(Nomination für Preisvergabe AUREA 2011): Technische Fakultät Leskovac entwickelt Umesterungsanlage

Ein Expertenteam der Technischen Fakultät in Leskovac hat eine Anlage zur kontinuierlichen Umesterung von Pflanzenöl mit Methanol zu Biodiesel, unter Normaldruck und bei niedrigeren Temperaturen erfunden. Das innovative Verfahren reduziert den Verbrauch von Energie und notwendigen Reaktanten und ist deshalb beträchtlich billiger als bisher bekannte Verfahren. Die Anlage enthält einen neuen Reaktortyp, in dem Triglyceride unter neuen Bedingungen umgesteuert werden. Der Investitionsbetrag, einschließlich der Zeit für die Entwicklug des Erzeugnisses, beläuft sich auf ca. 10.000 Euro.

Die Umsteuerungsanlage besteht aus zwei Durchlaufreaktoren mit dem vibrierenden Rührwerk und zwei Separatoren für die Trennung von unvermischbaren Phasen. Die Konstruktion des Rührwerks (eine Reihe von perforierten Scheiben auf der gemeinsamen Welle) beschleunigt die Reaktion, sogar bei der Zimmertemperatur. Die Umesterung von Triglyceriden bzw. Triacylglycerinen durch Alkoholyse dauert sehr kurz, bei der Zimmertemperatur und unter dem Normaldruck. Man gewinnt 98-100% Fettsäuremethylester. Aus Triacylglyceriden (pflanzliche Fette oder Öle) werden durch Umesterung mit Methanol sogenannte FAME (Fettsäuremethylester, z. B. Rapsmethylester (RME)) erzeugt.

Das Konzept und die Kapazität der Anlage von 5 l/h wurden für Verbraucher entwickelt, die maximal 1.000 l Biodiesel jährlich benötigen. Durch Anwendung von bekannten chemischen und technischen Prinzipien lassen sich Reaktorgrößen nach Wünschen und Forderungen konkreter Kunden anpassen. Momentan gibt es keine Vorrichtung mit dem Rührwerk, Technologie und Kapazität dieser Art.

INNOVATION

Bisher bekannte Technologien für die Herstellung von Biodiesel

Die Nachfrage nach Biokraftstoffen in der ganzen Welt nimmt von Tag zu Tag zu. Biediesel wird dabei immer populärer. Biodiesel stellt eine Mischung von (Fettsäuremethylestern), die man durch Umsetzen von Pflanzenölen mit Methanol nach nebenstehender Reaktionsgleichung. Die Umesterung wird in der Regel alkalisch katalysiert. Zur Vermeidung von durch Wasser bedingten Nebenreaktionen finden als Katalysatoren hauptsächlich wasserfreie Alkoholate Verwendung, die als ca. 30%ige Lösung von Natrium- oder Kaliumalkoholat in Methanol eingesetzt werden. Biodiesel wird in der ganzen Welt ind unterschiedlichsten Anlagen erzeugt. Eine typische Umesterungsanlage benötigt Lagertanks für die Rohmaterialien und Endprodukte, Wärmetauscher zur Erhitzung des Reaktionsgemischs, Rührkessel zur Vermischung von Katalysator und Methanol. Des Weiteren werden Reaktoren sowie Apparate zur Phasentrennung von Roh-Biodiesel und Glycerin, Filtrieranlagen und Destillationsapparate zur Trennung von Biodiesel und Methanol und Restfeuchte benötigt. Das Verfahren kann grob in die Schritte Umesterung, Trennung von Biodiesel und Glycerin, Wäsche des Biodiesels, Trocknung des Biodiesels und Aufarbeitung des Glycerins und Rückgewinnung des Methanols unterteilt werden. Viele der Verfahrensschritte sind mehrstufig. Bei großen Industrieanlagen wird die Umesterung in einem kontinuierlichen Prozess durchgeführt.

Die innovative Lösung der Technischen Fakultät in Leskovac ist eine Anlage zur kontinuierlichen Synthese von Biodiesel durch Umsteuerung von Als erster Schritt werden der Umesterungskatalysator und Methanol gemischt. Diese werden mit Pflanzenöl gemischt und in einen kontinuierlichen Kolonnen-Reaktor oder einen kontinuierlichen Rührkesselreaktor gepumpt, von denen zwei oder mehr in Reihe geschaltet werden können. Dort findet die Umesterung statt. Die typische Reaktionstemperatur liegt bei ca. 50 bis 65°C. Das Verfahren findet unter Normaldruck statt. In der Regel wird Methanol im stöchiometrischen Überschuss eingesetzt. Im unteren Teil des Reaktors sammelt sich eine schwere basische Phase, die Glycerin, Methanol und Methanolat enthält und abgezogen und zwischengelagert wird. Die Biodieselphase enthält weiterhin Methanol, nicht abreagiertes Rapsöl sowie Seifen. Zur Vervollständigung der Reaktion werden in einem weiteren Reaktor nochmals Katalysator und Methanol zum Ester-Gemisch gegeben und abschließend nochmals getrennt. Die leichte Esterphase ("Roh-Biodiesel") wird danach gewaschen.Bei der Umesterung wird der Alkoholrest eines Esters durch einen anderen Alkoholrest ersetzt. Die Reaktion ist sehr schnell, trotz einer niedrigerer Temperatur.

Abhängig vom Lieferanten lässt sich eine Anlage in einem bis drei Monaten bauen.

Zwei Elemente stellen etwas Neues im Vergleich zu bestehenden industriellen Umsteuerungsanlagen dar: Neuer Reaktortyp, in dem Fettsäuremethylester durch Umsteuerung von Triglyceriden gewonnen werden sowie neue Bedingungen, unter welchen die Umsteueurung durchgeführt wird.

In Hinsicht auf das Konzept und die Kapazität der Anlage von 5 l/h war das Projek von Anfang an auf Verbraucher orientiert, die maximal 1.000 l Biodiesel jährlich brauchen. Die Kapazitäten der Anlage lassen sich einfach erweitern. Die Qualität der eingebauten Bauteilen garantiert eine Lebensdauer zwischen mindestens 5 und maximal 10 Jahren - natürlich mit der regelmässigen Wartung und dem normalen Einsatz (8 Stunden täglich).

Alle Bauteile stammen von einheimischen Herstellern, genauso wie Rohstoffe: Methanol (MSK, Kikinda), Alt- und Pflanzenöl (Sonnenblume, Raps - einheimische Landgüter).

Die Anlage entwickelt an der Technischen Fakultät in Leskovac beruht auf der langjährigen Erforschung der Umsteuerung mit Methanol. Man arbeitet momentan an der Erweiterung der Proudktionskapazitäten und seine Umstellung auf ein heterogenes System. Verschiedene Forscher und Experten haben von Anfang an an diesem Projekt teilgenommen.

ÖFFENTLICHER NUTZEN

Für die Herstellung von Biodiesel werden erneuerbare Rohstoffe wie Sonnenblumen-, Soja- und Rapsöl verwendet. Serbien verfügt über große Anbaupotenziale für Ölpflanzen. Dadurch können außerdem viele neue Arbeitsplätze geschaffen werden.

Landgüter mit solchen Anlagen könnten dadurch zum Anbau von Ölpflanzen ermutigt werden, weil sie mit der eigenen Produktion von Biediesel die Kraftstoffkosten fast zweimal reduzieren könnten. Restprodukte wie Soja- und Rapsschrott lassen sich als Viehfutter verwenden.

Biodiesel kann, außerdem, aus Altöl hergestellt werden. Jedes Restaurant, in dem mehr als 20 Mahlzeiten täglich vorbereitet werden, muss Alt-Öl aus Fritteusen, Konservendosen oder Pfannen sammeln und entsprechend entsorgen. Gastwirte beachten diese Vorschrift oft nicht und der größte Teil Altöl endet in den Flüssen. In Serbien werden 16 l Speiseöl pro Kopf verbraucht und das macht fast 10.000 t Altöl jährlich. Diese alternative Energiequelle wurde bisher nie genutzt.

Eine Anlage zur Herstellung von Biodiesel erhöht die Energieunabhängigkeit, ermöglicht die umweltfreundliche Abfallentsorgung und schafft neue Arbeitsplätze.

Biodiesel ist umweltfreundlicher Kraftstoff, CO2-neutral, frei von Schwefel, Schwermetallen und Radioaktivität. weniger flammbar im Vergleich zu anderen Kraftstoffsorten und mit besseren Verschmierungseigenschaften. Es handelt sich auch um ein effizientes Lösungsmittel, das bei der ersten Verwendung fast alle Beläge und Korrosion entfernt. Die meisten Dieselmotoren können ohne Veränderung mit einem Diesel-Biodiesel-Gemisch gefahren werden.

Biodiesel ohne Additive muss innerhalb von 6 Monaten verwendet werden. Bei niedrigeren Lufttemperaturen wird Biodiesel ohne Additive härter und kann die Einspritzleitungen verstopfen. Glycerin gehört auch zu Nebenprodukten der Umsteuerung.

KOMMERZIELLER ERFOLG

Es handelt sich im ein wettbewerbsfähiges Projekt. Dem Forscher- und Ingenieurteam aus Leskovac ist gelungen, den Verbrauch von Energie und Reaktanten auf das Minimum zu reduzieren und die Produktionskosten zu senken. Die Tatsache, dass eigene Biodieselproduktion von den negativen Preisentwicklungen am internationalen Kraftstoffmarkt verschont ist, gehört auch zu den großen Verteilen dieser Anlage. Die Anlage lässt sich auch kommerziell nutzen.

Die Anlage kostet ca. 6.000 Euro. In Hinsicht darauf, dass man drei Rohstoffsorten für die Herstellung von Biodiesel verwenden kann, kann man das investierte Geld innerhalb von 12 Monaten zurückgewinnen (im Falle, dass man Öl kauft), innerhalb von 9 Monaten, wenn man Ölpflanzen selbst anbaut, und in nur 6 Monaten, wenn man sich für das Altöl aus gastgewerblichen Objekten entscheidet.

Das serbische Ministerium für Energiewirtschaft beschloss einen kurzfristigen Aktionsplan für Biomasse für den Zeitraum 2010-2012. Der Anteil der Biokraftstoff am gesamten Dieselverbrauch sollte 2010 bei 0,76% liegen und bis 2012 auf 60.000 t bzw. 2,28% steigen. Der Plan wurde noch nicht vom Parlament bewilligt.

Erfinder behauptet, dass jeder strategischer Partner willkommen sei, weil der Team, der die Anlage realisiert hat, die Erforschung von neuen Technologien und Produktionsverfahren bevorzuge.

Wenn die "Umsteuerungsanlage" Ihr Favorit für die innovative Investition des Jahres ist, können Sie Ihre Stimme auf der offiziellen Webseite der "Aurea 2011" abgeben.