ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega...
Transcript of ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega...
![Page 1: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/1.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Matjaž Kunaver
Kemijski inštitut Ljubljana
ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR
![Page 2: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/2.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
ZAKAJ? 58.4%
površine je
pokrite z
gozdom.
Gozdne
površine se
povečujejo.
Samo ½
letnega
prirasta
posekamo.
![Page 3: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/3.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Lignocelulozna
biomasa
Celuloza Hemiceluloze lignin
Glukoza Ksiloza, Arabinoza
Etanol
Gorivo Polimeri,
gorivo
Organske kisline,
tekstilna vlakna,
polimeri, lepila, maziva,
črnila
![Page 4: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/4.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Lignocelulozni materiali
![Page 5: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/5.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Ljubljana – Zbirni center Barje
350.000 prebivalcev:
5.700 ton lesnih odpadkov (pohištvo)
2.300 ton zeleni odrez
Podatki iz leta 2010
![Page 6: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/6.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Les – glavne sestavine • najbolj razširjen naravni polimer
• kompleksna zgradba:
- celuloza 42 – 51%
- hemiceluloze 24 – 40%
- lignin 18 – 30%
- ekstraktivi
- pepel
![Page 7: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/7.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Eksperimentalni pristop
Depolimerizacija lesne biomase s polioli do multifunkcionalne
oligomerne mešanice – surovine za sintezo polimerov:
Poliestri: nenasičeni in nasičeni
Poliuretani
![Page 8: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/8.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Kaj je UTEKOČINJEN LES ?
Zmes depolimeriziranih in utekočinjenih komponent lesa – rezultat reakcije s polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja.
Utekočinjanje pretvori les v
surovino za sintezo novih,
okolju prijaznih polimerov.
![Page 9: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/9.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Postopek utekočinjanja
Pilotni reaktor za utekočinjanje
lesa in druge biomase - GGP
Postojna. (1200kg/dan)
Laboratorijski reaktor za
utekočinjanje lesa in druge
biomase
![Page 10: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/10.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Utekočinjena biomasa
LEPILA
POLIESTRI,
POLIURETANSKE
PENE
GORIVO
![Page 11: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/11.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Poliestri: nenasičeni in nasičeni
Poliuretani
Sinteza poliestra na osnovi utekočinjenega lesa:
- V istem reaktorju kot za utekočinjanje biomase
- Dodamo večfunkcionalne organske kisline
- Reakcija poteka pri 180oC do 200oC 2 do 4 ure
- Pogoji so podobni, kot pri sintezi poliestra za
premaze in kompozite.
![Page 12: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/12.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Trde poliuretanske pene iz U.L. ali UL-Poliestra
Poliuretanske pene iz
utekočinjenega lesa ali
poliestra na osnovi U.L.
Gostota = 40 - 50 Kg/m3
Tlačna trdnost pri 10%
deformaciji:
300kPa – 400kPa
Toplotna prevodnost:
0.028-0.036W/mK
![Page 13: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/13.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Poliretanska pena iz
poliestra na osnovi
utekočinjene
biomase
IZOLACIJSKE LAHKE PLOŠČE
MDF 3mm
![Page 14: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/14.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Lastnosti PUR pene so odvisne od sestave poliestra
in od formulacije za izdelavo pene.
Pigmenti za obarvanje in aditivi za izboljšanje
lastnosti zlahka dodamo v končno formulacijo za
izdelavo pene.
Delež lesa:
- 50% - 25 % v utekočinjenem lesu
- 45% - 25% v linearnem poliestru
- 20% - 10% v poliuretanski peni
Trde poliuretanske pene iz U.L. ali UL-Poliestra
![Page 15: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/15.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
INDUSTRIJA LESNIH KOMPOZITNIH PLOŠČ - MOŽNOSTI
Svetovna proizvodnja 2011: 75 Mio m3
– Evropa: 37 Mio m3
– Azija: 32 Mio m3
37 Mio m3:
17 Mio m3 ivernih plošč 10% Adhesive
12 Mio m3 MDF vlaknenih plošč 30% Adhesive
4 Mio m3 Vezanih plošč ~ 15% Adhesive
4 Mio m3 OSB 5% Adhesive
17 Mio m3 = 12 Mio Ton = 1.2 Mio Ton lepila
![Page 16: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/16.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Izdelava ivernih plošč
• komercialna lepila:
- melamin-urea-formaldehidno (MUF)
- melamin-formaldehidno (MF)
• parametri stiskanja:
- T = 140 - 180°C
- t = 2 – 3,5 min
- p = 3 N/mm2
• testiranje fizikalnih in mehanskih lastnosti ivernih plošč skladno z Evropskimi standardi
![Page 17: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/17.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Mehanske in fizikalne lastnosti troslojnih ivernih plošč,
pripravljenih z lepilom, ki vsebuje 30 ut.%
utekočinjenega lesa – simulacija industrijskega procesa
Zahtevane vrednosti Dosežene vrednosti
Debelina EN 324 (mm) 16,0 ± 0,3 16.1
Gostota EN 323 (g/cm3) - 0.72
Razslojna trdnost
EN 319 (N/mm2) Več kot 0.35 0.94
Čvrstost površine
EN 311 (N/mm2) Več kot 0.8 1.96
Upogibna trdnost
EN 310 (N/mm2) Več kot 13 21.1
Debelinski nabrek
EN 317 (%) Manj kot 15 8.2
Emisija formaldehida
Perforator metoda
EN 120 (mg/100g plošče)
Manj kot 8 3.2
![Page 18: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/18.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
•siva lepenka (recikliran
odpadni papir)
•Melamin urea
formaldehidna smola
•Utekočinjena biomasa
•Dekorativna folija, furnir
Visoka nosilnost!
LEPILA Z DODANO UTEKOČINJENO BIOMASO
- UPORABA
![Page 19: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/19.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Lahko dosežemo več kot
12N/mm2 vezivne moči.
STANDARD EN 12765:
Klasifikacija termično utrjujočih
lepil za nestrukturne aplikacije...
USTREZA KLASI C1 in C2
Poliester iz utekočinjenega lesa:
Lepilo za vezane plošče
Lepilo iz poliestra iz utekočinjenega lesa in melaminsko-
formaldehidne smole (1:1).
![Page 20: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/20.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
LEPILA Z DODANO UTEKOČINJENO BIOMASO
- UPORABA
•Melamin urea
formaldehidno lepilo
•Utekočinjena biomasa
OPAŽNE PLOŠČE V
GRADBENIŠTVU
![Page 21: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/21.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
•LEPILO ZA PARKET:
+ 20% POLIESTRA IZ UTEKOČINJENE BIOMASE
LEPILA Z DODANO UTEKOČINJENO BIOMASO
- UPORABA
![Page 22: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/22.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
•Dolžina: ~200nm, premer:~ 20nm
•IZKORISTEK: 90%
nanokristalinične celuloze iz
različnih virov.
•Suspenzija v različnih topilih.
•Visoka kompatibilnost.
•Enostavna modifikacija.
NANOKRISTALINIČNA CELULOZA
![Page 23: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/23.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
80,00
90,00
100,00S
ha
re o
f re
ne
wa
ble
en
erg
y i
n f
ina
l e
ne
rgy
co
nsu
mp
tio
n
2008
2009
2010
Goal (2020)
Delež energije iz obnovljivih virov v skupni porabi energije v EU: trendi in cilji
Vir: Eurostat, Share of renewable energy in gross final energy consumption, 2013.
ENERGIJA IZ BIOMASE
![Page 24: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/24.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Rezervoar Zgorevanje
Utekočinjen les - gorivo
Kurilna vrednost: 22-24 MJ/kg
Rjavi premog: 21 MJ/kg
Suh les: 14,5 MJ/kg
Lignit: 15 MJ/kg
Kurilno olje: 42 MJ/kg
- proizvodnja toplote: gorilnik centralnega ogrevanja
Predgretje
- soproizvodnja toplote in električne energije: mikroturbina
![Page 25: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/25.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Energija, potrebna za utekočinjanje:
1. Standardno – brez ultrazvoka: 4.8 MJ/kg
2. Standardno – z ultrazvokom: 1.6 MJ/kg
3. Utekočinjanje v pilotnem reaktorju: 0.45 MJ/kg
(z uporabo ultrazvoka 2kW moči)
KURILNA VREDNOST: 22 -24 MJ/kg
Utekočinjen les - gorivo
![Page 26: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/26.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Dovod goriva
Izgorevalna
komora
Plinska turbina
Predgrevanje, filtracija
Velikost kapljic, uparevanje, čas
zadrževanja
Pepel, korozivni plini?
UTEKOČINJENA BIOMASA – TEKOČE GORIVO ZA
KOGENERACIJO TOPLOTE IN EL. ENERGIJE
![Page 27: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/27.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
INOVATIVNA KONSTRUKCIJA ZA TESTIRANJE NA
STROJNI FAKULTETI UNIVERZE V LJUBLJANI ...
zgorevalna komora
kompresor - turbina
Dovod goriva
rekuperator loputa za intenziteto
rekuperacije
Hladilni sistem
Gorivni sistem
![Page 28: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/28.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Pomembno vprašanje: Je to ekonomično?
1. LEPILA za iverne plošče: 0.63 EUR/kg
Dodatek 30% utekočinjene biomase: 0.53 EUR/kg
Emisija formaldehida: manj kot 5mg/100g
2. Cena GORIVA za proizvodnjo 10kWh energije:
Utek. naftni plin: 1.18 EUR
utek. zemeljski plin 0.80 EUR
Kurilno olje: 1.41 EUR
Bencin 95: 1.71 EUR
Utekočinjena biomasa: 0.98 EUR
![Page 29: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/29.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
• Različne lignocelulozne materiale smo utekočinili z izkoristkom več kot 95%.
• Sintetizirali smo poliestre z uporabo utekočinjene biomase. Del polihdroksi
alkoholov (iz surove nafte) smo tako nadomestili z obnovljivimi viri.
• Lastnosti poliuretanskih pen so primerljive komercialnim.
• Utekočinjeno biomaso smo uporabili kot lepilo za pripravo ivernih plošč– z zmanjšano emisijo formaldehida in odličnimi mehanskimi lastnostmi.
• Poliestre na osnovi utekočinjene biomase lahko uporabimo v lepilih za različne namene
• Utekočinjeno biomaso smo uporabili kot gorivo.
• Učinkovito in inovativno lahko uporabimo lignoclulozno biomaso v sintezi polimerov. Pri tem lahko uporabimo tudi glicerol iz proizvodnje biodiesla.
Zaključki
![Page 30: ODPADEK IZ BIOMASE KOT SUROVINA IN ENERGETSKI VIR · polihidroksi alkoholi in kislinskega katalizatorja. Utekočinjanje pretvori les v surovino za sintezo novih, okolju prijaznih](https://reader030.fdocument.pub/reader030/viewer/2022041206/5d5e08e388c993bc2b8b7685/html5/thumbnails/30.jpg)
Slovenski biopolimerni dan Slovenj Gradec, 5.6.2014
Zahvale:
- Kemijskemu inštitutu Ljubljana za vso podporo pri
raziskavah.
- Strojni fakulteti Univerze v Ljubljani.
- GGP za njihovo materialno in finančno pomoč.
- Biotehniški fakulteti Univerze v Ljubljani, Oddelku za
lesarstvo.
- Melaminu Kočevje
- Centru odličnosti PoliMaT