Jaunas biodīzeļdegvielas ražošanas izmaksu samazināšanas iespējas

5-12-2013

Biodīzeļdegviela Eiropas atjaunojamo degvielu tirgū sastāda ap 70% un tās ražošanas procesa uzlabošana joprojām ir aktuāla. Ar mērķi rast jaunus risinājumus biodīzeļdegvielas ražošanas tehnoloģiju pilnveidošanai RTU aģentūra “RTU Neorganiskās ķīmijas institūts” kopā ar RTU Lietišķās ķīmijas institūtu realizē kompleksus pētījumus ERAF projekta Nr. 2010/0304/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/087 “Nanostrukturēti katalizatori un tehnoloģijas biodīzeļdegvielas ražošanai” ietvaros.

Biodīzeļdegvielu pašlaik galvenokārt ražo no augu eļļas, izmantojot pāresterificēšanas reakciju ar metanolu homogēnas bāziskas katalīzes apstākļos, kā katalizatoru izmantojot nātrija hidroksīdu, kālija hidroksīdu vai nātrija metilātu. Šajā procesā lipīdi, kas ir augu eļļas galvenā sastāvdaļa, reaģē ar metilspirtu veidojot taukskābju metilesteru maisījumu (biodīzeļdegvielu) un glicerīnu (blakusprodukts). Izmantojot homogēnos bāziskos katalizatorus nepieciešama katalizatora neitralizācija un vairākkārtēja reakcijas produkta mazgāšana pēc tam, kad glicerīns ir atdalīts. Ūdens patēriņš un notekūdeņu attīrīšanas nepieciešamība ievērojami palielina biodīzeļdegvielas pašizmaksu. Iespējamais risinājums šai problēmai ir izstrādāt tādu procesu ar heterogēnu katalizatoru, kuru no pēc reakcijas realizācijas no reakcijas produktiem var atdalīt. Otrs esošās tehnoloģijas uzlabošanas virziens var būt saistīts ar blakusprodukta glicerīna izmantošanu. Sakarā ar milzīgo biodīzeļdegvielas ražošanas apjomu glicerīna tirgus ir piesātināts un tā cena ir zema. Glicerīns pārvēršas par nevēlamu blakusproduktu, kuru mēģina sadedzināt, vai vienkārši neatļauti izvadīt apkārtējā vidē, izraisot nopietnu piesārņojumu. Viens no glicerīna izmantošanas ceļiem varētu būt tā pārstrāde citos tirgū pieprasītos produktos. Ir zināms, ka no glicerīna iespējams iegūt tādus savienojumus, kā dihidroksiacetons, glicerīnskābe, tartronskābe, glikolskābe un ketomalonskābe, kurus var izmantot dažādiem mērķiem, t. sk. arī pašreiz ļoti moderno biodegradējamo virsmas aktīvo vielu un biodegradējamo polimēru ražošanai.

Tāpēc projekta mērķi – kompleksi pilnveidot ražošanas procesu, samazinot biodīzeļdegvielas pašizmaksu, projekta ietvaros bija plānots realizējot gan pašas biodīzeļdegvielas ieguves tehnoloģijas pilnveidošanu, gan izstrādājot glicerīna pārstrādi produktos ar lielāku pievienoto vērtību. Lai šos mērķus realizētu, tika izstrādāti uz Latvijā pilnveidotām nanotehnoloģijām balstīta jaunu katalizatoru sintēze biodīzeļdegvielas sintēzei un glicerīna oksidēšanai. Šāda pieeja pilnībā attaisnojās un visi projekta pieteikumā spraustie mērķi un uzdevumi faktiski ir izpildīti.

Kopumā pie projekta realizācijas strādājuši 12 RTU Neorganiskās ķīmijas institūta (RTU NĶI) darbinieki vadošā pētnieka Ērika Palčevska vadībā (no tiem 6 doktori un viens students) un 10 Rīgas Tehniskās universitātes Lietišķās ķīmijas institūta darbinieki (no tiem 3 doktori un 11 studenti) profesora Valda Kampara vadībā.

RTU NĶI projekta ietvaros veica jaunu katalizatoru sintēzi, izmantojot kā nesējus RTU NĶI sintezētos nanopulverus. Tika izstrādātas metodes cēlmetālu (zelta, platīna un pallādija) vai citu katalītisku daļiņu uznešanai. Mainot uznešanas režīmus, uznesto katalītisko daļiņu vidējo izmēru var regulēt robežās no dažiem nanometriem līdz aptuveni 20 nanometriem. Savukārt RTU Lietišķās ķīmijas institūts strādāja pie jauno katalizatoru izmantošanas biodīzeļdegvielas iegūšanai un glicerīna pārstrādei, piemeklējot katram procesam optimālos apstākļus. Veiktie pētījumi parādīja, ka ir iespējams izstrādāt pēc aktivitātes ar homogēnajiem katalizatoriem salīdzināmus heterogēnus katalizatorus biodīzeļdegvielas sintēzei, tomēr to izmantošana ir saistīta ar katalizatoru daļēju šķīšanu reakcijas produktos, kas neļauj atteikties no produkta mazgāšanas. Savukārt mazāk aktīvu un nešķīstošu katalizatoru izmantošana prasa veikt reakcijas paaugstinātā spiedienā.

Labi rezultāti tika sasniegti blakusprodukta – glicerīna pārstrādē. Pētījumu rezultātā pierādīts, ka iegūtie katalizatori ir efektīvi un selektīvi katalizatori glicerīna pārstrādei. Tā, piemēram, izmantojot katalizatoru, kura sastāvā ir tikai 5 % platīna, var realizēt efektīvu glicerīnskābes vai pienskābes sintēzi. Abus šos produktus var izmantot tādu polimēru izgatavošanai, kas bioloģiski noārdās apkārtējās vides ietekmē, tātad arī tādu iepakojumu materiālu radīšanai, kas nepiesārņo dabu.

Kopumā par projekta ietvaros izstrādātajiem katalizatoriem un procesiem ir sagatavoti 3 Latvijas patentu pieteikumi. Divos gadījumos jau ir saņemti patenti un par trešo saņemts atzinums par tā atbilstību reģistrācijai par Latvijas Republikas patentu. Ir iesniegts Eiropas patenta pieteikums un saņemts apstiprinājums par tā reģistrāciju. RTU NĶI un RTU Lietišķās ķīmijas institūta zinātnieki par projektā gūtajiem rezultātiem ziņojuši 10 starptautiskās konferencēs, nopublicēti 5 zinātniskos rakstus starptautiskos zinātniskos žurnālos un 13 ziņojumu kopsavilkumus starptautisko konferenču materiālos. Par projekta tematiku 5 RTU studenti ir izstrādājuši un sekmīgi aizstāvējuši maģistra darbus ķīmijā, patlaban jaunos katalizatorus turpina pētīt 3 doktoranti. Abu institūtu zinātnieku veikumu atzinīgi ir novērtējusi Latvijas Zinātņu akadēmija, nosaucot kā vienu no nozīmīgākajiem Latvijas zinātnes sasniegumiem praktiskajos pielietojumos 2012.gadā projekta izpildītāju darbu: Jaunas katalītiskas glicerīnskābes un pienskābes iegūšanas metodes, oksidējot glicerīnu ar gaisu vai molekulāro skābekli. Jauna aktīvāku un selektīvāku katalizatoru sintēzes metode (Autori – Dr.chem. Svetlana Čornaja, LZA īst.loc. Valdis Kampars, Dr.sc. ing. Ēriks Palčevskis, Dr.chem.Lidija Kuļikova, Dr.chem. Vera Serga, Dr.chem. Svetlana Žižkuna, Konstantīns Dubencovs, Olga Stepanova, Elīna Sproģe, Antons Cvetkovs, Rīgas Tehniskā universitāte). Par projektā gūtajiem rezultātiem ziņots Latvijas Zinātņu akadēmijas svinīgajā sēdē 2013. gada 17. janvārī, Rīgā.

Projekta rezultāti ir nozīmīgi, bet to izmantošana un tālāka attīstība ir visai neskaidra. ERAF projekta īstenošanas nosacījumos ir noteikts, ka izstrādātos produktus, procesus (patentus) Eiropas Savienības fonda finansējuma saņēmējs nav tiesīgs ieviest ražošanā vai komerciāli izmantot (pārdot) 5 gadus pēc projekta beigām. Ja to dara agrāk, pētījumiem izlietotais finansējums jāatmaksā valstij. Darba turpināšanai tas līdzekļus nedotu, pat ja atrastos tik maksātspējīgs uzņēmējs. Darbu varētu turpināt LZP sadarbības projekta ietvaros, taču kopējais finansējums ir tik mazs, ka reāli uz finansējumu var pretendēt katrs desmitais no iesniegtajiem projektu pieteikumiem. Tādējādi var izrādīties, ka praktiskas ievirzes zinātniskais pētījums līdz tirgus produktu ražošanai nenonāks tāpat kā citi līdzīgi projekti.

Ēriks Palčevskis, Valdis Kampars

Powered by Elxis - Open Source CMS