Výzkum a vývoj biopaliv v ČR

Transkript

1 Výzkum a vývoj biopaliv v ČR Date: Author: Project: David Kubička Seminář ČAPPO

2 Podporované projekty v ČR ED2100/ Centrum řasových biotechnologií Třeboň (Algatech) Poskytovatel: MSM - Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT), Hlavní příjemce: Mikrobiologický ústav AV ČR, v v i, Období řešení projektu: FI-IM3/185 Krbová kamna pro nízkoenergetické domy Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: ROMOTOP spol s r o, Období řešení projektu: FR-TI1/411 Výzkum, vývoj a ověření technologie zpracování BRO ve velkoprostorových aerobních fermentorech BEWA (splňujících parametry směrnice EU 1774/2002 o zpracování vedlejších živočišných produktů) Poskytovatel: MPO Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: AGRO-EKO spol s ro, Období řešení projektu: FR-TI4/143 *Vývoj deoxygenačních katalyzátorů pro výrobu motorových paliv a surovin pro petrochemický průmysl na bázi obnovitelných surovin Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: ASTIN Catalysts and Chemicals, sro, Období řešení projektu: FT-TA4/066 *Výzkum vlivu motorových paliv obsahujících biosložky na chod a emise vznětových a zážehových motorů ve vozovém parku ČR Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav anorganické chemie, as, Období řešení projektu: GA S Mechanismy toxicity pevných emisí z biopaliv Poskytovatel: GA0 - Grantová agentura České republiky (GA ČR), Hlavní příjemce: Ústav experimentální medicíny AV ČR, v v i, Období řešení projektu: LJ12002 Separace oleje z mokré řasové biomasy pro výrobu biopaliv 3tí generace enzymaticky katalyzovanou transesterifikací Poskytovatel: MSM - Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT), Hlavní příjemce: EcoFuel Laboratories sro, Období řešení projektu: OE09025 Výroba biopaliv z řas s vysokým obsahem škrobu a lipidů při využití spalinového oxidu uhličitého jako zdroje uhlíku Poskytovatel: MSM - Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy (MŠMT), Hlavní příjemce: TERMIZO as, Období řešení projektu: QH81323 Biobutanol jako perspektivní obnovitelný zdroj energie pro dopravu Poskytovatel: MZE - Ministerstvo zemědělství (MZe), Hlavní příjemce: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta potravinářské a biochemické technologie, Období řešení projektu: wwwvyzkumcz, heslo: BIOFUEL

3 Podporované projekty v ČR 10 QJ Optimalizace systému tvarování a řezu jabloní v integrované a ekologické produkci, s následným využitím dřevní biomasy k energetickým a pěstebním účelům Poskytovatel: MZE - Ministerstvo zemědělství (MZe), Hlavní příjemce: Česká zemědělská univerzita v Praze / Fakulta agrobiologie, potravinových a přírodních zdrojů, Období řešení projektu: SPII2F1/27/07 Minimalizace emisní zátěže kogenerační jednotky výzkumem nových technologických postupů pro využití v komunální sféře Poskytovatel: MZP - Ministerstvo životního prostředí (MŽP), Hlavní příjemce: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava / Fakulta metalurgie a materiálového inženýrství, Období řešení projektu: SPII4I1/33/07 Analýza životního cyklu fosilních motorových paliv a biopaliv pro tvorbu koncepčních dokumentů zavedení daně z CO2 v oblasti mobilních zdrojů znečišťování Poskytovatel: MZP - Ministerstvo životního prostředí (MŽP), Hlavní příjemce: Centrum dopravního výzkumu, vvi, Období řešení projektu: SP/3G1/180/07 Vývoj kompozitního fytopaliva na bázi energetických rostlin Poskytovatel: MZP - Ministerstvo životního prostředí (MŽP), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav zemědělské techniky, vvi, Období řešení projektu: TA POKROČILÉ ŘÍZENÍ A OPTIMALIZACE SPOLUSPALOVÁNÍ BIOPALIV V ENERGETICE Poskytovatel: TA0 Technologická agentura České republiky (TA ČR), Hlavní příjemce: Honeywell, spol s ro, Období řešení projektu: TA Proces velmi rychlého termického rozkladu biomasy Poskytovatel: TA0 - Technologická agentura České republiky (TA ČR), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav zemědělské techniky, vvi, Období řešení projektu: ZO/320/3/99 Zdokonalování stávajících technologií využívání obnovitelných zdrojů a úspor energie Poskytovatel: MZP Ministerstvo životního prostředí (MŽP), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav Silva Taroucy pro krajinu a okrasné zahradnictví, vvi (dále jen "VÚKOZ, vvi"), Období řešení projektu: A-2TP1/024 *Výzkum výroby vodíku a syntézních plynů zplyňováním odpadní biomasy z výroby biopaliv Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav anorganické chemie, as, Období řešení projektu: wwwvyzkumcz, heslo: BIOFUEL

4 Podporované projekty v ČR 1 QH81323 Biobutanol jako perspektivní obnovitelný zdroj energie pro dopravu Poskytovatel: MZE - Ministerstvo zemědělství (MZe), Hlavní příjemce: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta potravinářské a biochemické technologie, Období řešení projektu: QH91303 Výběr lokalit a plodin vhodných pro produkci biomasy určené k přeměně na motorová paliva Poskytovatel: MZE - Ministerstvo zemědělství (MZe), Hlavní příjemce: Vysoká škola chemicko-technologická v Praze / Fakulta chemické technologie, Období řešení projektu: SPII4I1/33/07 Analýza životního cyklu fosilních motorových paliv a biopaliv pro tvorbu koncepčních dokumentů zavedení daně z CO2 v oblasti mobilních zdrojů znečišťování Poskytovatel: MZP - Ministerstvo životního prostředí (MŽP), Hlavní příjemce: Centrum dopravního výzkumu, vvi, Období řešení projektu: FT-TA3/074 *Využití rostlinných olejů a glycerinu pro výrobu motorových paliv Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav anorganické chemie, as, Období řešení projektu: wwwvyzkumcz, heslo: MOTOR FUEL a AUTOMOTIVE FUEL

5 Podporované projekty v ČR FF-P2/038 *Agrochemické využití síry z rafinérie ropy Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav anorganické chemie, as, Období řešení projektu: FI-IM4/110 Navýšení výroby trubkových ocelí pro energetický, ropný a strojírenský průmysl při zvýšení jejich jakostních parametrů v ŽDB GROUP as Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: BYTTEK BOHUMÍN as, Období řešení projektu: FI-IM5/075 *Nové recyklační technologie pro získávání drahých a speciálních kovů z odpadů elektrických a elektrotechnických zařízení (OEEZ) Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Ústav chemických procesů AV ČR, v v i, Období řešení projektu: FT-TA4/066 *Výzkum vlivu motorových paliv obsahujících biosložky na chod a emise vznětových a zážehových motorů ve vozovém parku ČR Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav anorganické chemie, as, Období řešení projektu: TE Centrum kompetence pro výzkum biorafinací Poskytovatel: TA0 - Technologická agentura České republiky (TA ČR), Hlavní příjemce: Ústav chemických procesů AV ČR, v v i, Období řešení projektu: A-3TP1/063 *Zpracování produktů Fischer-Tropschovy syntézy na alternativní motorová paliva a ostatní rafinérské produkty a výzkum jejich vlastností Poskytovatel: MPO - Ministerstvo průmyslu a obchodu (MPO), Hlavní příjemce: Výzkumný ústav anorganické chemie, as, Období řešení projektu: wwwvyzkumcz, heslo: REFINERY

6 Energetické zdroje / 2008 Oil; 346% Nuclear; 20% Traditional biomass; 63% Renewables; 129% Gas; 221% Modern biomass; 39% Hydropower; 23% Coal; 284% Other; 04% EU cíl IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation

7 Zdroje biomasy pro energetické účely MSW and Ladfill Gas, 3% WPRW, 13% Charcoal, 7% Agriculture, 10% Energy Crops, 3% Agricultural ByProducts, 4% Fuel wood, 67% Animal ByProducts, 3% MSW - municipal solid waste WPRW - wood processing residues and wastes IPCC Special Report on Renewable Energy Sources and Climate Change Mitigation

8 Biomasa jako zdroj paliv a chemikálií Sugars Cellulose, Hemicellulose, Starch Triglycerides BIOMASS Bio-oil Catalytic deoxygenation Lignin, Terpenes Products Syngas (CO+H2) Fischer-Tropsch synthesis REFINERY-PETROCHEMICAL COMPLEX Gasoline Diesel Chemicals

9 Využití syntézního plynu Fuel applications Aldehydes Alcohols di re ct u se 3 Al 2O h,r Co Methanol Ag Cu/ZnO Mixed Alcohols DME Formaldehyde Gasoline MTO/MTG zeolites Ni Rh, Co, H2 O, /Z n O 3 Cu /Cr 2 O Zn W GS CO + H2 RhCO(PPh3)3 HCo(CO)3PBu3 Fe/FeO Co S Co, Fe NH3 Ethanol Syngas FTS Olefins Naphtha ThO2, ZrO2 WG Diesel Gasoline Waxes MTBE lene buty + iso AIER i-c4 H2 ETBE E85 M100, M85 fuel cells Olefins Acetic acid Chemical applications Spath P L, Dayton D C: Preliminary Screening Technical and Economic Assessment of Synthesis Gas to Fuels and Chemicals with Emphasis on the Potential for Biomass-Derived Syngas 2003 wwwnrlgov

10 FTS Technologické alternativy H2/(2CO+3CO2) = 105 H2/CO = Fe Co Fe LT-FTS HT-FTS C, 2-4 MPa C, 2-4 MPa fixed bed, slurry fluidized bed Co, Slurry, 220 C Fe, Slurry, 240 C Oxygenates 4% CH4 4% C2-C6 16% C7-160 C 9% 350 C+ 49% = C 18% Oxygenates 1% CH4 5% Fe, Fluidized, 340 C Oxygenates 5% C2-C6 15% 350 C+ 5% CH4 8% C 16% 350 C+ 46% C7-160 C 11% C2-C6 46% = C 22% C7-160 C 20% = 07 APSteynberg, MEDry, Stud Surf Sci Technol 2004, 152, 204

11 FTS Důsledky ASF distribuce Weight fraction of FT products 10 Wax Middle distillate Naphtha LPG 01 CH Chain growth probability

12 FTS jednotka

13 FTS hydrokrakování FT vosků Pozitivní vliv FT vosků na výtěžek a kvalitu zejména středného destilátu zvýšení výtěžku pokles hustoty nárůst cetanového indexu snížení obsahu heteroatomů mírné zhoršení nízkoteplotních vlastností VD VD+FTS

14 FTS katalytické krakování FT vosků 100% C/F = % 80% 141 C/F = % 86 60% % P O N 40% A 10% % 20% I % F100W0 F85W15 F70W30 F0W100 F100W0 F85W15 F70W30 F0W100

15 Alternativy zhodnocení triglyceridů O CH2 O CH H2 cat O CH2 H2 cat T, (cat) Green diesel R1 C O R2 C O R3 C O H2 cat R1,2,3 OLP + CH3OH cat COO CH3 + 1) C3 H8 O 3 R1,2,3 CH3 + 6 H2O + C3H8 2) R1,2,3 H + 3 CO2 + C3H8 3) R1,2,3 H + + C3H8 + 3 H2O 4) + Gases + Solids + 5) Organic liquid products Kubičková, I; Kubička, D Waste Biomass Valor 2010, 1, CO H2O

16 Princip výroby FAME CH2-O-CO-R1 2 CH-O-CO-R + 3 CH3-OH CH2-O-CO-R3 catalyst R1COOCH3 CH2-OH CH-OH CH2-OH + R2COOCH3 R3COOCH3 Reaction conditions T: 60 C P: 1 atm MeOH/oil: 5-6 mol/mol catalyst: NaOH, CH3ONa catnaoh/oil: 0007 g/g pictures from the Internet

17 Stav výroby FAME EC GHG savings Now: 35% 2017: 50% 2018: 60% GHG savings RS-BD: 38% RS-GD: 47% SF-BD: 51% SF-GD: 62% data from wwwebb-euorg, EU Directive EC

18 Procesní parametry konverze triglyceridů na green diesel Procesy Hydrogenační rafinace ( C, 1-7 MPa) Hydrokrakování ( C, MPa) Katalytické krakování (530 C, 0,1 MPa) Hlavní výsledky HR/HCK l Úplná konverze, tvorba n-alkanů C15-C18 l Dekarboxylace/hydrogenace = spotřeba vodíku FCC l Vyšší výtěžky středních destilátů a propylénu

19 Princip výroby green diesel deoxygenací hydrodeoxygenation 3 C18H38 CH2 -O-CO-C17H33 CH-O-CO-C17H33 CH2 -O-CO-C17H H2 CH2-O-CO-C17H H2 - C3H8 CH-O-CO-C17 H35 3H 8; H 3H 2O H2-3 H2O 3 C17H35CH2OH - 3 H2O -C 3 C17 H35COOH H -3 2 CO 2 3 C17H36 3 C17H35COOH CH2-O-CO-C17H35-6 H2O hydrogenation H2 H2 O H ;H8 3 C - 3 C17H35 COOC18H37 hydrodecarboxylation Collect Czech Chem Commun 2008,

20 Distribuce uhlovodíků v green diesel Kubička, D Collect Czech Chem Commun 2008, 73,

21 Dlouhodobé testy hydrokrakování I 420 C 1520 oprava topení IIOF IIOF IIOF IIOF IIOF+10%PALMTUK IIOF IIOF+10%PALMTUK Hodiny pokusu, h Index lomu Hustota Hustota při 50 C 1500 Index lomu při 50 C 084 výpadek H2

22 Dlouhodobé testy hydrokrakování II Benzin Nafta HCVD Benzin-PT Nafta-PT HCVD-PT Výtěžek, %hm Hodiny pokusu, h

23 Vlastnosti produktů green diesel Parametr Obsah produktu hydrokrakování řepkového oleje v motorové naftě (% hm) Hustota při 15 C (kg m-3) Kin viskozita při 40 C (mm 2s-1) 2,35 2,44 2,50 2,63 2,76 do 250 C předestiluje (% obj) do 350 C předestiluje (% obj) % obj předestiluje při ( C) Bod vzplanutí PMFP ( C) Cetanový index 52,1 54,3 56,7 60,6 65,7 teplota vylučování parafinů - TVP filtrovatelnost CFPP Destilace: Nízkoteplotní vlastnosti ( C):

24 Srovnání FAME a green diesel s MoNa ULSD Biodiesel Green Diesel Density, kg/m S, ppm <10 <5 <1 LHV, MJ/kg Cloud point, C Cetane number good poor good O, % Stability Energy & GHG Savings Fossil CED, GJ/t GHG, t CO2eq/t

25 Alternativy výroby green diesel Samostatné zpracování Hydrotreating, hydrocracking l Vhodné pro méně kvalitní suroviny l Investičně náročné l NesteOil, UOP+ENI Společné zpracování s ropnými frakcemi Hydrotreating s AGO l Nižší investiční náročnost l Omezená flexibilita l Petrobras, UOP, Haldor Topsoe

26 Vývoj katalyzátoru

27 Pyrolýzní oleje přímá hydrogenace 2-stage process stage stabilization 2nd stage deoxygenation Oxygen, wt% 1st High H2 consumption 04 0 T<300 C, above coking saturation of olefins and carbonyls LHSV, Loil/Lcath 50 T, C: H2, L/Loil: C5-225 C: density feed 1st stage 2nd stage DCElliott, Energy & Fuels 2007, 21(3) 1792 Density,g/ml oxygen content Oxygen content, wt% T~350 C deoxygenation >95% H2 consumption, L/Loil 5 stage 2nd stage st 08 ~273 C, 14MPa Oil product yield, L/Lfeed 40

28 Nové směry Aldolová kondenzace TN Pham, D Shi, DResasco, Appl Catal B: Env, in press

29 Nové směry HMF/Kyselina levulová O HO OH HO O O HO OH OH O -H2O HMF Glucose -H O HO O Levulinic Acid OH OH HO HO O 2 -HCOOH OH Fructose Catalysts: Y, Mordenite,MCM-41 Glucose (150 C): S(FA) = 60%, S (HMF) = 30%, MCM-20, water S(FA) = 40%, S (HMF) = 10%, Y, water Fructose (165 C): S(HMF) >90%, MOR, water/mibk Lourvanij, K; Rorrer, G J Chem Technol Biotechnol 1997, 69 (1), Moreau, C; Durand, R; Razigade, S; Duhamet, J; Faugeras, P; Rivalier, P; Pierre, R; Avignon, G Appl Catal A - Gen 1996, 145 (1-2),

30 Nové směry Estery kyseliny levulové A 84 1b B 90 1b C 90 1b D 86 1b E 90 1b Flash point, C Cu strip test I, min Ox II, min stability Δ, % Density, 15 C, g/cm3 Viscosity, 40 C Cetane number CFPP, C A HAGO B HAGO + 7 wt% MERO C HAGO + 7 wt% (MEŘO + 5 wt% ethyl levulinate) D HAGO + 7 wt% (MEŘO + 5 wt% butyl levulinate) E HAGO + 7 wt% (MEŘO + 5 wt% hexyl levulinate)

31 Závěry a výhled do budoucnosti (Odpadní) rostlinné oleje a tuky = klíčová surovina Hledání nových cest Aldolová kondenzace Levuláty Spolupráce v rámci evropských konsorcií

32 Možnosti evropské spolupráce Cellulose chemistry: catalytic synthesis paths for bio-fuels, bioproducts and bio-materials production Sustainable aviation biofuels via deoxygenation of biomass Surfactants from renewable sources Cleaner and more secure transportation energy sector Partial decarbonization of the transportation energy sector Effective utilization of unused EU refining capacity Promotion and fast integration of bio-based fuels, particularly for air- and marine-transport Exploitation of new products resulting from biomass feedstocks

33 Děkuji Vám za pozornost!

34 Contacts Areál Chempark, Záluží 1, Litvínov, Postal Code UniCRE is a part of Research Institute of Inorganic Chemistry Revoluční 1521/84, Ústí nad Labem, Postal Code Reg No: , TAX ID No: CZ Phone: , vuanch@vuanchcz, wwwvuanchcz Registered in the Commercial Register at the Regional Court in Ústí n L, Part B, File 664 Banking information: /0100, KB Ústí n L the presentation was part of the project UniCRE Unipetrol Centre for Research and Education Supported under the Operational Programme of Research and Development for Innovation No CZ105/2100/ From EU and the Ministry of Education, Youth and Sports funds