1. Skrypt szkoleniowy nr 1
TEMAT: BIOpaliwo – produkt naturalny
Autor opracowania:
Łukasz Wyka
Korekta:
Ewelina Borkowska
Informacje w skrypcie zostały przygotowane na podstawie wykładów przygotowanych w ramach Klubu
Młodego Naukowca.
Czym są BIOpaliwa? Czyli pomysł na wagę złota dr inŜ. Agata Markowska, Zakład Biotechnologii,
Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny w Szczecinie
Po co i z czego produkujemy BIOpaliwa mgr inŜ. Łukasz Wyka, Instytut Geoekologii
i Geoinformacji, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Jak wytwarzać BIOpaliwa? mgr inŜ. Michał Łukasz Dworak, Rada MłodzieŜowa Ligii Ochrony
Przyrody
Energia z biomasy jako wizytówka Województwa Zachodniopomorskiego dr inŜ. Jarosław
Rzepa, Wydział Rolnictwa i Ochrony Środowiska, Urząd Marszałkowski Województwa
Zachodniopomorskiego
OPIS doświadczeń przeprowadzonych podczas pokazu mgr inŜ. Łukasz Wyka
śycie na Ziemi rozwija się dzięki zaspokojeniu potrzeb organizmów. Są nimi:
• odpowiednie warunki fizykochemiczne (temperatura, ciśnienie, skład otoczenia, światło),
• tlen,
• poŜywienie,
• woda,
Człowiek próbuje ułatwić sobie zaspokajanie powyŜszych potrzeb, by przetrwać w ekosystemie.
W tym celu wykorzystuje energię.
ENERGIA pomaga zaspokajać potrzeby, ale równieŜ stwarza nowe zachcianki, które uznajemy za
konieczne (komunikacja, TV).
ŹRÓDŁA ENERGII
Nieodnawialne
Węgiel kamienny
Węgiel brunatny

2. Torf
Ropa naftowa
Gaz ziemny
Odnawialne
Energia wiatru
Energia Słońca
Energia spadku wody
Energia wody morskiej
Energia geotermiczna
NajwaŜniejszym producentem energii na Ziemi jest Słońce! Gdyby nie ono, Ŝycie na Ziemi nie
istniałoby. Słońce wytwarza promieniowanie elektromagnetyczne o róŜnej długości fali. Część energii
słonecznej nie dociera do Ziemi, gdyŜ nasza planeta wykształciła warstwy, które pochłaniają lub
odbijają odpowiednie pasma promieniowania (m.in. warstwa ozonowa pochłania szkodliwe dla
organizmów Ŝywych promieniowanie ultrafioletowe).
Rys.1 Rozkład (widmo)
promieniowania słonecznego
Człowiek usilnie próbuje uzupełnić „braki energetyczne”, głównie promieniowania z zakresu
podczerwieni. SłuŜą do tego róŜnego rodzaju paliwa, które przetwarzamy na energię cieplną lub
elektryczną wg naszych zamierzeń.
Paliwo – substancja (GAZ, CIECZ lub CIAŁO STAŁE) wydzielająca przy intensywnym utlenianiu
(spalaniu) duŜe ilości ciepła.
Energia uzyskana ze spalania paliwa wykorzystywana jest:
przez maszynę (silnik cieplny) do produkcji energii mechanicznej,
przez kocioł do celów grzewczych lub procesów technologicznych.
PODZIAŁ PALIW
Ze względu na stan skupienia wyróŜniamy:
paliwa stałe
paliwa ciekłe
2

3. paliwa gazowe
Ze względu na zastosowanie wyróŜniamy:
• paliwa opałowe (do spalania zewnętrznego), np. węgiel, koks, drewno;
• paliwa napędowe (do spalania wewnętrznego), np. ropa,
• paliwo jądrowe
Ze względu na pochodzenie wyróŜniamy:
paliwa naturalne: węgiel kamienny, brunatny, torf, drewno, ropa naftowa, gaz ziemny,
paliwa sztuczne: wytwarzane przy przeróbce paliw naturalnych (koks, olej opałowy, olej
napędowy, benzyna, gaz drzewny).
Co złoto ma wspólnego z paliwami?
=
Kilka równań by dowieść, Ŝe ropa naftowa to złoto
ZŁOTO = bogactwo = władza
=
Król = władca Szejk = władca
ROPA = CZARNE ZŁOTO
Jak wydobywa się „czarne złoto”?
Ropa naftowa wydobywana jest z głębi ziemi w wyniku wykonywania wierceń. Powstające
odwierty (otwory) sięgają nawet 1km głębokości. Miejsca prawdopodobnego zalegania złóŜ
ropy naftowej wyszukiwane są przez geologów. Rozwój technik poszukiwania złóŜ pozwala na coraz
precyzyjniejszą identyfikację miejsc występowania i wielkości zasobów. Tak samo rozwija się technika
wierceń. Początkowo poszukiwania i wiercenia prowadzono wyłącznie na lądach. Okazało się jednak,
Ŝe część światowych zasobów ropy zalega w obszarach szelfów mórz i oceanów. Ropa naftowa nie
nadaje się do bezpośredniego zastosowania technicznego jako paliwo. Po wydobyciu z otworu
3

4. wiertniczego jest ona oczyszczana z zanieczyszczeń mechanicznych, a następnie oddziela się od niej
wartościowe i łatwo wrzące składniki: propan, butan i benzyny oraz szereg gazów i olejów. Końcowymi
produktami rafinerii są takie paliwa ciekłe jak benzyny, oleje opałowe, oleje napędowe, nafta.
Rys.2. Destylacja ropy naftowej
Oszacowano, Ŝe zasoby ropy naftowej na Ziemi wynoszą około 2000 miliardów baryłek ropy. Obecnie
zuŜyliśmy ok. 1000 miliardów baryłek. Groźba wyczerpania kopalin (paliw kopalnych) nie jest odległa
w czasie:
• złoŜa węgla – 220 lat
• gaz ziemny – 60 lat
• ropa naftowa – 30-40 lat
Sposobem , aby ograniczyć wykorzystanie zasobów paliw kopalnych jest stosowanie biopaliw.
Biopaliwo jest to paliwo powstałe z przetwórstwa produktów organizmów Ŝywych. Produktami tymi
mogą być resztki roślin, zwierząt lub mikroorganizmów (BIOMASA).
Biomasa – masa materii zawarta w organizmach.
Rys.3. Schemat obiegu materii
w przyrodzie
Dlaczego warto stosować biopaliwa?
4

5. • Dają energię,
• UŜywanie biopaliw słuŜy zmniejszeniu uzaleŜnienia od ropy naftowej,
• Stworzone zostają nowe miejsca pracy,
• SłuŜą zmniejszeniu ilości odpadów,
• Są sposobem do wypełnienia wymagań prawnych lub obietnic rządowych,
• Nie przyczyniają się do rozwoju efektu cieplarnianego,
• Pozostawione w środowisku szybko ulegną rozkładowi.
Dzięki biopaliwom moŜliwy jest rozwój zatrudnienia w:
- rolnictwie,
- przetwórstwie paliw,
- szkolnictwie
- branŜy badawczo-rozwojowej,
- branŜy komunalnej,
- branŜy reklamowej
- wydawnictwach.
Biopaliwa – wpływ na efekt cieplarniany
17%
4%
6%
8%
19% 46%
Rys.4. Efekt cieplarniany
5

6. Składnik Zawartość
% objętości %masy
Składniki główne
Azot (N2) 78,08 75,51
Tlen (O2) 20,94 23,14
Argon (Ar) 0,93 1,29
Dwutlenek węgla (CO2) 0,039 0,058 Tab.1. Skład atmosfery ziemskiej
Woda jest ilościowo znaczącym składnikiem atmosfery (zawartość 0-5%). Jej stęŜenie w czasie
i przestrzeni podlega licznym zmianom. ZaleŜą one od temperatury, jak i od oddalenia od stanu
równowagi wyraŜonego przez wilgotność względną. Jednocześnie para wodna zawarta w powietrzu
jest najwaŜniejszym gazem odpowiedzialnym za efekt cieplarniany. JednakŜe człowiek nie ma
wielkiego wpływu na ilość pary wodnej, która znajduje się w atmosferze. Dlatego teŜ za gaz będący
„winowajcą” efektu cieplarnianego uwaŜa się dwutlenek węgla (CO2), który jest gazem cieplarnianym
występującym po parze wodnej w największej ilości. Działalność człowieka przyczynia się do wzrostu
stęŜenia CO2 zawartego w atmosferze.
UwaŜa się, Ŝe stosowanie biopaliw przyczynia się do zmniejszenia efektu cieplarnianego (oraz
globalnego ocieplenia) poprzez obieg zamknięty CO2 (zahamowanie emisji dodatkowego CO2
zawartego w skałach takich jak ropa naftowa czy węgiel kamienny).
Rys.5. Obieg dwutlenku węgla
6

7. Rys.6. Przebieg procesu
fotosyntezy
Fakty dotyczące fotosyntezy
• Z całkowitego strumienia słonecznego docierającego do Ziemi jedynie 46% moŜe zostać
zaabsorbowane przez jej powierzchnię. Z tego jedynie 43% moŜe być wykorzystane w
fotosyntezie przez zielone części rosnących roślin (promieniowanie między 400 a 700 nm -
PAR).
• Maksymalna wydajność fotosyntezy moŜe wynieść 29%.
• Spalając biomasę uzyskaną w procesie fotosyntezy uzyskujemy z 1 t ok. 1,5 x 1010 J energii
– 2 razy mniej niŜ przy spalaniu węgla kamiennego.
Wspólną cechą wszystkich biopaliw jest to, iŜ w swoim składzie zawierają atomy węgla i/lub wodoru,
gdyŜ powstały z biomasy, która złoŜona jest głównie z węglowodorów.
Węglowodany (cukry, cukrowce, sacharydy) – organiczne związki chemiczne składające się z atomów
węgla, wodoru i tlenu. Są one podstawowym budulcem organizmów Ŝywych, w tym równieŜ człowieka.
Wraz z pokarmem przyjmujemy cukry proste (np. glukoza, fruktoza) lub dwucukry (np. sacharoza,
laktoza).
Rys.7. Węglowodany – główny
składnik owoców i warzyw
Natomiast niejadane cukry złoŜone wykorzystujemy w inny sposób, np. w produkcji papieru, narzędzi,
mebli itd.
7

8. NaleŜy zauwaŜyć, Ŝe węglowodany to takŜe cenne biopaliwo. Niewykorzystane często jest tylko
odpadem, który ulega rozkładowi! To utracona energia!
Rodzaje biopaliw
▪ DREWNO i SUCHE ODPADY DRZEWNE, takie jak: drewno kawałkowe, zrębki drewniane,
trociny, wióry, brykiet i pelet.
Brykiet drzewny to utworzona z suchego rozdrobnionego drewna
(trocin, wiórów czy zrębków) kostka lub walec sprasowane pod
wysokim ciśnieniem bez dodatku substancji klejących. Podczas
tego procesu wydziela się lignina, która po obniŜeniu temperatury
zastyga, spajając surowiec. Wilgotność brykietu jest niewielka i
wynosi 6-8%, natomiast zawartość popiołu poniŜej 1% suchej
masy.
Rys.8
Pelety lub pellety (inaczej granulat) są rodzajem brykietu
produkowanego z odpadów drzewnych. Wytłoczone pod wysokim
ciśnieniem w postaci granulatu w kształcie kulek lub walców mają
średnicę 6-25 mm i długość do kilku centymetrów.
Rys.9
▪ ODPADY ROLNE
Nieprzetworzone buraki cukrowe, słoma, siano, ziemniaki, rzepak czy pozostałości przerobu owoców
bądź zwierzęce odchody to cenne z energetycznego punktu widzenia surowce, które moŜna
wykorzystywać.
▪ ROŚLINY ENERGETYCZNE
Jedną z gałęzi rolnictwa stało się w ostatnich latach produkowanie roślin przeznaczonych do celów
energetycznych. Rośliny te zwane energetycznymi są bogate w związki celulozowe i ligninowe oraz
charakteryzują się szybkim przyrostem masy. Mogą być one wykorzystane do produkcji energii
cieplnej i elektrycznej, a takŜe do wytwarzania paliw: zarówno ciekłych jak i gazowych.
Produkty rolne oraz węglowodany i inne związki organiczne, które są odpadami mogą słuŜyć jako
substrat (składnik) do produkcji paliw ciekłych i gazowych, dzięki procesom fermentacji lub estryfikacji.
▪ BIOETANOL (alkohol rolniczy)
Odwodniony alkohol etylowy (etanol) otrzymywany z biomasy lub z biodegradowalnej części odpadów
(papieru, płyt drewnianych, itp.). Bioetanol moŜe być stosowany w czystej postaci (tzw. E100) lub
mieszany z innymi alkoholami (np. z metanolem). MoŜe równieŜ być składnikiem paliw do silników
spalinowych, jako biokomponent.
▪ BIODIESEL
8

9. Jest zastępczym paliwem do silników wysokopręŜnych, wyprodukowany z odnawialnych surowców,
np. olejów roślinnych czy tłuszczów zwierzęcych. MoŜe stanowić takŜe biokomponent do oleju
napędowego
E10 10% etanolu + 90% benzyna (USA)
E20 20% etanolu + 80% benzyna (Brazylia)
E85 85% etanolu +15-30% benzyna (Brazylia, USA, Szwecja)
E95 95% etanolu +5% benzyna (Szwecja)
E100 96% etanolu + 4% woda (Brazylia, Argentyna)
B 100 100% dodatku olejowego
B80 80% dodatku olejowego i 20% ON
B20 20% dodatku olejowego 80 % ON
Tab.2.Bioetanol i biodiesel jako biokomponent
Rys.10. Schemat estryfikacji olejów roślinnych
▪ BIOGAZ
Zwany takŜe jako gaz wysypiskowy, jest to gazowy, palny produkt fermentacji beztlenowej związków
pochodzenia organicznego (np. ścieki, m.in. ścieki cukrownicze, odpady komunalne, odchody
zwierzęce, gnojowica, odpady przemysłu rolno-spoŜywczego, biomasa) a częściowo takŜe ich
rozpadu gnilnego, powstający w biogazowni.
9

10. Rys.11. Schemat produkcji biogazu
Biopaliwa świetnie wspomagają gospodarkę energetyczną krajów, ale nie powinny być
produkowane z surowców Ŝywnościowych, lecz z części roślin niewykorzystywanych gospodarczo.
CAŁA BIOMASA, KTÓRĄ MOśNA SPALIĆ PRĘDZEJ CZY PÓŹNIEJ ULEGNIE BIODEGRADACJI
(rozkładowi na związki proste, w tym CO2 i CH4). Warto zatem spoŜytkować odpady biomasy
roślinnej i zwierzęcej, bo to cenne źródło energii.
Informacje o rozwoju aeroenergetyki w województwie zachodniopomorskim
Inwestycja w „zieloną energię” jest niezwykle waŜna na terenie województwa zachodniopomorskiego.
Największe zakłady przetwarzające biomasę na biopaliwa znajdują się na jego obszarze. Stąd istnieje
konieczność powoływania organów doskonalących i szkolących pracowników takich przedsiębiorstw.
Uczelnie
▪ Centrum Naukowo-Badawcze Energii Odnawialnej, Politechnika Koszalińska
▪ Ośrodek Szkoleniowo-Badawczy – Ostoja, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny
Firmy doradcze
▪ CeDIR Sp. z o.o. – Koszalin
Instytucje wspierające rozwój
▪ Zachodniopomorski Ośrodek Doradztwa Rolniczego w Barzkowicach
▪ Stacja Doświadczalna Oceny Odmian w Białogardzie
DuŜo interesujących informacji na temat biopaliw moŜna znaleźć w następujących serwisach:
▪ www.biopaliwa.pl
▪ www.biopaliwa.org, ▪ www.biomasa.org
▪ www.e-biopaliwa.pl ▪ www.lop.szczecin.pl
10

11. POKAZY DOŚWIADCZEŃ NAUKOWYCH
1. ILE ENERGII SKRYWAJĄ DARY NATURY - jak za pomocą owocu orzecha zagotować
wodę?
KaŜdy wie, Ŝe papier oraz suche drewno się dobrze pali. Gdy jednak porównamy
róŜne rodzaje biopaliw, wówczas zauwaŜymy, Ŝe wartość opałowa papieru lub odpadów
drewnianych jest duŜo niŜsza niŜ produktów takich jak brykiet lub pelet (ilość energii
wytwarzana na jednostkę masy, np. 10 MJ na kaŜdy kilogram). Dlaczego?
Przy spalaniu z róŜnych materiałów wydziela się energia w postaci promieniowania. To
promieniowanie moŜe być energią z zakresu światła widzialnego lub podczerwieni
(promieniowanie cieplne). Gdy zapalimy kartkę papieru, spala się ona szybko
z duŜym widocznym płomieniem. Natomiast jeśli tę samą kartkę mocno zgnieciemy lub
poskładamy, a następnie podpalimy, wówczas taki materiał nie spala się duŜym płomieniem,
lecz prawie niezauwaŜalnym. Ten rodzaj spalania nazywa się tleniem. Dzięki niemu surowiec
zamienia się w większości tylko na energię cieplną. Widoczny płomień to część energii, która
zazwyczaj jest zbędna – interesuje nas głównie ciepło.
„Upakowane materiały” są zatem bardziej poŜądanym produktem energetycznym.
Naturalnymi, zawierającymi znaczne ilości związków organicznych surowcami, które
posiadają zagęszczoną biomasę są róŜnego rodzaju nasiona. O tym, Ŝe moŜna z nich
uzyskać duŜą ilość energii świadczy ich kaloryczność sięgająca nawet 700 kalorii w 100 g
produktu.
W łatwy sposób to moŜna sprawdzić. Wystarczy zapalić orzech laskowy lub włoski by
zobaczyć jak się palą – ten czas jest na tyle długi by zagotować wodę w próbówce.
11

12. SPRZĘT I ODCZYNNIKI
- łapa bądź szczypce laboratoryjne do trzymania probówki, probówka, zapałki, orzech
laskowy, woda destylowana
PRZYGOTOWANIE
Do próbówki wlewamy kilka ml wody. Umieszczamy orzecha w szczypcach
laboratoryjnych i podpalamy go. Uzyskanym płomieniem podgrzewamy próbówkę. Po
krótkim czasie na ściankach naczynia zaczynają być widoczne pęcherzyki gazu. Dalsze
odgrzewanie naczynia, moŜe doprowadzić do efektownego zagotowania się wody.
2. ENERGIA UKRYTA W KRYSZTALE
W doświadczeniu z naczynia z bezbarwnym roztworem, po wrzuceniu kryształu silnego
utleniacza, wydobywa się olbrzymia ilość pary wodnej i tlenu. Eksperyment ukazuje, Ŝe
nawet niewielka ilość danego związku chemicznego w odpowiednich warunkach
fizykochemicznych moŜe przyspieszyć daną reakcję. Podobnym katalizatorem reakcji
spalania jest dodatek biokomponentów (np. bioetanolu, biometanolu), które poprawiają
jakość paliw (zmniejszenie emisji spalin, wyŜsza liczba oktanów) spalanych w silnikach.
SPRZĘT I ODCZYNNIKI
- Cylinder miarowy (1000 ml), lejek szklany, bagietka, szczypce laboratoryjne lub łyŜeczka,
przyłbica ochronna
- perhydrol (30%), nadmanganian potasu, woda destylowana
PRZYGOTOWANIE
Doświadczenie naleŜy wykonać pod wyciągiem, na świeŜym powietrzu lub w wysokim pomieszczeniu, gdyŜ
istnieje moŜliwość zabrudzenia ścian i sufitu związkami manganu. KONIECZNIE UBRAĆ RĘKAWICE
OCHRONNE!
Do cylindra miarowego ostroŜnie nalewamy 20 ml perhydrolu (H2O2). Następnie do naczynia
dolewamy podobną objętość wody. Za pomocą szczypiec lub łyŜeczki wybieramy jeden duŜy
kryształ nadmanganianu potasu, ewentualnie kilka mniejszych. Energicznym ruchem
wrzucamy kryształki nadmanganianu do cylindra z roztworem. Z naczynia zaczną
wydobywać się kłęby pary wodnej i tlenu.
12

13. 3. PŁONĄCY śEL
Doświadczenie uzmysławia czym jest stan skupienia oraz rozpuszczalność substancji.
Związki dobrze rozpuszczalne w wodzie zazwyczaj słabo rozpuszczają się w cieczach
organicznych, do których zaliczyć moŜemy bioetanol.
SPRZĘT I ODCZYNNIKI
- Zlewka (500 ml), dwie zlewki (250 ml), palnik spirytusowy, łyŜka laboratoryjna, dwie bagietki
szklane
- Octan wapnia, etanol, wodorotlenek sodu, fenoloftaleina, woda destylowana, bioetanol
PRZYGOTOWANIE
Na początku sporządza się wodny roztwór nasycony octanu wapnia. Następnie naleŜy dodać
niewielką ilość wodorotlenku sodu, tak, aby pH reakcji było powyŜej 8,5. Aby określić czy pH
roztworu jest odpowiednie moŜna dodać kilka kropel odpowiedniego wskaźnika, np.
fenoftaleiny, która w optymalnych warunkach reakcji powinna zabarwić ciecz na róŜowo.
Dodatek alkoholu powoduje, Ŝe rozpuszczalność soli się zmniejsza, co uwidacznia się po
kilku sekundach. Wówczas to roztwór zamienia się w Ŝel, który po podpaleniu z łatwością się
spala. Spowodowane jest to obecnością uwięzionego w sieci krystalicznej octanu wapnia
etanolu. Doświadczenie ukazuje jak energetycznym komponentem jest bioetanol.
EKSPERYMENT DOMOWY
Doświadczenie polega na obserwacji parowania składników z róŜnych rodzajów
roztworów paliw: biodiesla, benzyny, oleju napędowego, bioetanolu. Zostały
przygotowane następujące roztwory wodne: bioetanolu 5%, bioetanolu 20%, biodiesla 5%,
biodiesla 20%, oleju napędowego 1%, oleju napędowego 5%, benzyny 1%, wody
destylowanej oraz wody z barwnikiem. Paliwa te róŜnią się rozpuszczalnością w wodzie, a co
za tym idzie róŜnie wpływają na parowanie cieczy. W celu wizualnej oceny zmian
zachodzących w roztworach naleŜy przeprowadzić proces krystalizacji z uŜyciem soli
o róŜnej rozpuszczalności w WODZIE.
Na podstawie obserwacji doświadczenia młodzieŜ ma za zadanie wysnuć wnioski, które
spośród paliw są bardziej ekologiczne. Szczegółowe informacje dotyczące przebiegu
eksperymentu domowego zawarte są w instrukcji.
13

14. Skrypt szkoleniowy nr 2
TEMAT: Jak wytwarza się biopaliwa
Autor opracowania:
Mgr inŜ. Łukasz Wyka
Produkcja biodiesla, dr inŜ. Agnieszka Gawska, Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny
w Szczecinie
Produkcja bioetanolu mgr inŜ. Aneta Sulecka, Pomorski Uniwersytet Medyczny w Szczecinie oraz
mgr inŜ. Łukasz Wyka, Uniwersytet im. Adama Mickiewicza w Poznaniu
Jak działa biogazownia. Układy kogeneracyjne mgr inŜ. Łukasz Wyka, Uniwersytet im. Adama
Mickiewicza w Poznaniu
Dystrybucja biopaliw płynnych w Polsce i na świecie mgr inŜ. Michał Łukasz Dworak, Rada
MłodzieŜowa Ligii Ochrony Przyrody
OPIS doświadczeń przeprowadzonych podczas pokazu mgr inŜ. Łukasz Białek, mgr inŜ. Łukasz Wyka
Znaczenie biopaliw w energetyce poszczególnych państw Unii Europejskiej rośnie z roku na rok. Jest
to związane nie tyle ze zwiększeniem świadomości mieszkańców, Ŝe biopaliwa mniej szkodzą
środowisku, co z deklaracją jaką podjęły kraje członkowskie UE. Do 2020 r. mają one spełnić
następujące postulaty:
− 20 % energii pochodzić ma ze źródeł odnawialnych
− 10% mają stanowić domieszki biopaliw do paliw kopalnych
14

15. 16
14
12
10
NCW og.
estry (objetosciowo)
8
bioetanol (objetosciowo)
6
4
2
0
2010 2011 2012 2013 2015 2020
lata
Rys. 1. Wskaźniki NCW (Narodowego Celu Wskaźnikowego) na lata 2010-2020 - Rozporządzenie
Rady Ministrów 2007
BIODIESEL
Biodiesel jest biopaliwem powstającym z przetworzenia olejów roślinnych. Stanowi on zastępcze
paliwo do silników wysokopręŜnych (Diesla).
Biodieslem nazywamy: estry metylowe oleju rzepakowego (RME), estry metylowe (FAME) i etylowe
(FAEE) wyŜszych kwasów tłuszczowych oraz mieszanki paliwowe z olejem napędowym w celu
otrzymania paliwa zapewniającego lepsze warunki pracy silnika.
W odróŜnieniu od normalnego oleju napędowego, biodiesel jest paliwem biodegradowalnym
i nietoksycznym, jego wykorzystanie powoduje znaczne obniŜenie emisji szkodliwych substancji do
atmosfery. Nadaje się on do wykorzystania prawie wszędzie tam, gdzie dziś stosuje się olej
napędowy.
Rośliny oleiste wykorzystywane do produkcji biodiesla:
▪ Rzepak
▪ Słonecznik
▪ Len
▪ Konopie
▪ Soja
▪ Palma kokosowa
4000
3500
3000
− Wysokie wymagania pokarmowe – duŜe zapotrzebowanie na Nna cele energetyczne
2500
i Ca;
na estry
−
tys. ton
Odczyn gleby: 6 - 7;
2000
na cele spoz
− Wysiew nie częściej niŜ co 4 lata
1500
1000
500 15
0
2008 2009 2010 2013
lata

16. Rys. 2. Ilość produkowanego w Polsce oleju
Produkcja biodiesla z oleju rzepakowego
Rzepak inaczej kapusta rzepak (Brassica napus var. oleifera), to jednoroczna roślina zielna. Jest to
najczęściej uprawiana roślina oleista w Polsce, której nasiona są waŜnym surowcem do produkcji
oleju jadalnego.
Liście i łodyga z sinawym nalotem, kwiaty zebrane w groniasty kwiatostan, Ŝółte lub białe, owocem
jest łuszczyna, nasiona czarne lub czerwonawe o duŜej zawartości oleju (ponad 40 %).
Wymagania siedliskowe rzepaku:
▪ wysokie wymagania pokarmowe – duŜe zapotrzebowanie na N i Ca;
▪ odczyn gleby: 6 - 7;
▪ wysiew nie częściej niŜ co 4 lata
Czynniki ograniczające areał uprawy rzepaku:
▪ jakość gleby
▪ niebezpieczeństwo wymarzania
▪ struktura agralna
▪ dopuszczalny udział w strukturze zasiewu
Rys. 3. Rzepak
Etapy produkcji biopaliwa z nasion rzepaku:
▪ skup, przygotowanie i magazynowanie nasion;
▪ tłoczenie i wstępne oczyszczanie oleju;
▪ rafinacja oleju przed przemianami estrowymi;
▪ przemiany estrowe oleju rzepakowego i końcowa filtracja biopaliwa.
Przy otrzymywaniu biopaliwa z zachodzi jednoczesna hydroliza tłuszczu i estryfikacja kwasów
tłuszczowych metanolem.
3 H2O + tłuszcz → kwasy tłuszczowe + gliceryna
kwasy tłuszczowe + 3 MeOH → biodiesel + 3 H2O
sumarycznie:
16

17. tłuszcz + metanol → biodiesel + gliceryna
Szybkość powyŜszych reakcji jest zaleŜna od temperatury, pH i intensywności mieszania. Mieszanina
poreakcyjna rozdziela się samoczynnie: biodiesel stanowi lŜejszą frakcję niemieszającą się z wodą,
natomiast dolna cięŜsza frakcja zawiera glicerynę, katalizator (wodorotlenek potasu lub sodu) i wodę.
W skali przemysłowej separacja moŜe być przyspieszona przez przepływowe wirowanie mieszaniny
poreakcyjnej.
Rys. 4. Schemat produkcji biodiesla z oleju rzepakowego
Najczęściej spotykane odmiany biodiesla:
▪ B100 - 100% stanowią metylowe (lub etylowe) estry kwasów tłuszczowych;
▪ paliwo zawierające biologiczny komponent w postaci metylowych (lub etylowych) estrów
kwasów tłuszczowych:
- B20 (20% Biodiesla w postaci estrów i 80% oleju napędowego
- B80 (80% Biodiesla i 20% oleju napędowego)
- mieszanki estrów i oleju napędowego w innych proporcjach
Wady stosowania biodiesla:
▪ niŜsza wartość opałowa powoduje większe zuŜycie paliwa;
▪ wyŜsza lepkość wpływa na pogorszenie rozpylania paliwa i ciśnienie wtrysku;
17

18. ▪ obniŜenie trwałości elementów stykających się z paliwem, a wykonanych z typowych
elastomerów (elastycznych tworzyw sztucznych) i gum
▪ korozja pokryć lakierniczych elementów stykających się z paliwem;
▪ silne działanie korozyjne na stopy zawierające miedź;
▪ tworzenie osadów blokujących filtry paliwa;
▪ pogorszenie właściwości paliw podczas przechowywania.
BIOETANOL
Bioetanol – odwodniony etanol otrzymywany z podatnych na rozkład biologiczny frakcji odpadów
przemysłowych i miejskich. Proces otrzymywania tego paliwa zachodzi dzięki fermentacji alkoholowej
biomasy lub biodegradowalnej części odpadów (papieru, pozostałości po obróbce drewna, itp.).
Przebiega ona z wykorzystaniem mikroorganizmów, które przetwarzają cukry na etanol. MoŜe być
stosowany w czystej postaci (tzw. E100) lub mieszany z innymi alkoholami (np. z metanolem) lub
paliwami. W Polsce północnej do jego produkcji wykorzystuje się nadwyŜki Ŝywności i słomy.
Za początki wykorzystania bioetanolu w Polsce uwaŜa się rok 1993, kiedy to dodawanie etanolu
w ilościach maks. 5% obj. zostało zawarte w nowej normie na paliwa benzynowe.
Wyniki badań - benzyna z 5% zawartością bioetanolu posiada identyczne właściwości jak benzyna
węglowodorowa, a większość pojazdów moŜe korzystać z paliwa zawierającego 15% etanolu bez
Ŝadnych modyfikacji silnika.
W USA stosuje się 10% dodatek etanolu do benzyny albo paliwa E85, stanowiącego w 85% etanol.
Zakłady samochodowe Ford i Chrysler produkują silniki przystosowane do tego rodzaju paliwa (m.in.
Ford Taurus, Ford Ranger Pickup, Chrysler 3.3L Minivan).
Etapy produkcji bioetanolu
18

19. DROśDZE
mielenie,
rozpuszczanie
pszenica
ekstrakcja,
zagęszczanie,
krystalizacja
burak
płynny surowiec
kukurydza rolniczy fermentacja
ziemniaki
Ŝyto zwierający cukry etanolowa
Rys. 5. Schemat produkcji bioetanolu cz. I
śywność jest niezbędna do Ŝycia, z pewnością bardziej niŜ paliwa. Stąd istnieje konieczność
ograniczenia produkcji bioetanolu z surowców Ŝywnościowych. Obecnie trwają prace nad rozkładem
cukrów złoŜonych, takich jak celuloza, które posłuŜyłyby jako substrat do syntezy biopaliw. Biomasa
celulozowa - moŜe być przechowywana przez wiele lat nie tracąc wartości energetycznej. Dostępne
są dwie główne ścieŜki jej rozkładu:
▪ Proces chemiczny
▪ (silne kwasy, zasady)
▪ Procesy enzymatyczne (celulazy)
Właściwości celulaz:
▪ proces ma charakter hydrolizy
▪ drobnoustroje celulolityczne - grzyby i bakterie
▪ warunki tlenowe i beztlenowe
Inne zastosowanie celulaz:
▪ zwiększanie stopnia odwodnienia suszonych warzyw;
▪ ulepszanie pasz;
▪ klarowanie soków owocowych, wzmocnienie aromatu win;
▪ wygładzanie tkanin sporządzonych z włókien celulozowych;
▪ enzymatyczne ścieranie jeansu;
▪ „biologiczne proszki do prania”( pielęgnacja kolorów, usuwanie brudu cząstkowego,
utrzymywanie bieli wyrobów, działanie zmiękczające).
19

20. W wyniku fermentacji powstaje alkohol etylowy, ale jego zawartość w roztworze nie przekracza 10-
15% (w zaleŜności od jakości mikroorganizmów rozkładających cukry). Pozostałe produkty w brzeczce
to kwasy organiczne, nierozłoŜone cukry, barwniki, pozostałości substratów i same nagromadzone
mikroorganizmy. Taki produkt nie moŜe być paliwem.
Glukoza 2 Etanol + 2 CO2
Rys. 6. Schemat produkcji bioetanolu cz. II
Etanol przy stęŜeniu 40% pali się z łatwością. Ale w komorach zamkniętych proces ten przebiega
w sposób niebezpieczny. Stąd nawet niewielki dodatek wody sprawia, Ŝe roztwór taki powodowałby
niszczenie silnika. Dlatego naleŜy pozbyć się wody do wartości poniŜej 1%. Nie jest to takie proste, bo
powyŜej 95% etanol twory mieszaninę azeotropową, tzn. ilość parującej wody jest taka sama jak ilość
parującego alkoholu.
Metody separacji etanolu
▪ Destylacja azeotropowa (najczęściej stosowana, najdroŜsza)
▪ Perwaporacja (coraz częściej stosowana, znacznie tańsza)
▪ Destylacja membranowa (praktycznie nieuŜywana, mało poznana)
20

21. Rys. 7. Schemat odwadniania etanolu metodą destylacji azeotropowej z uŜyciem benzenu, jako
czynnika rozdzielającego E – etanol, B – benzen, W – woda
Perwaporacja jest to techniką, stosującą membrany polimerowe, jako selektywne separatory
i słuŜąca ogólnie do rozdziału mieszanin ciekłych, np. do odwadniania cieczy organicznych,
szczególnie tych tworzących z wodą azeotropy. NaleŜy podkreślić, Ŝe proces odwadniania przebiega
bez udziału dodatkowych składników.
Mieszaninę po przeprowadzeniu fermentacji kieruję się na instalacje odzysku alkoholu. Roztwór
pofermentacyjny zawierający 6-8 % etanolu poddawany jest wstępnie destylacji na kolumnie
odpędowej i rektyfikacyjnej, a produktem jest mieszanina o zawartości 90-95 % etanolu. Mieszanina ta
transportowana jest następnie do instalacji membranowej, gdzie ulega końcowemu odwodnieniu,
zwykle do stęŜenia powyŜej 99,8% etanolu.
Rys. 8. Schemat odwadniania etanolu metodą perwaporacji
21

22. Destylacja membranowa
Destylacja membranowa (MD) jest procesem, w którym następuje odparowanie składników roztworu
zasilającego przez porowatą membranę hydrofobową, za którą ma miejsce kondensacja wydzielonych
składników. Membrana to półprzepuszczalna bariera rozdzielająca dwie fazy ciekłe lub gazowe, a
transport cząsteczek przez nią zachodzi dzięki zastosowaniu odpowiedniej siły napędowej, którą moŜe
być róŜnica temperatur.
Siłą napędową procesu jest róŜnica ciśnień, wynikająca z róŜnicy temperatury
i składu roztworów przymembranowych.
Rys. 9. Schemat działania membrany
Zalety bioetanolu:
▪ zmniejszają liczbę gazów cieplarnianych emitowanych do atmosfery,
▪ stanowią dobrą alternatywę dla państw rozwijających się - poprzez ich produkcję moŜliwe jest
zwiększenie liczby miejsc pracy oraz wysokości pensji dla rolników,
▪ są odnawialne i biodegradowalne,
▪ zapewniają bezpieczeństwo energetyczne - umoŜliwiają uniezaleŜnienie od importu energii
spoza kraju.
Wady bioetanolu:
▪ jedynie bioetanol lignocelulozowy zmniejsza emisję gazów cieplarnianych,
▪ przy produkcji biopaliw emitowane są WWA,
▪ korzystanie z gruntów rolnych prowadzi do wzrostu cen podstawowych artykułów
Ŝywnościowych,
▪ produkcja biomasy przeznaczonej do produkcji biopaliw powoduje konkurencję o źródła
i dostawy wody,
▪ uprawa roślin na cele bioenergetyczne zmniejsza bioróŜnorodność biologiczną i prowadzi do
powstania gatunków endemicznych na określonych terenach.
Biogazownia rolnicza
22

23. Biogazownia rolnicza jest instalacją słuŜącą do produkcji biogazu. Powstaje on w wyniku
rozkładu przez mikroorganizmy materii organicznej. Proces ten przebiega w warunkach beztlenowych
i nazywany jest fermentacją metanową. Głównymi surowcami uŜywanymi do wytworzenia biogazu są
odpady rolnicze takie jak słoma, trawa, zgniłe owoce i warzywa, odchody zwierzęce oraz inne odpady
organiczne. W procesie rozkładu tych surowców powstaje gaz, który jest mieszaniną metanu
i dwutlenku węgla, a takŜe innych lotnych składników, które powstają w wyniku biodegradacji.
ŚwieŜo przygotowaną mieszankę przygotowanej biomasy pompuje się do zbiorników
fermentacyjnych. W rozdrobnionej postaci mieszanina trafia do pompy i jest tłoczona za pomocą
przepływomierzy. Na kaŜdy ze zbiorników fermentacyjnych określona jest z góry ilość trafiającej tam
mieszanki.
W zbiornikach fermentacyjnych zachodzi proces fermentacji. W miejscu tym stale mierzy się
parametry procesu takie jak: ciśnienie, temperatura, wysokość wkładu biomasy czy ilość piany.
Wytworzony tutaj biogaz zbiera się w górnej części zbiornika pod charakterystyczną, wypukłą
membraną, utrzymującą określone ciśnienie.
Rys.10. Wewnątrz biogazowni – schemat technologiczny
Kolejną czynnością jest przepompowanie biomasy ze zbiorników fermentacyjnych do
pofermentacyjnych, gdzie następuje odzysk biogazu.
Ta sama przepompownia transportuje pofermentacyjne pozostałości wkładu biomasy na
lagunę osadową. Jest to zbiornik magazynowy, w którym po odpowiednim odwodnieniu gromadzi się
materiał będący cennym nawozem organicznym przeznaczonym do uŜyźniania gleb rolniczych.
Wyprodukowany biogaz ze zbiorników fermentacyjnych i pofermentacyjnych odbiera się za
pomocą dmuchaw. Gaz kieruje się na odsiarczalnik. To urządzenie słuŜące do usuwania
zanieczyszczeń związków siarki, które nadają biogazowi nieprzyjemny zapach. W kolejnym etapie gaz
jest dalej oczyszczany. Proces ten polega na podgrzaniu go do odpowiedniej temperatury i zraszaniu
23

24. wodą, która pochłania pozostałe zanieczyszczenia. Osuszony gaz miesza się z niewielką ilością
powietrza i wprowadza do silnika.
Zadaniem silników gazowych jest pozyskanie energii. Maszyny napędzają potęŜny agregat,
który produkuje prąd. Natomiast chłodzenie silników pozwala ogrzewać zakład, poniewaŜ woda
podgrzewa się do temperatury 90 stopni. Ciepło jest zatem produktem ubocznym. Układ ten, w którym
uzyskujemy zarówno energię elektryczną jak i cieplną nazywamy kogeneracyjnym. Silniki są zdalnie
sterowane, operator pracujący przy pulpicie ma pełną kontrolę nad tym, co dzieje się w kaŜdym
momencie procesu.
Wytwarzana w biogazowni energia w pełni zaspokaja potrzeby energetyczne zarówno instalacji jak
i pomieszczeń socjalnych. Powstałe nadwyŜki energii są przekazywane za pomocą sieci
energetycznej do pobliskich miejscowości.
Produkcja biogazu z odchodów zwierzęcych, biomasy roślinnej lub organicznych odpadów jest bardzo
popularna na zachodzie Europy, gdyŜ wspomaga gospodarkę energetyczną. NaleŜy przy tym
pamiętać, iŜ biogaz nie powinien być wytwarzany z surowców Ŝywnościowych tylko z surowców
organicznych niewykorzystanych gospodarczo.
Istnieje wiele zalet produkcji biogazu w biogazowniach, do których zaliczyć moŜna:
▪ produkcję energii elektrycznej i cieplnej oraz nawozu organicznego;
▪ ograniczenie zapotrzebowania na paliwa kopalne, a tym samym realne zwiększenie
niezaleŜności energetycznej;
▪ uniknięcie emisji metanu do atmosfery, który mógłby samoistnie powstawać w wyniku
rozkładu odpadów organicznych;
▪ redukcję emisji związków azotu i siarki, a takŜe zamknięty obieg dwutlenku węgla.
WaŜnym czynnikiem socjologicznym jest zmniejszenie bezrobocia na obszarach wiejskich, dzięki
rozwojowi biogazowni rolniczych. Ponadto wytwarzanie biogazu powoduje wzrost opłacalności
produkcji rolnej, co powoli zachęca coraz większą grupę rolników do inwestowania tą ekologiczną
technologię.
Biopaliwa w Polsce i na świecie
W ostatnich latach zostały ustanowione w Polsce mechanizmy prawne i fiskalne zmierzające
do wprowadzenia na rynek biokomponentów i biopaliw ciekłych. Istotnymi elementami tych
uregulowań są: przepisy zezwalające na dodawanie biokomponentów w wysokości do 5% do benzyn
i oleju napędowego; przepisy dopuszczające do powszechnego obrotu biopaliw typu B-20 i B-100;
moŜliwość wytwarzania biopaliw dla wybranych flot pojazdów transportowych; moŜliwość wytwarzania
biopaliw na potrzeby własne producentów rolnych.
24

25. W Polsce zagadnienia związane z biopaliwami płynnymi reguluje przede wszystkim ustawa
z dnia 25 sierpnia 2006 r. o systemie monitorowania i kontrolowania, jakości paliw oraz ustawa
o biokomponentach i biopaliwach ciekłych. Ustawa ta, obowiązująca od dnia 1 stycznia 2007 r.,
umoŜliwia produkcję biopaliw zarejestrowanym rolnikom indywidualnym, jednakŜe w ograniczonej
ilości 100 l/ha lub w energetycznym ekwiwalencie innego paliwa, np. gazowego. Technologia do
produkcji biodiesla są doskonale opracowane jak równieŜ urządzenia do tłoczenia oleju są łatwo
dostępne. Jednak przepisy zezwalające na produkcję biodiesla na własne potrzeby są bardzo
restrykcyjne, co bardzo ogranicza a wręcz uniemoŜliwia jego popularyzację wśród rolników.
Wykorzystanie biopaliw z kaŜdym rokiem na świecie wzrasta. Przyjmuje się, Ŝe największy wzrost
powinien nastąpić w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej gdzie wykorzystanie biopaliw
powinno wzrosnąć o 30 %. Najprawdopodobniej Brazylia zwiększy swą moc produkcyjną równieŜ
o 30%, przez co podwoi ilość biopaliwa, które obecnie eksportuje, pozostając największym na świecie
eksporterem biopaliw.
W Europie, Niemcy pozostaną nadal największym europejskim producentem biopaliw.
W Polsce podobnie do innych krajów przewiduje się, Ŝe zwiększenie zastosowanie oraz zwiększenie
ilości biopaliw w transporcie do 2020 r. będzie miało duŜe znaczenie w wielu dziedzinach gospodarki.
Zwiększenie udziału biopaliw będzie stwarzać moŜliwość rozwoju wielu sektorów gospodarki, między
innymi rolnictwa. Wprowadzone środki będą zasilać rolnictwo, a takŜe inne działy gospodarki, poprzez
rozwój produkcji w działach wspierających te sektory. Ponadto zgodnie z unijnym programem oraz
załoŜeniami przyjętymi w kraju około roku 2015 rozpocznie się produkcja biopaliw drugiej generacji,
która do roku 2020 powinna osiągnąć, co najmniej 20% całości wytwarzanych biopaliw ciekłych.
Fakty dotyczące dystrybucji biogazu
▪ Obecnie w Niemczech jest 4,5 tysiąca biogazowni. Polska ma ich niewiele ponad 100, ale
w budowie i na róŜnych etapach przygotowań jest kolejnych 200.
▪ Większość juŜ działających w naszym kraju biogazowni to dość niestandardowe jak na tę
branŜę instalacje. Instalowane są na wysypiskach śmieci, a wykorzystują tzw. gaz
składowiskowy i osady ściekowe.
▪ Typowych biogazowni, przerabiających odpady rolne i z zakładów, zajmujących się produkcją
spoŜywczą, jest na razie ledwie kilkadziesiąt. Nie mamy ani jednej instalacji biogazowej
wykorzystującej rośliny energetyczne, a dopiero rozwój takich obiektów mógłby ulokować
Polskę w europejskiej czołówce tej branŜy.
25

26. Inwestowaniem w biogazownie w Polsce interesują się juŜ dziesiątki firm. Wśród nich są duŜe
koncerny, m.in. Polska Grupa Energetyczna, Energa, Enea, PGNiG, Krajowa Spółka Cukrowa. Ale i
znaczący inwestorzy prywatni: Polski Koncern Mięsny Duda, BBI Zeneris, Biopower (kontrolowany
przez izraelskiego biznesmena, Aleksandra Rechtera) czy Agrogaz, której współwłaścicielem jest
Gdańska Energia.
Jest biopaliwem zawierającym 10% obj. bioetanolu i 90% obj. benzyny. Paliwo to oferowane
jest m.in. w USA jako alternatywa dla konwencjonalnej benzyny. MoŜe być stosowane
E10 zarówno w amerykańskich FFV oraz w standardowych pojazdach wyposaŜonych w silniki
benzynowe, które uzyskały dopuszczenie producenta do stosowania takiego paliwa.
Rys. 11. Rozmieszczenie biogazowni w Polsce
Dystrybucja biodiesla i bioetanolu
JeŜeli chodzi o dostęp do biopaliw zasilających samochody z silnikiem wysokopręŜnym to na polskich
stacjach benzynowych moŜna bez większego kłopotu kupić prawdziwy biodiesel B100. Paliwo to
znajdziemy na stacjach marki Bliska, naleŜących do koncernu PKN Orlen, pod nazwą Bioester.
Biopaliwo składające się z 20% obj. bioetanolu i 80% obj. benzyny oferowane jest głównie
E20 w Brazylii do silników niskopręŜnych.
Jest biopaliwem do silników benzynowych składającym się z bioetanolu z 15-30% domieszką
benzyny. Na świecie popularność paliwa E85 ciągle wzrasta. Stosowane jest na szeroką
E85 skalę m.in. w Brazylii oraz w USA. W Europie trwają prace nad jego większym
upowszechnieniem, w czym duŜy udział ma Szwecja. E85 moŜe być uŜywane tylko
26

27. w pojazdach z silnikiem FFV
Jest to biopaliwo zawierające 95% bioetanolu oraz 5% benzyny przeznaczone dla silników
z zapłonem samoczynnym. Ze względu na szczególnie niski poziom emisji spalin winno być
E95 stosowane w transporcie miejskim oraz w strefach szczególnie chronionych. Paliwo to jest
produktem oferowanym na małą skalę. W Europie E95 stosowane jest w Szwecji.
E100 oferowane jest wyłącznie w Brazylii i Argentynie. Paliwo to składa się z samego
E100 bioetanolu o czystości 96% obj. bez domieszki benzyny. Pozostałą ilość 4% obj. stanowi
woda, której całkowite wydzielenie w procesie destylacji nie jest moŜliwe.
Jeśli chodzi o jakość paliwa, stacja Bliska zapewnia, Ŝe ich biodiesel spełnia standardy jakościowe
zawarte w normie PN EN 14214 i doskonale nadaje się do samochodów cięŜarowych, osobowych
i ciągników rolniczych.
Tab. 1. Rodzaje paliw zawierających bioetanol
POKAZY DOŚWIADCZEŃ NAUKOWYCH
1. WIELKA PIANA
Eksperyment ukazuje wpływ stęŜenia reagentów na szybkość reakcji chemicznej. Doświadczenie
moŜna odnieść równieŜ do reakcji spalania określonych paliw. Dodatek niektórych biokomponentów
ma za zadanie polepszyć właściwości palne paliw, które mają pozytywny wpływ na środowisko oraz
silniki maszyn.
SPRZĘT I ODCZYNNIKI
- dwa cylindry miarowe (500 ml), lejek szklany, bagietka, łyŜeczka
- perhydrol (30%), jodek potasu, woda destylowana, barwnik, płyn do mycia naczyń
27

28. PRZYGOTOWANIE
KONIECZNIE UBRAĆ RĘKAWICE OCHRONNE!
Do cylindra miarowego ostroŜnie nalewamy 20 ml perhydrolu (H2O2). Następnie do naczynia
dolewamy 40 ml wody oraz 5 ml płynu do mycia naczyń, po czym uzyskany roztwór dokładnie
mieszamy. W kolejnym kroku wsypujemy niewielką ilość jodku potasu. Momentalnie rozpoczyna się
reakcja, w której wydziela się duŜa ilość ciepła i produkty rozkładu perhydrolu, co uwidacznia się przez
wytworzenie piany.
Reakcję powtarzamy, lecz tym razem nie dodajemy wody do perhydrolu. Porównujemy czas
wytworzenia się piany, który powinien tym razem być krótszy.
2. ŁÓDŹ PAROWA
Doświadczenie przedstawia, w jaki sposób działa najprostszy silnik cieplny, czyli silnik parowy, na
przykładzie łódki napędzanej świeczką. PoniŜej zamieszczamy krótki opis, w jaki sposób przygotować
układ napędowy, który moŜe wprawiać w ruch dowolną rzecz, pływającą na wodzie i utrzymującą się
na powierzchni wraz z silnikiem.
ELEMENTY DO BUDOWY SILNIKA
- puszka aluminiowa (330ml), klej dwuskładnikowy epoksydowy szybkoschnący, słomki do picia dł. ok.
200mm, świeczka
PRZYGOTOWANIE
Wycinamy z puszki aluminiowej górną jej część, następnie przecinamy puszkę w dół (patrz Rys. 12.),
a na końcu odcinamy dolną część puszki tak, aby został nam kawałek blachy aluminiowej.
Rys. 12.
Wyrównujemy brzegi puszki, aby nie było ostrych kantów.
Zginamy otrzymany kawałek aluminium na pół zgodnie, a następnie zaginamy dwa dłuŜsze boki do
środka tak jak na rysunku 13. Szerokość środka powinna wynosić około 1-1,5cm. NaleŜy dogiąć
zagięte boki.
Rys. 13.
28

29. UŜywając słomek formujemy wnękę, która powinna wyglądać tak jak poniŜej. Słomki wkładamy
krótszym końcem w taki sposób, aby zagięcie słomek znajdowało się 4mm od blachy.
Rys. 14.
NaleŜy teraz zabezpieczyć nasz kociołek, w którym juŜ jest uformowana wnęka (zgodnie ze zdjęciem)
za pomocą kleju epoksydowego. Zaklejamy wszystkie dziury, przez które moŜe uciec powietrze. Klej
epoksydowy zaczyna wiązać ze sobą łączone elementy juŜ po 10 minutach, jednak zalecane jest, aby
odczekać parę godzin przed pierwszym testowaniem szczelności silnika.
Rys. 15.
W przypadku spostrzeŜenia jakiejś otworu naleŜy zakleić to miejsce, aby nasz silnik pozostał szczelny,
bo tylko to pozwoli na jego prawidłowe funkcjonowanie.
W celu przetestowania działania naszego silnika naleŜy zamontować go w łódce tak, aby koniec
silnika znajdował się 52mm od poziomu podłogi, do której go montujemy. Przez otwór w łodzi, który
został zrobiony do zamocowania mechanizmu przekładamy słomki i przyklejamy je od spodu za
pomocą taśmy klejącej. Uszczelniamy klejem miejsce otworu, by łódka nie zatonęła.
Rys. 16.
Przy pierwszym uruchomieniu silnika naleŜy zalać rurki wypływowe, wstrząsnąć silnikiem, aby
rozprowadzić wodę po części aluminiowej, wylać wodę i ponownie napełnić rurki – układ musi być
„zalany”. Następnie umieszczamy łódkę na wodzie i zapalamy znajdujący się pod silnikiem
podgrzewacz (Rys. 17.). Zbudowana przez nas łódka powinna samodzielnie pływać do momentu
wypalenia się podgrzewacza.
Rys. 17.
WYJAŚNIENIE
29

30. Nasza łódź zasilana jest przez bardzo prosty silnik cieplny. Silnik ten zamienia energię
termiczną na energię mechaniczną. Składa się on z małej kotłowni podłączonej do rury wydechowej
(słomki). Kiedy podpalamy podgrzewacz/świeczkę, nasz kocioł nagrzewa się powodując powstanie
pary wodnej wewnątrz. Wypycha ona wodę z rurki wprawiając w ruch łódź przez impuls wodny
kierunkowy. Para wodna wewnątrz tworzy podciśnienie, co sprawia, Ŝe silnik pobiera wodę
z powrotem przez rurki wypływowe zalewając chłodną wodą układ. W ten sposób cykl się powtarza.
30