Biodiesel może być produkowany szybciej, efektywniej i taniej

Estry wyższych kwasów tłuszczowych. Brzmi groźnie. Dodajmy więc szybko, że znajdują zastosowanie jako biopaliwa. A właściwie biodiesel. Taki ester ma bardzo zbliżone parametry fizyko-chemiczne do konwencjonalnych olejów napędowych, lecz różni go od nich to, że jest pozbawiony związków siarki. A to sprzyja zmniejszeniu zanieczyszczeń i zdecydowanie zwiększa jego popularność. Żeby estry wyższych kwasów tłuszczowych oswoić jeszcze bardziej, dodajmy też, że są stosowane jako dodatki poprawiające właściwości produktów w przemyśle farmaceutycznym, chemicznym czy kosmetycznym. Stanowią składnik szamponów (zmniejszają wytwarzanie piany i mają właściwości zmiękczające), kremów, farb, smarów (poprawiają ich właściwości plastyczne). W tym świetle nowatorska metoda ich uzyskiwania opracowana przez naukowców Politechniki Śląskiej nabiera właściwego znaczenia.
Na czym polega? W procesie wytwarzania estrów wyższych kwasów tłuszczowych niezbędne są katalizatory. Bez nich procesu nie da się przeprowadzić. Do wyboru są dwie możliwości. Pierwsza to katalizatory zasadowe, które są używane w przemyśle najczęściej, głównie z tego powodu, że są tanie. W obecności alkoholu traktuje się kwas tłuszczowy zasadą, np. wodorotlenkiem potasu lub sodu, co jednak wiąże się z koniecznością użycia dużej ilości wody, którą trzeba później wypłukać katalizator z produktu. A że podczas takiego procesu powstają również mydła, oczyszczanie bywa trudnym zadaniem. Nie dość, że niezbyt ekonomicznym, to jeszcze mało ekologicznym. Drugą możliwością jest zastosowanie katalizatorów kwasowych, w tym najtańszego z nich, czyli kwasu siarkowego. Rzadko jednak się go stosuje, bo miesza się z reagentami mieszaniny reakcyjnej, więc po procesie nie da się go oddzielić. Żeby produkt, na którym nam zależy, uwolnić od jego obecności, trzeba katalizator zneutralizować, czyli potraktować go zasadą.
- Nasze katalizatory są katalizatorami kwasowymi, opartymi na kwasie siarkowym, ale nie mieszają się z produktem - wyjaśnia dr inż. Alina Brzęczek-Szafran, pomysłodawczyni nowatorskiej metody otrzymywania estrów wyższych kwasów tłuszczowych. - Po procesie produkt i katalizator tworzą dwie oddzielne fazy, jak woda i olej w szklance.
Jak to możliwe? Dzięki zmianie właściwości kwasu siarkowego poprzez wytworzenie z niego związków jonowych i przekształcenie go w ciecz jonową. O cieczach jonowych mówi się zwykle, że są drogimi katalizatorami. - Te opracowane przez nas są tanie, bo procedura ich otrzymywania jest bardzo prosta, można je wytworzyć w prostej reakcji: łączymy kwas z zasadą i związek, który otrzymujemy, ma już zupełnie inne właściwości. Jest bardzo polarny, dzięki czemu w procesie otrzymywania estrów tworzy zupełnie oddzielną fazę od produktu. Wystarczy zlać jedną z nich z reaktora i mamy produkt niewymagający oczyszczania. A to oznacza, że zastosowanie naszego katalizatora pozwala nie tylko zredukować etapy oczyszczania, ale też dostać produkt z wysoką wydajnością, o wysokiej czystości i w krótkim czasie - mówi Brzęczek-Szafran.
A to nie wszystko. Katalizatory z Politechniki Śląskiej mają jeszcze jedną wyjątkową właściwość. - W procesie otrzymywania estrów wyższych kwasów tłuszczowych powstaje woda, którą również trzeba oddzielić. Nasze katalizatory rozwiązują ten problem, bo mają zdolność do jej pochłaniania. W dodatku ta ich właściwość przyśpiesza powstawanie produktu, co skraca proces produkcji - przekonuje. I jakby tego było mało - w odróżnieniu od tradycyjnych katalizatorów ten ze Śląska można regenerować i ponownie stosować, dzięki czemu można gospodarować surowcami w bardziej zrównoważony sposób. Wszystko to wpływa pozytywnie na zmniejszenie liczby operacji, ekonomiczność procesu i tym samym chroni środowisko.
Nowatorskie rozwiązanie opracowane przez naukowców z Politechniki Śląskiej powstało w ramach projektu „Lider” Narodowego Centrum Badań i Rozwoju i jest już objęte dwoma krajowymi zgłoszeniami patentowymi. Zgłoszone zostało też do europejskiego urzędu patentowego i opisane w prestiżowym czasopiśmie publikującym obiecujące rozwiązania z obszaru zielonej chemii. - Nasz zespół kierowany przez prof. Annę Chrobok ma sprawdzone rozwiązania na kilku surowcach, ale jesteśmy w stanie prowadzić badania dla firm, pod konkretny, produkowany przez nie produkt - zapewnia dr inż. Alina Brzęczek-Szafran. Umożliwia to projektowalność opracowanych cieczy jonowych, czyli możliwość modyfikacji ich właściwości fizykochemicznych, jak np. lepkość czy gęstość, co pozwala na wszechstronne zastosowanie ich w procesach otrzymywania całej gamy estrów.
Eureka! DGP
Trwa dziewiąta edycja konkursu „Eureka! DGP - odkrywamy polskie wynalazki”. Do udziału zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Od dziś do czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej. Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi na specjalnej gali pod koniec czerwca, zaś podsumowanie cyklu ukaże się w Magazynie DGP. Główną nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki - firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR PL SA (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej), ufundowana przez organizatora. Strona internetowa konkursu: eureka.dziennik.pl