Biopolttoaineiden valmistus hävikkirasvoista : katalyyttinen ja reaktoritekninen selvitys

Abstract

Tämän kandidaatintyön tavoitteena on tutustua biopolttoaineiden uusiin valmistustekniikoihin. Työ keskittyy eläin-, paisto- ja hävikkirasvojen konversioon biopolttoaineiksi. Työssä tutkitaan katalyyttisiä sekä reaktoriteknisiä innovaatioita ja niiden kehityksen tilaa. Tarkasteltavana on, pystytäänkö uusilla tekniikoilla tehostamaan biopolttoaineiden valmistusprosessia, sillä tavanomaisten valmistusmenetelmien ongelmina ovat pitkät reaktioajat ja suuri raaka-ainekulutus. Työssä keskitytään biodieselin valmistukseen vaihtoesteröintiprosessilla. Tällä hetkellä käytössä olevat tekniikat kuluttavat suuria määriä kemiallisia katalyyttejä ja alkoholireagenssia.

Työn alkuosassa käydään läpi raaka-aineiden merkittäviä ominaisuuksia sekä valmistustekniikoiden teoriaa. Työn loppuosa koostuu reaktoritekniikoiden ja kirjallisuudesta löydettyjen tutkimustulosten läpikäynnistä. Reaktoritekniikat on jaoteltu teollisessa käytössä oleviin ja kehitysvaiheessa oleviin tekniikoihin.

Kehitysvaiheessa olevista reaktoritekniikoista on saatu lupaavia tuloksia, joiden perusteella niitä on mahdollista käyttää tulevaisuudessa teollisessa tuotannossa. Katalyyttien osalta entsyymit vaikuttavat lupaavilta. Entsyymien käytöllä saavutetaan korkeita saantoprosentteja, minkä lisäksi reagenssien tarvetta saadaan laskettua. Entsyymien suurin etu on se, ettei raaka-aineen korkea vapaiden rasvahappojen tai veden määrä haittaa konversiota. Reaktoritekniikan osalta mikroaaltoreaktorien käyttö vaikuttaa lupaavalta. Mikroaaltoreaktorin käyttö lisää prosessin energiatehokkuutta ja lyhentääkonversion reaktioaikaa. Entsyymien käyttö ja mikroaaltoreaktoritekniikka vaativat kuitenkin vielä lisätutkimusta ennen kuin niitä voidaan kaupallistaa.

The objective of this bachelor thesis is to get acquainted with new biofuel production techniques. Thesis concentrates on the conversion of the waste cooking oil and animal fats to biofuels. In this thesis catalytic and reactor technical innovations and research state of the development are studied. Can novel technologies intensify the manufacturing of biofuels? The main challenges in traditional production methods are slow reaction rates and high use of alcohol. Thesis focuses on the production of biodiesel by transesterification. Traditional methods require high amounts of chemical catalyst and alcohol reagent.

In the first part of the thesis properties of the feedstock and different manufacturing methods are reviewed. The last part concentrates on reactor technology and inspection of published research results. The reactor technology chapter is divided into industrially used technologies and technologies at the development stage.

Studies of novel technologies have given promising results. Some of the new technologies could have industrial potential. In the case of catalyst promising results have been obtained from enzymes. With the use of novel enzymes high yield can be reached and the amount of alcohol can be lowered. The advantage of enzymes is that free fatty acids and water in the feedstock will not inhibit the biodiesel conversion. In the field of reactors, the microwave reactor seems promising. The use of microwave reactor increases the energy efficiency and reduces the reaction time. However, both findings require further examination before commercializing.