μετατροπές των τριγλυκεριδίων στο διαθέσιμο χρόνο αντίδρασης, οπότε μειώνεται και η απόδοση της αντίδρασης στο χρόνο αυτό.

Επίσης, από τη μάζα του ελαίου θα πρέπει να αφαιρεθούν όλα τα σωματίδια και υπολείμματα που βρίσκονται σε αυτή. Τέλος, το τελικό προϊόν πριν τη διάθεσή του θα πρέπει να ξηραθεί, δηλαδή να γίνει από αυτό αφαίρεση της περιεχόμενης υγρασίας, έτσι ώστε η μέγιστη περιεκτικότητα να είναι μικρότερη από 0.05 % κ.β.