Przeprowadzone w toku pracy doktorskiej badania miały za zadanie umożliwienie opracowania bezodpadowej, przyjaznej środowisku, technologii produkcji biodiesla.
Założono, że oprócz biodiesla produktem końcowym, zamiast dotychczasowego odcieku glicerynowego, makuchów i słomy rzepakowej, ma być tani, niezamarzający, niekorodujący i posiadający dużą pojemność cieplną czynnik roboczy do kolektorów słonecznych oraz pełnowartościowe biopaliwo w postaci peletów o wartości opałowej na poziomie 18-20 MJ/kg.
Pierwszy etap przeprowadzonych badań zakładał opracowanie technologii produkcji estru metylowego oleju rzepakowego w indywidualnym gospodarstwie rolnym. Do tego celu pozyskano nasiona rzepaku bezpośrednio od producenta. Przeprowadzono szereg serii tłoczeń oleju oraz procesów transestryfikacji, spośród których wybrano próby reprezentatywne.
Uzyskany olej rzepakowy, po wszechstronnej analizie jakościowej, wykorzystano w procesie transestryfikacji w skali laboratoryjnej w celu zoptymalizowania parametrów reakcji.
Opracowaną w tej skali technologię przeniesiono następnie na docelową skalę pół-techniczną.
Wytworzony w komercyjnej domowej wytwórni biopaliw ester zbadano pod kątem sprawności pracy zasilanego nim silnika wysokoprężnego. Przeanalizowano również poziomy emisji zanieczyszczeń podczas pracy modelowego silnika Diesla.
Rezultaty badań potwierdziły możliwość efektywnej indywidualnej produkcji RME w warunkach indywidualnego gospodarstwa domowego. Niskim nakładem inwestycyjnym oraz przy wykorzystaniu komercyjnie dostępnej aparatury, uzyskano biopaliwo rzepakowe charakteryzującego się korzystnymi właściwościami fizykochemicznymi oraz parametrami roboczymi, takimi jak wpływ na środowisko naturalne i na jakość pracy zasilanego nim modelowego silnika Diesla, uzasadniającymi celowość produkcji i eksploatacji tego paliwa w indywidualnym gospodarstwie rolnym. Potwierdzono tym samym tezę, iż możliwe jest wytworzenie w warunkach domowych w pełni wartościowego biopaliwa - estru metylowego oleju rzepakowego, stanowiącego substytut oleju napędowego.
Kolejny etap badań zakładał zbadanie możliwości wykorzystania makuchu rzepakowego, powstającego w trakcie wytłaczania oleju, w roli paliwa do zasilania kotłów opalanych biomasą w indywidualnym gospodarstwie rolnym, produkującym jednocześnie biopaliwo na pokrycie własnych potrzeb energetycznych. Rezultaty analizy jakościowej, pomiarów sprawności pracy kotła zasilanego makuchem rzepakowym oraz pomiarów emisji zanieczyszczeń do atmosfery w czasie pracy kotła, wskazują na fakt, iż makuch rzepakowy
129 doskonale nadaje się do wykorzystania w roli wysokoenergetycznego, przyjaznego ekologicznie paliwa, nadającego się do zasilania kotłów grzewczych opalanych biomasą - zarówno w przypadku jego samodzielnego spalania, jak i współspalania z fazą glicerynową - drugim głównym odpadem cyklu produkcji FAME. Energia uzyskana ze spalania biomasy odpadowej z procesu produkcji biodiesla, w obu wyżej wymienionych wariantach, może być efektywnie wykorzystana do ogrzewania zasobów ciepłej wody użytkowej. Wprowadzenie tego typu rozwiązania technologicznego, towarzyszącego indywidualnej produkcji biopaliwa rzepakowego, pozwala na znaczne usprawnienie bilansu energetycznego gospodarstwa domowego wytwarzającego RME na własne potrzeby, bezpośrednio przekładając się również na wzrost wysokości oszczędności z tytułu zwiększonego uniezależnienia się producenta biopaliwa od zewnętrznych dostaw energii. Na podstawie uzyskanych rezultatów badań, potwierdzono tezę, iż, w obrębie gospodarstwa produkującego biopaliwo, główne odpady procesu produkcji estrów metylowych oleju rzepakowego - faza glicerynowa oraz makuchy rzepakowe, mogą znaleźć energetyczne zastosowanie w roli wartościowego paliwa do zasilania kotłów na biomasę, zarówno w przypadku samodzielnego spalania makuchów, jak i współspalania z fazą glicerynową.
Finalny etap badań zakładał zbadanie możliwości zagospodarowania fazy glicerynowej. Wszechstronnie zbadano właściwości fizyczne odcieku glicerynowego oraz wpływ warunków atmosferycznych na zmianę tych właściwości pod kątem wykorzystania wodnych roztworów fazy glicerynowej w roli czynnika roboczego w kolektorach słonecznych. Przeprowadzono pomiary sprawności pracy modelowych kolektorów słonecznych dwóch najczęściej stosowanych typów, w których jako czynnik roboczy wykorzystano wodny roztwór gliceryny oraz - porównawczo - wodę, w celu określenia różnic w efektywności pozyskiwania ciepła. Rezultaty przeprowadzonych pomiarów, zarówno dla kolektora próżniowego, jak i kolektora płaskiego, wskazują na fakt iż 65% roztwór fazy glicerynowej doskonale nadaje się do wykorzystania w roli czynnika roboczego w instalacjach kolektorów słonecznych. Uzyskano tani czynnik roboczy, nie mający negatywnego wpływu na funkcjonalność instalacji, możliwy do stosowania przez cały rok i pozwalający na osiąganie sprawności pracy kolektorów słonecznych na poziomie 80%.
Potwierdzono tym samym tezę, iż faza glicerynowa może zostać efektywnie wykorzystana w roli czynnika grzewczego w przydomowej instalacji kolektorów słonecznych. Dzięki wprowadzeniu takiego rozwiązania technologicznego, wytwórca biopaliwa rzepakowego jest w stanie, poprzez wykorzystanie potencjału ogólnie dostępnej, darmowej energii słonecznej do ogrzewania zasobów ciepłej wody użytkowej w
130 gospodarstwie domowym, w jeszcze większym stopniu uniezależnić się od dostaw energii cieplnej, przeznaczając na ten cel część odpadu z procesu produkcji estru.
Rezultaty wszystkich etapów przeprowadzonych badań pozwoliły na stworzenie sumarycznego bilansu energetycznego cyklu życia uprawy rzepaku na cele energetyczne.
Uzyskany pozytywny bilans energetyczny, w połączeniu z analizą czynników ekonomicznych i ekologicznych wszystkich działań związanych z uruchomieniem produkcji biopaliwa na własne potrzeby, jednoznacznie wskazują na szerokie możliwości efektywnej produkcji energii odnawialnej w indywidualnym gospodarstwie rolnym, przy jednoczesnym efektywnym energetycznie zagospodarowaniu odpadów pochodzących z tegoż procesu.
Opisana w niniejszej rozprawie, technologia wytwarzania biopaliwa oraz przetwarzania odpadów z tegoż procesu może zostać wykorzystana np. w projektowaniu i konstrukcji w pełni zautomatyzowanej, komercyjnej linii produkcji biodiesla z jednoczesnym energetycznym zagospodarowaniem odpadów, wymagającej od osoby ją obsługującej minimalnej wiedzy z zakresu inżynierii i technologii chemicznej. Wprowadzenie na rynek tego typu instalacji mogłoby w znaczącym stopniu przyczynić się do popularyzowania idei odnawialnych źródeł energii wśród społeczeństwa, poprawy stanu środowiska naturalnego, jak i do wspomagania potencjalnych indywidualnych producentów biopaliwa w uniezależnianiu się od zewnętrznych dostaw energii – dążeniu szczególnie ważnym we współczesnych, zarówno globalnych jak i krajowych, realiach gospodarczo-politycznych.
131