Z obtížného plevele penízku rolního by se mohl stát zdroj biopaliv

V současnosti je zřejmé, že je potřeba, aby v nabídce paliv měla biopaliva větší zastoupení. A proto vědci pokračují v hledání laciných a snadno pěstovatelných rostlin, které mohou být využity k výrobě bionafty, a způsobů jak využít vedlejší produkty výroby bionafty pro zlepšení výkonnost těchto paliv.

Občas se kandidáti na producenty bionafty vynoří na neočekávaných místech. Například penízek rolní (Thlaspi arvense) má pověst obtížného plevele na zahradách, ve sklenících, na rumištích, smetištích, výsypkách, odvalech z těžby nerostů, železničních náspech, na okrajích cest a v příkopech podél nich. Penízek také zapleveluje v počátečním období vegetace ozimé i jarní plodiny. Avšak stejně jako jeho další příbuzní z čeledi brukvovité (Brassicaceae), včetně řepky, lničky a hořčice, přináší vysoký výnos olejnatých semen.

Pokud bude penízek rolní pěstován na biopalivo, nepůjde o střet potraviny versus paliva. Penízek může být pěstován přes zimu a kromě toho pomoci ochránit půdu před erozí. Po sklizni penízku na jaře může být pole využito pro pěstování kukuřice nebo sóji.

Pěstovaní penízku je slučitelné se současnou infrastrukturou farem a vyžaduje minimum pesticidů, hnojiv a vody. Tým vědců upravil olej z penízku kyselinou. Potom nechali reagovat alkohol “methanol” s ošetřeným a neošetřeným olejem s cílem vyrobit z obou bionaftu a glycerol. Olej z penízku byl výjimečný mezi surovými oleji v tom, že poskytoval vysoce kvalitní bionaftu bez ošetření kyselinou.

Těmito procesy vznikly methyl estery - jinými slovy bionafta. Po určité další rafinaci byla hotová bionafta testována, aby se vědělo, jestli biodieselové palivo vyhovuje normě zavedené American Society for Testing and Materials (ASTM). Podobná norma byla vytvořena v Evropě Committee for Standardization (CEN). Výsledky ukazují, že po určité práci, by se problematický penízek mohl stát komerční zbožím.

Startování v zimě

Všechny dieselové oleje začínají tuhnout v určitém bodě, jak teplota klesá. A tak bod zákalu – teplota, při které začínají být v palivu viditelné krystaly - je klíčovým faktorem při výrobě jak bionafty, tak nafty. Další důležitou vlastností je bod tuhnutí, což je teplota, při které palivo přestává téct, protože je zcela ztuhlé. Průměrné body zákalu a tuhnutí pro bionaftu z penízku rolního byly -10^oC a -18^oC – výrazně pod bodem zákalu a tuhnutí sójové bionafty. Tento výsledek ukazuje, že bionafta z penízku rolního se lépe hodí do chladného podnebí než většina ostatních biodieselových paliv.

Dalším důležitým faktorem je cetanové číslo paliva, které ukazuje, jak rychle se palivo vznítí, když je injektováno do spalovací komory dieselového motoru – čím vyšší je toto číslo tím lepší je výkonnost. Cetanové číslo methyl esterů penízku rolního bylo 59,8, což překročilo limity minimálních cetanových čísel stanovených ASTM (47) a CEN (51).

Chybí toho ještě hodně

V jednom kritériu však penízek rolní nesplňuje hodnocení. Oxidační stabilita je dalším velmi důležitým ukazatelem kvality bionafty. Vyžaduje se vyšší oxidační stabilita, což znamená, že palivo je stabilnější vůči nechtěné degradaci oxidací. Oxidační stabilita methyl esterů vyrobených z oleje z penízku rolního klesla pod minimální hodnotu stanovenou normou CEN, ale překračovala normu ASTM. To ukazuje, že bionafta pocházející z penízku rolního bude potřebovat antioxidační přísady, aby splňovala některé průmyslové normy pro komerční paliva.

Vedle toho methyl estery penízku rolního nevyhovovaly normě CEN pro kinematickou viskozitu (ukazatel hustoty), ale byly v rozmezí určeném normou ASTM. Strategií jak překonat relativně vysokou kinematickou viskozitu bionafty z penízku rolního by mohlo být míchání s méně viskózními palivy.

Toto jsou pouze malé komplikace v hledání nových surovin pro výrobu bionafty, protože v podstatě všechna biodieselová paliva vyžadují antioxidační přísady a míchání s jinými palivy je běžné. Vědci hledají plodiny pro biopaliva. Jejich výsledky ukazují, že penízek rolní by mohl být jednou z těchto plodin.

Vedlejší produkt prochází celým procesem

Když producenti vyrobí 9 litrů bionafty, vyrobí také 1 litr glycerolu. Upotřebení tohoto glycerolu v rozsahu desítek litrů není příliš obtížné - avšak produkce bionafty v USA dosáhla v roce in 2008 3,1 miliardy litrů. I když může být purifikovaný glycerol využit v kosmetice a dalších produktech, v současné době následkem výroby bionafty existuje nadbytek glycerolu na světových trzích.

A tak se vědci potýkali s otázkou, jak využít všechen tento glycerol. Vzali 23 různých typů rostlinných olejů a zředil je deriváty glycerolu, aby zjistili, jestli by to mohlo zlepšit jejich body tuhnutí a zákalu.

“Ředidla“ na bázi glycerolu měla největší vliv na bod tuhnutí chemicky upraveného sójového oleje nazývaného “epoxidový” sójový olej. Když vědci přidali do tohoto oleje 10 procent objemu glycerolu, bod tuhnutí klesl o 54 procent z -6,3^oC na -11,7^oC. Když přidali 5 procent objemu glycerolu do lničkového oleje, bod tuhnutí klesl z -17,7^oC na -20,3^oC. Bod tuhnutí palmového oleje, slunečnicového oleje se středním obsahem kyseliny olejové (69%) a slunečnicového oleje také významně klesl, když byl naředěn deriváty glycerolu.

Vědci také shledali, že vliv derivátů glycerolu na bod tuhnutí by se mohl měnit v závislosti na tom, jestli řetězec mastných kyselin v glycerolu je přímý nebo větvený. Větvené řetězce měly větší vliv na body tuhnutí rostlinných olejů s vyššími hladinami saturovaných mastných kyselin, jako je palmový olej. Přímé řetězce byly účinnější při snižování bodů tuhnutí rostlinných olejů s vyššími hladinami nenasycených mastných kyselin, například lničkový olej.

Upotřebení glycerolu je velmi důležitou částí výzkumu bionafty Je to výzva pro producenty, avšak tento výzkum ukazuje, že bychom mohli být schopni zužitkovat glycerol, který je vedlejším produktem při výrobě bionafty, abychom zlepšili vlastnosti rostlinných olejů a potencionálně bionafty při nízkých teplotách.

Autor: Dr. Ing. Jaroslav Salava, VÚRV, v.v.i.

Líbil se Vám tento článek? Doporučte jej svým známým.

Použitá literatura:

Anonymous (2010): Pennycress could go from nuisance weed to new source of biofuel http://www.ars.usda.gov/is/pr/2010/101104.htm.

Anonymous (2010): In Peoria, a brisk business in biodiesel research. Agricultural Research Magazine, November/December 2010: 22-23.

Evangelista R.L., Isbell T., Dunn R.O., Cermak S.C. (2011): Quality of field pennycress oil obtained by screw pressing and solvent extraction. Association for the Advancement of Industrial Crops Conference, p. 9.

Isbell T. (2009): U.S. effort in the development of new crops (Lesquerella, Pennycress and Cuphea). AFECG Journee Chevreul Conference, 4/7/09, Paris, France, p. 7.

Moser B.R., Knothe G.H., Vaughn S.F., Isbell T. (2009): Production and evaluation of biodiesel from field pennycress (Thlaspi arvense L.) oil. Energy and Fuels, 23: 4149-4155.