Η παραγωγή του βιοντίζελ

 

Το είδος του καταλύτη που χρησιμοποιείται στην αντίδραση μετεστεροποίησης είναι σημαντικός παράγοντας, αφού εξαρτάται από την ποιότητα των πρώτων υλών.

Οι συνθήκες της αντίδρασης (θερμοκρασία, πίεση και αναλογίες των ποσοτήτων των αντιδραστηρίων), καθώς και τα στάδια διαχωρισμού των προϊόντων καθορίζονται επίσης από την ποιότητα των πρώτων υλών σε συνδυασμό με το είδος του καταλύτη.

Οι διεργασίες στις οποίες βασίζεται η έως τώρα ανάπτυξη των μονάδων παραγωγής βιοντίζελ πρώτης γενιάς σε ολόκληρο τον κόσμο χρησιμοποιούν ως καταλύτες κυρίως ισχυρές βάσεις (NaOH ή KOH, CH₃ONa κ.ά.) οι οποίες διαλύονται στη μεθανόλη, σπανίως δε ισχυρά οξέα (πυκνό H₂SO₄).

Ο λόγος για τον οποίο χρησιμοποιείται εκτενέστατα η βασικά καταλυόμενη μετεστεροποίηση είναι το γεγονός ότι αυτή είναι έως και 400 φορές γρηγορότερη από την όξινα καταλυόμενη μετεστεροποίηση και γιατί οι βασικοί καταλύτες είναι λιγότερο διαβρωτικοί από τους όξινους.

Τα αλκοξείδια, όπως το CH₃ONa στην περίπτωση της μεθανόλυσης, είναι οι πιο βασικοί άρα και οι πιο ενεργοί καταλύτες και δίνουν πολύ υψηλές αποδόσεις (> 98%) σε χρονικό διάστημα 30 min, ακόμα και όταν χρησιμοποιούνται σε μικρές συγκεντρώσεις (0,5%).

Τα υδροξείδια του Καλίου και του Νατρίου είναι φθηνότερα από τα αντίστοιχα αλκοξείδια αλλά λιγότερο ενεργά. Παρόλα αυτά, αποτελούν μία καλή εναλλακτική λύση, αφού μπορούν να δώσουν τις ίδιες υψηλές μετατροπές, αυξάνοντας μόνο την περιεκτικότητα του καταλύτη στο 1-2%.

Στην περίπτωση των υδροξειδίων η αντίδραση γίνεται κοντά στο σημείο ζέσης της μεθανόλης, σε θερμοκρασίες 60° έως 63°C, οπότε η πίεση στο χώρο της αντίδρασης δεν υπερβαίνει το 1 bar, ο χρόνος που απαιτείται είναι περίπου μία (1) ώρα, η μοριακή αναλογία μεθανόλης/ελαίου που προτείνεται είναι ίση με 6:1, ενώ οι μετατροπές που επιτυγχάνονται είναι της τάξης του 98%. Συνήθως, ως καταλύτης, επιλέγεται το KOH γιατί διαλύεται στη μεθανόλη πολύ καλύτερα από το NaOH. 

 

Ο πλέον κλασικός και τυπικός τρόπος παραγωγής του βιοντίζελ με τη μέθοδο της ομογενούς αλκαλικής μετεστεροποίησης περιγράφεται σε συντομία παρακάτω. Αρχικά, στον αντιδραστήρα τοποθετούνται οι κατάλληλες ποσότητες του ελαίου, της μεθανόλης και του καταλύτη (KOH) που έχει διαλυθεί από πριν στη μεθανόλη. Η αντίδραση πραγματοποιείται υπό συνεχή ανάδευση για 1 ώρα στους 62°C. Μετά το τέλος της αντίδρασης το μίγμα βιοντίζελ και γλυκερίνης, που σχηματίζεται, αφήνεται να ηρεμήσει. Το μίγμα διαχωρίζεται σε στιβάδες, στην πάνω στιβάδα του βιοντίζελ και στη στιβάδα της γλυκερίνης. Η γλυκερίνη, η οποία αποτελεί υποπροϊόν της αντίδρασης, οδηγείται στη μονάδα ανάκτησης της μεθανόλης. Το βιοντίζελ οδηγείται στη μονάδα έκπλυσης, όπου με τη βοήθεια νερού καθαρίζεται από υπολείμματα μεθανόλης, καταλύτη και γλυκερίνης που περιέχει. Τέλος, το προϊόν ξηραίνεται και οδηγείται στη δεξαμενή αποθήκευσης για διάθεση.

 

Η κλασική διεργασία παραγωγής βιοντίζελ με τη μέθοδο της αλκαλικά καταλυόμενης μετεστεροποίησης, δηλαδή η διεργασία που χρησιμοποιεί βασικούς ομογενείς καταλύτες, απαιτεί πρώτες ύλες με χαμηλή περιεκτικότητα σε υγρασία (< 0,05% κ.β.) και οξύτητα (ελεύθερα λιπαρά οξέα, FFAs) (< 0,5% κ.β.).

Η παρουσία του νερού ευνοεί την υδρόλυση μερικών από τους παραγόμενους μονοεστέρες, με συνέπεια το σχηματισμό σαπουνιών (επόμενο σχήμα). Αυτή η ανεπιθύμητη αντίδραση σαπωνοποίησης μειώνει τις αποδόσεις σε εστέρες και αυξάνει τις δυσκολίες στην ανάκτηση γλυκερίνης εξαιτίας του σχηματισμού γαλακτωμάτων. Άρα, πρέπει να εφαρμοστεί προεπεξεργασία της πρώτης ύλης για την απομάκρυνση της υγρασίας.