Biopolttoaineen valmistusprosessi kalaöljystä

Kysymys

Kuinka kalaöljystä valmistetaan biodieseliä?

Vastaus

Biodieseliä valmistetaan esteröinnillä eli tarkemmin vaihtoesteröinnillä, ennen esteröintiä on öljy puristettava kalasta ja kuljetettava esteröintiin.
Esteröinnissä biodiesel erotetaan öljystä alkoholin ja katalyytin avulla.

Perustelut

Biodieselin valmistusprosessi

Kalastamisen jälkeen kala kuljetetaan yhteen pisteeseen jatkokäsittelyä varten. Kala on esikäsiteltävä melkein heti kalastamisen jälkeen hajuhaittojen sekä hygienian takia. Kala murskataan, jotta kalan palakokoa saadaan pienemmäksi ja siihen lisätään muurahaishappoa säilyvyyden takia. Tämän jälkeen kala menee jatkokäsittelyyn ja biodieselin valmistukseen.

Biodieseliä voidaan valmistaa panos- tai jatkuvatoimisesti. Aluksi öljy puristetaan kalasta. Öljy menee puhdistamisen jälkeen biodieselin valmistukseen eli esteröintiin, missä biodiesel erotetaan öljystä alkoholin ja katalyytin avulla. Öljy pumpataan reaktoriin ja se lämmitetään tavoitelämpötilaan, jonka jälkeen siihen pumpataan alkoholi-katalyyttiseos. Seosta sekoitetaan voimakkaasti eri ainefaasien erottamiseksi, jonka jälkeen niiden annetaan rauhassa erottua toisistaan. Erottumisen jälkeen astiassa voidaan havaita kaksi eri kerrosta, josta toinen on biodieseliä ja toinen glyserolia. Reaktorin pohjalta kerätään erottunut glyseroli talteen ja siitä erotetaan tarvittaessa metanoli, jota voidaan käyttää uudelleen prosessissa. Öljyn puristuksessa syntyvä ylimääräinen jäte viedään biokaasulaitokselle energiantuontoon.

Reaktiossa syntyvä biodiesel on puhdistettava lähtöaineiden jäämistä sekä muista mahdollisista epäpuhtauksista vesipesun ja suodatuksen avulla. Biodiesel pumpataan erilliseen pesutankkiin, jossa siihen sumutetaan vettä. Veden lämpötilan tulisi olla lähellä pumpattavan biodieselin lämpötilaa. Pumpatun pesuveden annetaan laskeutua säiliön pohjalle, josta se poistetaan ja pesu suoritetaan niin monta kertaa, kunnes veden pH on tarpeeksi neutraali, jolloin se ei viittaa enää mahdollisiin jäämiin biodieselissä.

Esteröinti selitettynä tarkemmin

Kasviöljyt ja eläinrasvat koostuvat lähes kokonaan triglyseridejä eli glyserolin triestereistä. Esteröinnissä glyseriini erotetaan katalyytin ja alkoholin avulla öljystä, jolloin glyseroli erottuu astian pohjalle ja öljy jää pinnalle, mistä se voidaan kerätä talteen. Prosessissa käytetään alkoholina metanolia tai etanolia, mutta näistä kahdesta metanoli on käytetympi edullisuutensa takia. Sillä myös saavutetaan vakaampi esteröintireaktio. Lähtöaineiden keskinäinen ainemäärä- eli moolisuhde vaikuttaa merkittävästi esteröintireaktiosta saatavan tuotteiden määrään. Isoin tuotto saadaan, kun metanolia on ylimäärin. Sen ihanteellinen moolisuhde reaktioon on 3:1, mutta reaktio tapahtuu nopeammin, jos se metanolin määrä kaksinkertaistetaan eli moolisuhde nostetaan 6:1, jolloin päästään yli 98 % saantoon. Jos metanolia käytetään reaktiossa alle 67 %, glyseroli ei erotu öljystä ollenkaan.

Esteröinti on hidas prosessi ja ilman katalyyttia se onnistuu vain korkeassa lämpötilassa ja paineessa. Katalyyttina voidaan käyttää happoa, emäs- tai alkalimetallialkoksidia, joista kaksi jälkimmäistä ovat toimivimpia huoneenlämmössä. Emäskatalyyttina käytetään puhdasta natriumhydroksidia (NaOH) tai kaliumhydroksidia (KOH), joista ensimmäinen on käytetyin edullisuutensa takia. Käytetyin alkoksidi on natriummetoksidi (CH3ONa) ja happokatalyyttina voi olla suolahappo (HCl). Emäskatalyytit ovat käytetympiä teollisissa prosesseissa, koska happopohjaiset ovat syövyttävämpiä sekä katalyyttina ne ovat hitaampia. Katalyyttimääränä käytetään 0,5 – 1 % öljyn massasta, jolloin biodieselin saanto on noin 94 – 99 %. Kun käytetään katalyyttina natrium- tai kaliumhydroksidia, se liuotetaan suoraan metanoliin.

Ihanteellinen lämpötila normaalissa ilmanpaineessa esteröintireaktiolla on 60 – 70 ºC, joka on lähellä metanolin kiehumispistettä (65 ºC). Tällöin aikaa kuluu noin tunti, jos katalyyttina käytetään kaliumhydroksidia. Erotettu öljy on pestävä ja neutralisoitava ennen kuin siitä voidaan tehdä käyttökelpoista biodieseliä. Ennen vesipesua biodieselin pH on noin 9, mutta pesun jälkeen sen pH on 7 – 8. Pesulla myös saadaan erotettua biodieselistä mahdolliset metanolin, katalyytin ja saippuan jäämät (vapaat rasvahapot muodostavat katalyyttien kanssa saippuaa ). Pesun jälkeen puhdistettu biodiesel kuivataan, jolloin sen viskositeetti on suunnilleen sama kuin petrodieselillä. Toinen reaktiotuote glyseroli voidaan myös puhdistaa saippuasta ja reagoimattomasta katalyytistä, ja se onnistuu neutraloimalla se hapolla. Vesi ja alkoholi poistetaan, jolloin jäljelle jäänyt raakaglyseroli voidaan myydä eteenpäin. Sen myyminen on kuitenkin kannattavaa vain suurissa erissä.

Biodieselin varastointi

Biodieselin varastointi vaatii herkän hapettumisen takia erityisvaatimuksia. Se on herkempi ilman hapelle sekä kosteudelle, valolle, korkeille lämpötiloille sekä niiden vaihteluille. Erityisesti vielä eläinperäisesti valmistettu biodiesel härskiintyy nopeammin kuin kasviperäisestä valmistettu. Biodieselin kaupalliseksi iäksi on arvioitu 6 – 12 kk.