Utylizacja olejów i tłuszczów posmażalniczych
Nadchodzący kryzys paliwowy kieruje uwagę na niewykorzystane źródła energetyczne. Jednym z nich są używane do smażenia tłuszcze. Przedostają się one do sieci ściekowej, gdzie ulegają przemianie do mydeł wapniowych i stwarzają trudności w przesyłaniu i oczyszczaniu ścieków. Dlatego właściwa utylizacja tłuszczów stosowanych do celów kulinarnych ma swoje uzasadnienie ze względów zarówno energetycznych, jak i ekologicznych.
Dla przykładu w Austrii zbiera się ok. 5 kg/osobę/rok tłuszczów używanych w gospodarstwie domowym, które po oczyszczeniu stosowane są do produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych (EMKT) – rocznie wytwarza się tam ponad 3000 Mg EMKT. Głównym problemem w wykorzystaniu tłuszczów z rozproszonych źródeł jest ich zbiórka. Ważne jest, aby tak ją zorganizować, aby system sam się realizował. Najprościej dostarczyć pojemniki o różnej pojemności do domów, restauracji i sezonowych smażalni, systematycznie je odbierać i transportować do miejsc ich gromadzenia. Punkt zbiorczy powinien być wyposażony w ogrzewane zbiorniki i zestaw do filtracji. Filtrat, czyli tłuszcz wolny od części stałych, może być przesyłany dalej do wytwórni EMKT, gdzie jest kupażowany (uśredniany skład) i kierowany do produkcji. Obecne w surowym tłuszczu posmażalniczym części hydrofilowe (białka i węglowodany) należy jak najszybciej usunąć. Operacja ta zapobiega hydrolizie tłuszczu i tworzeniu się wolnych kwasów tłuszczowych (WKT).
Innym problemem jest stan skupienia tłuszczów wchodzących w skład mieszaniny – olejów bądź tłuszczów stałych typu Planta. Z uwagi na różny stan skupienia tłuszczów posmażalniczych wymagane jest ogrzewanie kupażowanych mieszanin, co pozwala uśrednić skład partii kierowanej do przerobu na EMKT. W autoklawie do produkcji EMKT tłuszcz powinien być ogrzany do temperatury ok. 45°C. Ważne jest, aby tłuszcz był ogrzany o ok. 10oC ponad temperaturę topnienia frakcji stałej. Po dodaniu metanolu w środowisku reakcja tworzenia się EMKT zachodzi szybko. Jest to dość prosta operacja, która komplikuje się, gdy przerabia się duże ilości surowca. Dlatego należy wytwarzać EMKT w wyspecjalizowanych zakładach, które mogą zapewnić standardowy produkt finalny i, co ważne, zagospodarować odpady i produkty uboczne.
Dość trudno jest uzyskać od wytwórców produktów smażonych próbkę zużytego tłuszczu do badań. Wniosek jest prosty: garmażerie i smażalnie np. ryb nie przestrzegają norm czasu ogrzewania (wykorzystania) tłuszczu. Stąd te opory. Kontrola tego czasu powinna być często prowadzona. Tłuszcze w czasie smażenia ulegają polimeryzacji, zmienia się ich lepkość i zapach. Część tych zmian jest akceptowana ze względów smakowych, ale nie są one obojętne dla naszego zdrowia. Wprowadzenie rygorystycznej kontroli w punktach smażalniczych zwiększy przydatność tego surowca dla produkcji EMKT. Przyjmując, że w Polsce będzie się zbierać tylko 1 kg tłuszczu/osobę/rok, daje to sumarycznie 38 tys. Mg (docelowo nawet 50 tys. Mg). Przekonanie mieszkańców do zbierania w specjalnych pojemnikach nieprzydatnych dla nich tłuszczów posmażalniczych jest sprawą podstawową. Sukces zbiórki tłuszczów odpadowych może przyczynić się m.in. do zmniejszenia popytu na preparaty do udrażniania zlewów. Pojawienie się na rynku odpadowego tłuszczu posmażalniczego w większej ilości powinno doprowadzić do powstania co najmniej czterech dużych wytwórni EMKT. Do czasu rozwinięcia się sieci zbiórki tłuszczów posmażalniczych można by produkować EMKT np. z oleju rzepakowego.
Technologia wytwarzania EMKT z olejów posmażalniczych
Temat wykorzystania tłuszczów przepracowanych posiada bogatą literaturę przedmiotu, również polską1. Analizując zawarte w tabeli właściwości tłuszczu wsadowego, dochodzi się do wniosku, że z punktu widzenia reżimu technologicznego dane są zbyt liberalne.
Dopuszczalna zawartość WKT dla procesu alkalicznego może wynosić maksymalnie 0,5%. Zawyżona jest dopuszczalna zawartość fosforu. Do smażenia używane są oleje rafinowane o zawartości fosforu ok. 6-7 ppm.
Istotnym problemem procesowym jest zawartość WKT w olejach posmażalniczych. Kwasy te tworzą się w czasie smażenia i składowania niefiltrowanego tłuszczu. Jest to jeden z czynników komplikujących technologię otrzymywania EMKT. Dlatego dobrze i sprawnie zorganizowana zbiórka tłuszczów posmażalniczych może zapewnić surowiec wsadowy względnie dobrej jakości.
Charakterystyka tłuszczu wsadowego dla produkcji EMKT1
Podstawowy proces alkaliczny produkcji EMKT prowadzi się w temperaturze ok. 45°C. Do całkowicie stopionego tłuszczu w reaktorze wprowadza się odmierzoną ilość alkalicznego metanolu. Całość się miesza i zostawia do wydzielenia gliceryny. W podobny sposób prowadzone są procesy półciągłe, gdzie stosuje się intensywne mieszanie, a potem rozwarstwianie mieszaniny w stacjonarnym separatorze. Reakcja tworzenia się EMKT nie zachodzi ilościowo, a tylko w ok. 95%, dlatego proces należy prowadzić dwustopniowo. Wysoka zawartość WKT w tłuszczu powoduje duże straty katalizatora reakcji, jakim jest np. KOH, w wyniku tworzenia się mydeł potasowych. Korzystnym rozwiązaniem jest tutaj najpierw estryfikacja kwaśna, a potem alkaliczna. Duże wytwórnie EMKT z olejów surowych poddają je wstępnej rafinacji, co eliminuje WKT i związki fosforowe. Podobną technologię można rozważyć w przypadku kwaśnych tłuszczów posmażalniczych, zależy to jednak od wielkości produkcji.
Reasumując: zbiórka i wstępne oczyszczanie tłuszczów posmażalniczych może być domeną małych zakładów. Produkcja EMKT powinna być zlokalizowana w dużych jednostkach produkcyjnych, gdzie zapewni się możliwość kupażowania EMKT z różnych surowców. Dotąd omawiano EMKT jako dodatki do oleju napędowego. W przypadku tłuszczów silnie zdegradowanych otrzymane z nich estry można wykorzystać jako dodatek do oleju opałowego.
Źródła
Jan Sawicki
Katedra Technologii Chemicznej
Wydział Chemiczny
Politechnika Gdańska
Dla przykładu w Austrii zbiera się ok. 5 kg/osobę/rok tłuszczów używanych w gospodarstwie domowym, które po oczyszczeniu stosowane są do produkcji estrów metylowych kwasów tłuszczowych (EMKT) – rocznie wytwarza się tam ponad 3000 Mg EMKT. Głównym problemem w wykorzystaniu tłuszczów z rozproszonych źródeł jest ich zbiórka. Ważne jest, aby tak ją zorganizować, aby system sam się realizował. Najprościej dostarczyć pojemniki o różnej pojemności do domów, restauracji i sezonowych smażalni, systematycznie je odbierać i transportować do miejsc ich gromadzenia. Punkt zbiorczy powinien być wyposażony w ogrzewane zbiorniki i zestaw do filtracji. Filtrat, czyli tłuszcz wolny od części stałych, może być przesyłany dalej do wytwórni EMKT, gdzie jest kupażowany (uśredniany skład) i kierowany do produkcji. Obecne w surowym tłuszczu posmażalniczym części hydrofilowe (białka i węglowodany) należy jak najszybciej usunąć. Operacja ta zapobiega hydrolizie tłuszczu i tworzeniu się wolnych kwasów tłuszczowych (WKT).
Innym problemem jest stan skupienia tłuszczów wchodzących w skład mieszaniny – olejów bądź tłuszczów stałych typu Planta. Z uwagi na różny stan skupienia tłuszczów posmażalniczych wymagane jest ogrzewanie kupażowanych mieszanin, co pozwala uśrednić skład partii kierowanej do przerobu na EMKT. W autoklawie do produkcji EMKT tłuszcz powinien być ogrzany do temperatury ok. 45°C. Ważne jest, aby tłuszcz był ogrzany o ok. 10oC ponad temperaturę topnienia frakcji stałej. Po dodaniu metanolu w środowisku reakcja tworzenia się EMKT zachodzi szybko. Jest to dość prosta operacja, która komplikuje się, gdy przerabia się duże ilości surowca. Dlatego należy wytwarzać EMKT w wyspecjalizowanych zakładach, które mogą zapewnić standardowy produkt finalny i, co ważne, zagospodarować odpady i produkty uboczne.
Dość trudno jest uzyskać od wytwórców produktów smażonych próbkę zużytego tłuszczu do badań. Wniosek jest prosty: garmażerie i smażalnie np. ryb nie przestrzegają norm czasu ogrzewania (wykorzystania) tłuszczu. Stąd te opory. Kontrola tego czasu powinna być często prowadzona. Tłuszcze w czasie smażenia ulegają polimeryzacji, zmienia się ich lepkość i zapach. Część tych zmian jest akceptowana ze względów smakowych, ale nie są one obojętne dla naszego zdrowia. Wprowadzenie rygorystycznej kontroli w punktach smażalniczych zwiększy przydatność tego surowca dla produkcji EMKT. Przyjmując, że w Polsce będzie się zbierać tylko 1 kg tłuszczu/osobę/rok, daje to sumarycznie 38 tys. Mg (docelowo nawet 50 tys. Mg). Przekonanie mieszkańców do zbierania w specjalnych pojemnikach nieprzydatnych dla nich tłuszczów posmażalniczych jest sprawą podstawową. Sukces zbiórki tłuszczów odpadowych może przyczynić się m.in. do zmniejszenia popytu na preparaty do udrażniania zlewów. Pojawienie się na rynku odpadowego tłuszczu posmażalniczego w większej ilości powinno doprowadzić do powstania co najmniej czterech dużych wytwórni EMKT. Do czasu rozwinięcia się sieci zbiórki tłuszczów posmażalniczych można by produkować EMKT np. z oleju rzepakowego.
Technologia wytwarzania EMKT z olejów posmażalniczych
Temat wykorzystania tłuszczów przepracowanych posiada bogatą literaturę przedmiotu, również polską1. Analizując zawarte w tabeli właściwości tłuszczu wsadowego, dochodzi się do wniosku, że z punktu widzenia reżimu technologicznego dane są zbyt liberalne.
Dopuszczalna zawartość WKT dla procesu alkalicznego może wynosić maksymalnie 0,5%. Zawyżona jest dopuszczalna zawartość fosforu. Do smażenia używane są oleje rafinowane o zawartości fosforu ok. 6-7 ppm.
Istotnym problemem procesowym jest zawartość WKT w olejach posmażalniczych. Kwasy te tworzą się w czasie smażenia i składowania niefiltrowanego tłuszczu. Jest to jeden z czynników komplikujących technologię otrzymywania EMKT. Dlatego dobrze i sprawnie zorganizowana zbiórka tłuszczów posmażalniczych może zapewnić surowiec wsadowy względnie dobrej jakości.
Charakterystyka tłuszczu wsadowego dla produkcji EMKT1
Wyszczególnienie składników | Ilość dopuszczalna |
Woda (% wag.) | 0,5 |
Wolne kwasy tłuszczowe (% wag.) | 3,0 |
Fosfor (ppm) | 10 |
Polimery (% wag.) | 2 |
Liczba jodowa | 115 |
Temperatura topnienia (°C) | 50 |
Zawartość siarki (%) | 0,02 |
Podstawowy proces alkaliczny produkcji EMKT prowadzi się w temperaturze ok. 45°C. Do całkowicie stopionego tłuszczu w reaktorze wprowadza się odmierzoną ilość alkalicznego metanolu. Całość się miesza i zostawia do wydzielenia gliceryny. W podobny sposób prowadzone są procesy półciągłe, gdzie stosuje się intensywne mieszanie, a potem rozwarstwianie mieszaniny w stacjonarnym separatorze. Reakcja tworzenia się EMKT nie zachodzi ilościowo, a tylko w ok. 95%, dlatego proces należy prowadzić dwustopniowo. Wysoka zawartość WKT w tłuszczu powoduje duże straty katalizatora reakcji, jakim jest np. KOH, w wyniku tworzenia się mydeł potasowych. Korzystnym rozwiązaniem jest tutaj najpierw estryfikacja kwaśna, a potem alkaliczna. Duże wytwórnie EMKT z olejów surowych poddają je wstępnej rafinacji, co eliminuje WKT i związki fosforowe. Podobną technologię można rozważyć w przypadku kwaśnych tłuszczów posmażalniczych, zależy to jednak od wielkości produkcji.
Reasumując: zbiórka i wstępne oczyszczanie tłuszczów posmażalniczych może być domeną małych zakładów. Produkcja EMKT powinna być zlokalizowana w dużych jednostkach produkcyjnych, gdzie zapewni się możliwość kupażowania EMKT z różnych surowców. Dotąd omawiano EMKT jako dodatki do oleju napędowego. W przypadku tłuszczów silnie zdegradowanych otrzymane z nich estry można wykorzystać jako dodatek do oleju opałowego.
Źródła
- Kotowski W., Lŭcke B., Tietze B., Branowska T.: Przetwarzanie przepracowanych tłuszczów roślinnych i zwierzęcych do paliw silnikowych, „Gospodarka Paliwami i Energią” 11(30)/1996.
Jan Sawicki
Katedra Technologii Chemicznej
Wydział Chemiczny
Politechnika Gdańska
