Woudschoten Werkgroep Biodiesel. Wim Buijs, Jet-Net DSM Nederland, TU Delft Jacob Kappe, Oranje Nassau College Zoetermeer Mark de Niet, TU Delft

Transcriptie

1 Woudschoten Werkgroep Biodiesel Wim Buijs, Jet-Net DSM Nederland, TU Delft Jacob Kappe, ranje Nassau College Zoetermeer Mark de Niet, TU Delft verzicht Werkgroep 1. Biodiesel op het NC (Jacob Kappe; zie Worddocument) 2. Practicum Biodiesel TU Delft (Mark de Niet) 3. Biodiesel en Molecular Modeling (Wim Buijs) 1

2 2.Practicum Biodiesel TU Delft 1. Biodiesel maken of meenemen. 2. Samenstelling / mzettingsgraad bepalen middels GC. 3. Testen in dieselmotor (Stirling). Waarom biodiesel? 1. Actueel thema: alternatieve brandstof. 2. Sluit aan bij belevingswereld. 3. Voordelen t.o.v. andere duurzame brandstoffen. 4. Nadelen. Is biodiesel de oplossing? 2

3 Wat is biodiesel? 1. Biodiesel plantaardige olie. 2. Biodiesel = FAME. Biodieselnorm EN:

4 Biodiesel vs. Plantaardige olie Biodiesel Molmassa = M Lage viscositeit Lager vlampunt Goede smering Geen aanpassingen aan auto nodig Plantaardige olie Molmassa 3M Hoge viscositeit Hoger vlampunt nvoldoende smering Auto aanpassen Synthese van biodiesel. 1. Transesterificatie (batch). 2. Triglyceride + methanol. 3. Base of zuur gekatalyseerd. 4. Vloeistoffasen scheiden. 5. Wassen / extraheren. 6. Drogen. 4

5 Recept. 1. A g katalysator in X ml alcohol en roeren. 2. Toevoegen aan Y ml olie. 3. Verwarmen tot reactietemperatuur T R. 4. Refluxen onder roeren gedurende T R. 5. Fasenscheiding en afkoelen. 6. Glycerol aftappen. 7. Wassen. 8. nderzoeksvariabelen. 1. Soort plantaardige olie. 2. Soort alcohol. 3. Molverhouding olie:alcohol. 4. Type katalysator. 5. Hoeveelheid katalysator. 6. Reactietemperatuur. 7. Reactietijd. 8. Roersnelheid. 9. Wastechniek. 5

6 Samenstelling bepalen. 1. > 90 gew-% FAME voor verbranding in motor. 2. Gaschromatografie. 3. Norm NEN-EN Gaschromatografie. Leerlingen leren principe GC. 6

7 GC: applicatie Biodiesel μl biodieselsample nodig. 2. Kolom: medium-polaire gepakte WAX capillair. 3. Temperatuur = 210 C. 4. FID detector op waterstof. 5. Helium draaggas. 6. Verdunnen met n-heptaan (200x). 7. Toevoegen interne standaard: methylheptadecanoaat (C 17 FAME). 8. Analysetijd 5 à 10 min. GC: chromatogram. 1. N-heptaan. 2. Biodiesel (C16). 3. Referentie (C17). 4. Biodiesel (C18:0). 5. Etc. 7

8 GC: berekening samenstelling. C BD A A A tot MHD MHD, IS IS = MHD C m BD m 100% C BD A tot = gew-% biodiesel = totale piekoppervlak excl. oplosmiddelpiek A MHD = piekoppervlak referentiepiek C MHD = concentratie referentie in IS-oplossing m IS m BD = massa IS-oplossing afgewogen = massa biodieselsample afgewogen Testen in Stirling motor. 1. > 90 gew-% FAME voor verbranding in motor. 2. WhisperGen mini-wkc. 3. Brandstofverbruik 900 ml/h. 4. Geoptimaliseerd voor diesel. 5. Loopt niet op plantaardige olie. 8

9 ntwikkeling. 1. pschalen productieproces. 2. Van Batch naar Continu. 3. Meer tests / analyses. 3. Biodiesel en Molecular Modeling Leerlingen bereiden biodiesel middels omesteren van verschillende plantaardige vetten met methanol; katalysator: NaMe of H 2 S 4 Aspecten te onderzoeken met Molecular Modeling: structuur vetten (smeltpunt, dubbele bindingen),zure en basische katalyse Animatie van het gekatalyseerde omesteringsproces Modelreacties: om-esteren methylacetaat naar ethylacetaat o.i.v. NaMe en H 2 S 4 9

10 Molecular Modeling: Aanpak om-estering Verestering en omestering is (macro)-reversibel: echte evenwichtsreacties waarbij de samenstelling afhangt van de verhouding van de reactanten. I.a.v veel methanol (M) wordt glyceroltripalmitaat (G-PPP) omgezet in 3 MP + glycerol (G) Vereenvoudig het probleem zoveel mogelijk: omestering van ethylacetaat/methylacetaat Leg verder zo weinig mogelijk beperkingen op aan het systeem Chemie omestering CH 3 CH 2 CH 3 + Me - - Et - CH 3 - Tetraedrisch Complex! H 2 S 4 CH 3 CH 2 CH 3 CH 3 H 10

11 Aanpak: omestering basische katalyse Bouw ethylacetaat en doe een geometrieoptimalisatie op het het nivo semi-empirisch Bouw methanolaat en doe een geometrieoptimalisatie op het het nivo semi-empirisch Bouw methylacetaat en doe een geometrieoptimalisatie op het het nivo semi-empirisch Bouw ethanolaat en doe een geometrieoptimalisatie op het het nivo semi-empirisch N.B. Deze berekeningen dienen als referentie voor het energiediagram van het verloop van de reactie Aanpak: omestering basische katalyse Bouw het adduct methoxy/ethylacetaat (tetraedrisch complex!) en doe een geometrieoptimalisatie Bereken Energy Profiles voor de verwijdering van methoxy, en ethoxy vanuit het complex Plot de grafieken na vullen van het spreadsheet Identificeer kandidaat Transition States, en doe een Transition State optimalisatie Maak animaties/filmpjes van de Transition States (Zet zowel E, als E-aq waarden in het spreadsheet!) Conclusies?? 11

12 Animatie omestering E-diagram omestering basische katalyse Energiepatroon mestering E (kj/mol) E-gasgase E-waterige oplossing EtAc + Me- TS.Me-EtAc Me/EtAc- TS.Et-MeAc MeAc + Et- Reactiecoordinaat 12

13 Animatie zure katalyse (halfreactie) Informatie over Spartan STudent Wim Buijs, Programma Manager Jet-Net DSM Nederland, Postbus 601, Mijnweg AC Geleen wim.buijs@dsm.com w.buijs@tudelft.nl 13