Üzemanyagok biológiai eredetű

Üzemanyagok biológiai eredetű hányadának meghatározása 14C módszer segítségével Major István1, Janovics Róbert2, Futó István2, Molnár Mihály2, Veres Mihály3 1 Debreceni

Egyetem, Debrecen, Magyarország [email protected] 2 MTA Atommagkutató Intézet, Debrecen, Magyarország 3 Isotoptech Zrt, Debrecen, Magyarország

IX. Kárpát-medencei Környezettudományi Konferencia, Miskolc, Június 13-15, 2013

Bevezetés 2013.május: 399,89 ppm A Hawaii-szigeteken lévő Mauna Loán 1958 óta folyamatosan mérik a légköri széndioxid koncentrációját. A mérések kezdetén ez 317 ppm volt, az ipari forradalom idején pedig 280 ppm. Kiotói jegyzőkönyv (1997) Célja: a fejlett országok a 2008-2012-es időszakban átlag 5,2%-kal csökkentsék az üvegházhatású gázok kibocsátását az 1990-es bázisévhez képest. 2020-ig meghosszabbították.

Fő irányvonal: Fosszilis energiahordozók, mint a kőolaj és kőszén helyettesítése lehetséges megújuló forrásokkal, mint a pl:biomassza

A bio-üzemanyagok, illetve más megújuló üzemanyagok használatának előmozdítása a közlekedési ágazatban Jogszabályi háttér: „Bio-üzemanyagok: a biomasszából előállított folyékony vagy gáz halmazállapotú, a közlekedésben használt üzemanyagok” 2003/30/EK irányelv: A bio-üzemanyagok felhasználásának növelése fő okai: • az európai térség kőolajimport-függésének csökkentése • a Kiotói Jegyzőkönyvben vállalt kötelezettségek teljesítése. A közlekedési ágazat képviseli az EU végső energiafelhasználásának több, mint 30 %-át. A CO2-kibocsátása 1990. és 2010. között 50 %-kal nő, melynek fő okozója a közúti szállítás, amely a közlekedéssel kapcsolatos CO2-kibocsátás 84 %-áért felelős.

Európai Tanács 2007: „Megújulóenergia-útiterv – Megújuló energiák a XXI. században: egy fenntarthatóbb jövő építése” 2020-ra a megújuló energiaforrásokból előállított energia összarányára vonatkozó 20 %-os célkitűzés, és a közlekedésben használt megújuló energiaforrásokból előállított energiára vonatkozó 10 %-os célkitűzés megfelelő és megvalósítható feladat lenne.

2009/28/EK irányelv: Tagállamonként egységesen 10%-ban határozta meg a közlekedési ágazat teljes energiafogyasztásában a megújuló energiaforrások kötelező részarányát.

A bio-diesel keverékek használatának növekedése előtérbe hozta a pontos bekeverési arány fontosságát: • A bio- és fosszilis diesel térfogatarányos (v/v) keverése • A keverési folyamat során az eltérő fizikai tulajdonságok (pl.: sűrűség) miatt pontatlan keverékek jöhetnek létre • Problémák jelentkezése az idős járművek alkatrészeiben (csövek, tömítések, szűrők) • Anyagi és gazdasági vonatkozások (adó és egyéb kedvezmények) A keverékek százalékos összetételének meghatározására alkalmas módszerek • Szappanosítási szám, észter szám Relatív módszerek – kalibrálási görbe • Infravörös spektroszkópia • Gáz és folyadék kromatográfia

• Radiokarbonos vizsgálat (β β-bomló, T1/2=5730 év) Fosszilis diesel 14C tartalma már elbomlott (ffosszilis=0 pMC) A biológiai eredetű források 14C tartalma a légkörével egyenlő (fbiológiai = 103 pMC )

F bio=pMC keverék/pMC bio

Group of European Customs Laboratories - Action 2 “Study on biocomponents in fuels (Biofuels)” Ring test Üzemanyag minták bio-arányának meghatározása egy választott módszerrel: • Egyedileg fejlesztett módszer • Folyadék szcintilláció számlálás (LSC) • Izotóp arány tömegspektrometria (IRMS) • Gyorsítós tömegspektrometria (AMS) Sample Sample A1 Sample A2 Sample A3 Sample A4 Sample B Sample C

Composition Diesel + 10% HVO (Rapeseed oil) Diesel + 90% HVO (Rapeseed oil) Diesel + 10% HVO (Palm oil) Diesel + 90% HVO (Palm oil) Diesel + 5-10% FAME+ 5-10% HVO Gasoline + Synthetic EtOH + BioEtOH + ETBE

Sample number 1-17969 1-18969 1-19969 1-20969 1-21969 1-22969

HVO – hydroganeted vegetable oil

FAME – fatty acid methyl ester

EtOH – ethanol

ETBE – ethyl-tert buthil ester

Net weight 2 x 150 ml 2 x 150 ml 2 x 150 ml 2 x 150 ml 2 x 150 ml 2 x 150 ml

A minták előkészítése és mérése • Az U-alakú, törőzáras üvegcsőbe előzetesen ismert mennyiségű CuO és Ag reagenseket mértem be. • Azután ~3,5 mg mintát mértem be fecskendő segítségével. • Az U-alakú csövet az elővákuum rendszerhez csatlakoztattam. • Az üveget alkohol+szárazjég keverékével 1 percig hűtöttem. • A behűtött mintát 1 perc alatt 5x10-3 mbar szívtam le •Szívás közben a csövet szúrólánggal zártam le • A minták 1 éjszakára 550°C kemencébe kerültek

• Az üvegcső ép végét felcsatlakoztattam a gáztisztító rendszerre • Mágnessel feltörtem a törőzárat •A keletkezett, megtisztított CO2 mennyiségét nyomásméréssel határoztam meg. •A minta mennyiségét megfeleztem, az egyik fele grafitizálásra, a másik fele rezerválásra került. • Zártcsöves grafitizálási módszer • Szilárd Zn és TiH2 reagensek • 7 órányi kemencében töltött idő 500 és 550°C-on AMS mérés 0,3‰ hibával

•Préselés

A párhuzamos üzemanyag minták szén stabil izotóp mérésének eredményei Minta

δ13C/12C

Várt összetétel 1.

2.

3.

Háttér

Paraffin olaj

-28,44 ± 0,02

-28,42 ± 0,02

Standard

Repce olaj

-31,19 ± 0,02

-31,12 ± 0,02

-31,33 ± 0,02

Sample A1

Diesel + 10% HVO (Rapeseed oil)

-28,7 ± 0,02

-28,73 ± 0,02

-28,7 ± 0,02

Sample A2


-29,81 ± 0,02

-29,77 ± 0,02

-29,92 ± 0,02

Sample A3

Diesel + 10% HVO (Palm oil)

-28,8 ± 0,02

-28,77 ± 0,02

-28,88 ± 0,02

Sample A4


-29,97 ± 0,02

-30,09 ± 0,02

-30,11 ± 0,02

Sample B

Diesel + 5-10% FAME+ 5-10% HVO

-29,11 ± 0,02

-29,08 ± 0,02

-29,13 ± 0,02

Sample C

Gasoline + Synthetic EtOH + BioEtOH + ETBE

-27,8 ± 0,1

-28 ± 0,1

-27,6 ± 0,1

A párhuzamos üzemanyag minták C-14 mérésének eredményei 14

C (pMC)

Minta

Várt összetétel 1.

2.

3.

Háttér

Paraffin olaj

0,2 ± 0,1

0,1 ± 0,1

0,0 ± 0,1

Standard

Repce olaj

102,9 ± 0,4

103,4 ± 0,4

102,8 ± 0,4

Sample A1


10,3 ± 0,1

10,3 ± 0,1

10,1 ± 0,1

Sample A2


96,2 ± 0,4

96,2 ± 0,4

95,7 ± 0,4

Sample A3


10,4 ± 0,2

10,5 ± 0,2

10,1 ± 0,2

Sample A4


95,7 ± 0,3

95,4 ± 0,3

95,9 ± 0,3

Sample B


16,1 ± 0,1

16,2 ± 0,1

16,0 ± 0,1

Sample C


7,2 ± 0,1

9,6 ± 0,1

Az üzemanyag minták biológiai eredetű hányadának meghatározása 14

Minta

Várt összetétel

C (pMC)

Bio %

δ13C/12C

C:W%

Háttér

Paraffin olaj

0,1

0,0

-28,4

82,1

Standard

Repce olaj

103,1

100,0

-31,2

75,7

Sample A1


10,3

10

-28,7

91,5

Sample A2


96,1

93,2

-29,8

90,6

Sample A3


10,4

10,1

-28,8

93,1

Sample A4


95,7

92,8

-30,1

91,1

Sample B


16,2

15,7

-29,1

91,1

Sample C


8,5

8,2

-27,8

43,6

Összefoglalás • Elvégeztük hat db biodiesel keverék üzemanyag minta előkészítését és C-14 mérését • A minta előkészítési módszer a C-14 és szén stabil izotóp mérés alapján reprodukálhatónak bizonyult • A radiokarbon mérések alapján a keverékek a várt arányban tartalmaznak bio- és fosszilis eredetű üzemanyagot • A minták C-14 tartalmának mérése sokkal érzékenyebb módszer a keverék komponenseinek meghatározásában • A körmérés eredményeinek nyilvánossá tétele után lehetővé válik a többi laborral való összehasonlítás

XI. Magyar Aeroszol Konferencia Debrecen, 2013. október 28-30.

www.atomki.mta.hu/Magyar_Aeroszol_Konferencia

Ezúton szeretnék köszönetet mondani a Hertelendi Ede Környezetanalitikai Laboratórium minden egyes munkatársának a kutatásban nyújtott segítségéért A kutatást támogatták: • Új Magyarország Fejlesztési Terv (GOP-2.1.1-09/A-2009-2008) • ENVIKUT (TÁMOP-4.2.2.A-11/1/KONV-2012-0043 számú projekt) • TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0024 számú projekt • TÁMOP 4.2.4.A/2-11-1-2012-0001 számú Nemzeti Kiválóság Program projekt • A projekt az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg.

Üzemanyagok biológiai eredetű

Recommend Documents