Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Biopaliwa i paliwa alternatywne
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
STCH-1-525-s
Wydział:
Energetyki i Paliw
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Technologia Chemiczna
Semestr:
5
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
dr hab. inż. Lewandowski Marek (lewandowski@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Kurs obejmujący zagadnienia związane z technologiami konwersji surowców odnawialnych do użytecznych biopaliw oraz paliw alternatywnych wraz z omówieniem aspektów ich aplikacji.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student dysponuje wiedzą w zakresie kierunków rozwoju paliw alternatywnych do silników o zapłonie iskrowym jak i samoczynnym. W szczególności zna podstawowe parametry fizykochemiczne i użytkowe: • benzyn z dodatkiem etanolu (E10-E85), • mieszaniny gazu propan-butan (LPG) • biogazu, sprężonego g.z. (CNG) i skroplonego g.z. (LNG), • estrów metylowych i etylowych wyższych kwasów tłuszczowych (FAME, FAEE) • biopaliw wyższych generacji pozyskanych z glonów, odpadów rolniczych i przemysłowych, TCH1A_W04, TCH1A_W01 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wynik testu zaliczeniowego
M_W002 Student zna zasady bezpiecznej pracy z paliwami oraz podstawowe operacje i metody ich badań według obowiązujących norm TCH1A_W04 Aktywność na zajęciach,
Kolokwium,
Wynik testu zaliczeniowego
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student posiada umiejętność przeprowadzenia podstawowych operacji i procesów w laboratorium paliwowym wykorzystujących m.in. metody instrumentalne. W szczególności potrafi dokonać analizy jakościowej składu paliw alternatywnych, a także oznaczyć ich podstawowe właściwości fizykochemiczne. TCH1A_U01, TCH1A_U04 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U002 Student potrafi posługiwać się sprzętem laboratoryjnym oraz zestawić podstawowy układ reakcyjny. W szczególności potrafi zaplanować i przeprowadzić eksperymenty chemiczne mające na celu otrzymanie podstawowych biokomponentów do silników o ZI (MTBE) oraz do silników o ZS (FAME) TCH1A_U05, TCH1A_U01 Aktywność na zajęciach,
Odpowiedź ustna,
Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych,
Zaliczenie laboratorium
M_U003 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy obliczeniowo-laboratoryjne TCH1A_U07 Zaangażowanie w pracę zespołu
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
30 10 0 20 0 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student dysponuje wiedzą w zakresie kierunków rozwoju paliw alternatywnych do silników o zapłonie iskrowym jak i samoczynnym. W szczególności zna podstawowe parametry fizykochemiczne i użytkowe: • benzyn z dodatkiem etanolu (E10-E85), • mieszaniny gazu propan-butan (LPG) • biogazu, sprężonego g.z. (CNG) i skroplonego g.z. (LNG), • estrów metylowych i etylowych wyższych kwasów tłuszczowych (FAME, FAEE) • biopaliw wyższych generacji pozyskanych z glonów, odpadów rolniczych i przemysłowych, + - + - - - - - - - -
M_W002 Student zna zasady bezpiecznej pracy z paliwami oraz podstawowe operacje i metody ich badań według obowiązujących norm + - + - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student posiada umiejętność przeprowadzenia podstawowych operacji i procesów w laboratorium paliwowym wykorzystujących m.in. metody instrumentalne. W szczególności potrafi dokonać analizy jakościowej składu paliw alternatywnych, a także oznaczyć ich podstawowe właściwości fizykochemiczne. - - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi posługiwać się sprzętem laboratoryjnym oraz zestawić podstawowy układ reakcyjny. W szczególności potrafi zaplanować i przeprowadzić eksperymenty chemiczne mające na celu otrzymanie podstawowych biokomponentów do silników o ZI (MTBE) oraz do silników o ZS (FAME) - - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi konstruktywnie współpracować w zespole rozwiązującym problemy obliczeniowo-laboratoryjne - - - - - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 50 godz
Punkty ECTS za moduł 2 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 30 godz
Przygotowanie do zajęć 10 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 5 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 5 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (10h):
  1. Paliwa alternatywne do silników o ZI

    a) Benzyny węglowodorowe z dodatkiem związków tlenowych
    • Rola związków tlenowych w benzynach silnikowych (etanol, metanol, etery)
    • Specyfikacja etanolu paliwowego
    • Technologia benzyny etanolowej E-10-E85
    b) Mieszanina gazu propan-butan jako paliwo silnikowe
    • Wymagania normatywne paliwa propan- butan (PN-EN589)
    • Wpływ składu węglowodorowego mieszaniny gazu propan-butan na właściwości fizykochemiczne i użytkowe
    c) Biogaz, gaz ziemny sprężony (CNG) i skroplony (LNG) jako paliwo silnikowe
    • Kryteria oceny przydatności gazu ziemnego jako paliwa silnikowego
    • Infrastruktura zasilania silników pojazdów samochodowych gazem ziemnym
    • Źródła pozyskiwania biogazu (odpady ściekowe, komunalne, rolnicze)

  2. Paliwa alternatywne do zasilania silników o ZS

    a) Oleje roślinne jako paliwa do silników o ZS
    b) Estry olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych jako biopaliwa do silników o ZS

  3. Biopaliwa wyższych generacji

    a) Surowce do pozyskiwania biopaliw wyższych generacji (biomasa ligno-celulozowa, glony, osady ściekowe, odpady przemysłowe)
    b) Metody konwersji do biopaliw wyższej generacji (metody termochemiczne, biochemiczne, chemiczne)

  4. Aspekty stosowania paliw alternatywnych

    a) Wymagania normatywne dla biopaliw
    b) Stabilność oksydacyjna paliw pochodzenia roślinnego
    c) Biorafineria

  5. Paliwa alternatywne do silników o ZI

    a) Benzyny węglowodorowe z dodatkiem związków tlenowych
    • Rola związków tlenowych w benzynach silnikowych (etanol, metanol, etery)
    • Specyfikacja etanolu paliwowego
    • Technologia benzyny etanolowej E-10-E85
    b) Mieszanina gazu propan-butan jako paliwo silnikowe
    • Wymagania normatywne paliwa propan- butan (PN-EN589)
    • Wpływ składu węglowodorowego mieszaniny gazu propan-butan na właściwości fizykochemiczne i użytkowe
    c) Biogaz, gaz ziemny sprężony (CNG) i skroplony (LNG) jako paliwo silnikowe
    • Kryteria oceny przydatności gazu ziemnego jako paliwa silnikowego
    • Infrastruktura zasilania silników pojazdów samochodowych gazem ziemnym
    • Źródła pozyskiwania biogazu (odpady ściekowe, komunalne, rolnicze)

  6. Paliwa alternatywne do zasilania silników o ZS

    a) Oleje roślinne jako paliwa do silników o ZS
    b) Estry olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych jako biopaliwa do silników o ZS

  7. Biopaliwa wyższych generacji

    a) Surowce do pozyskiwania biopaliw wyższych generacji (biomasa ligno-celulozowa, glony, osady ściekowe, odpady przemysłowe)
    b) Metody konwersji do biopaliw wyższej generacji (metody termochemiczne, biochemiczne, chemiczne)

  8. Aspekty stosowania paliw alternatywnych

    a) Wymagania normatywne dla biopaliw
    b) Stabilność oksydacyjna paliw pochodzenia roślinnego
    c) Biorafineria

Ćwiczenia laboratoryjne (20h):
  1. 1. Ekstrakcja lipidów z surowców roślinnych przy wykorzystaniu aparatu Soxhleta.
    2. Otrzymywanie estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych poprzez proces transestryfikacji lipidów (FAME)
    3. Porównanie właściwości niskotemperaturowych biopaliw pozyskanych z tłuszczów roślinnych i zwierzęcych z paliwami konwencjonalnymi stosowanymi do zasilania silników o ZS
    4. Ocena prężności par benzyn etanolowych o różnej zawartości alkoholu etylowego
    5. Analiza chromatograficzna związków tlenowych obecnych w benzynach silnikowych stosowanych do zasilania silników o ZI
    6. Ocena składu węglowodorowego mieszaniny gazu propan-butan stosowanego do zasilania silników o ZI

  2. 1. Ekstrakcja lipidów z surowców roślinnych przy wykorzystaniu aparatu Soxhleta.
    2. Otrzymywanie estrów metylowych wyższych kwasów tłuszczowych poprzez proces transestryfikacji lipidów (FAME)
    3. Porównanie właściwości niskotemperaturowych biopaliw pozyskanych z tłuszczów roślinnych i zwierzęcych z paliwami konwencjonalnymi stosowanymi do zasilania silników o ZS
    4. Ocena prężności par benzyn etanolowych o różnej zawartości alkoholu etylowego
    5. Analiza chromatograficzna związków tlenowych obecnych w benzynach silnikowych stosowanych do zasilania silników o ZI
    6. Ocena składu węglowodorowego mieszaniny gazu propan-butan stosowanego do zasilania silników o ZI

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia laboratoryjne: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia laboratoryjne:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Sposób obliczania oceny końcowej:

Oceny z ćwiczeń laboratoryjnych (L) oraz z kolokwium z materiału wykładowego (W) obliczane są na podstawie uzyskanych punktów, których procentowa wartość przeliczana jest na ocenę zgodnie z Regulaminem Studiów AGH. Ocena kocowa (OK) obliczana jest jako średnia ważona powyższych ocen wg poniższej formuły:
(OK)= 0,6 · (L) + 0,4 · (W)
Uzyskanie zaliczenia w terminach poprawkowych skutkować będzie obniżeniem oceny o 10%.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Student zna podstawy chemii ogólnej, fizycznej i organicznej.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. J.W. Lee: „Advanced Biofuels and Bioproducts” vol.1, Springer, 2013
2. J.G. Speight: “The Biofuels Handbook”, Royal Society of Chemistry, 2011
3. R.Luque, J.Campelo, J.Clark: “Handbook of Biofuels Production”, Woodhead Publishing, 2011
4. Ch.Kole, Ch.P. Joshi, D.R.Shonnard: “Handbook of bioenergy crop plants”, CRC Press, 2012
5. R.C. Brown, T.R.Brown: “Biorenewable Resources: Engineering New Products from Agriculture”, 2nd Edition, Wiley Blackwell
6. G.Knothe, J.Krahl, J. Van Gerpen: “The Biodiesel Handbook”, AOCS Press, Elsevier, 2010
7. S. Capareda: “Introduction to Biomass Energy Conversions”, CRC Press, 2014
8. Ch. Wyman: “Handbook on Bioethanol: Production and Utilization”, CRC Press, 1996
9. Baczewski K; Kałdoński T.: „Paliwa do silników o zapłonie iskrowym” Wydawnictwo Komunikacji i Łączności 2005
10. Baczewski K.; Kałdoński T.: „Paliwa do silników o zapłonie samoczynnym”; Wydawnictwo Komunikacji i Łączności, 2004
11. Frąc M.,; Jezierska-Tys St.; Tys J.: „Algi-energia jutra (biomasa, biodiesel); Acta-Agrophysica- Lublin 2009

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. D.W.F. Brilman, N.Drabik, M.WĄDRZYK, Hydrothermal co-liquefaction of microalgae, wood, and sugar beet pulp, Biomass Conversion and Biorefinery (2017) open access, DOI 10.1007/s13399-017-0241-2
2. M.WĄDRZYK, Dobór parametrów procesu hydrotermicznego upłynniania i pirolizy mikroalg dla pozyskania bio-oleju, Rozprawa doktorska (2015), Wydział Energetyki i Paliw AGH
3. P.Maziarka, M.Olszewski, M.WĄDRZYK, Budowa stanowiska badawczego w celu opracowania wydajnej metody katalitycznej konwersji odpadów z tworzyw sztucznych do wysokoenergetycznych paliw ciekłych i gazowych, Zeszyty Studenckiego Towarzystwa Naukowego (2015) nr 31, s. 169–176.
4. W.Stanik, J.JAKÓBIEC, M.WĄDRZYK, R.JANUS, Wpływ stabilności termooksydacyjnej biokomponentów na pracę układu wysokociśnieniowego wtrysku paliwa typu Common Rail, Logistyka (2015) nr 5, s. 569–576.
5. J.JAKÓBIEC, M.WĄDRZYK, A.Mazanek, Wpływ dodatku etanolu do benzyn silnikowych na trwałość silnika o zapłonie iskrowym oraz na proces tworzenia osadów w trakcie jego pracy, Przemysł Chemiczny (2014) t. 93 nr 8, s. 1401–1408.
6. M.WĄDRZYK, J.JAKÓBIEC, R.JANUS, Badanie wpływu temperatury pirolizy biomasy mikroalg na skład chemiczny biooleju popirolitycznego, Przemysł Chemiczny (2014) t. 93 nr 12, s. 2083–2087.
7. M.WĄDRZYK, J.JAKÓBIEC, Bio-oil derived from microalgae as a potential source of Energy, Bioenergy and Other Renewable Energy Technologies and Systems (2014) no. 1, s. 173–184.
8. Janusz JAKÓBIEC, Mariusz WĄDRZYK, Aleksander Mazanek Badania wpływu alkoholi pod kątem prężności par, hydroskopijności i rozdziału faz benzyn silnikowych (2014) nr 6 s. 86–94.
9. M.WĄDRZYK, J.WOLSZCZAK, J.JAKÓBIEC Nowe kierunki rozwoju źródeł biopaliw, Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe (2012) nr 4, s. 111–119.
10. M.WĄDRZYK, J.JAKÓBIEC, Pyrolysis of microalgae as an effective process to derive liquid biofuels, Acta Agrophysica (2011) vol. 17(2), s. 405–419.
11. M.Pałuchowska, J.Jakóbiec, Badania właściwości użytkowych benzyny silnikowej E10. Nafta-Gaz, 2011 R.67 nr 12, s.929-932
Przykładowe tematy zrealizowanych prac dyplomowych:
1. “Badanie wybranych właściwości fizykochemicznych estrów metylowych i etylowych kwasów tłuszczowych otrzymywanych na bazie glicerydów pochodzenia roślinnego i zwierzęcego”, promotor dr inż. R.Janus
2. “Ocena porównawcza estrów metylowych kwasów tłuszczowych otrzymywanych z nasion roślin oleistych oraz tłuszczów odpadowych”, promotor dr inż. R.Janus
3. “Komponowanie i charakteryzacja wybranych właściwości olejów napędowych o różnych zawartościach estrów metylowych kwasów tłuszczowych”, promotor dr inż. R.Janus
4. “Badanie zmian składu i wybranych właściwości użytkowych biodiesla spowodowanych procesami jego degradacji oksydacyjnej”, promotor dr inż. R.Janus
5. “Hydrothermal liquefaction of biomass: Effects of mixed feedstock on product distribution and composition”, promotor dr inż. Mariusz Wądrzyk
6. “Fractionation and upgrading of biocrude from hydrothermal processing”, promotor dr inż. Mariusz Wądrzyk
7. “Reactivity of biochar with CO2 using thermogravimetric analysis”, promotor dr inż. Mariusz Wądrzyk
8. “Charakterystyka właściwości fizykochemicznych i rozdział frakcyjny oleju popirolitycznego pozyskanego ze zużytych opon samochodowych”, promotor dr inż. Mariusz Wądrzyk

Informacje dodatkowe:

Student obowiązkowo wykonuje wszystkie przewidziane w programie ćwiczenia laboratoryjne. Nieobecność na zajęciach laboratoryjnych wymaga od studenta odrobienia zajęć na innej grupie ćwiczeniowej (jeśli jest taka możliwość) lub podczas zajęć dodatkowych w terminie wyznaczonym przez prowadzącego. Nieobecność na wykładach wymaga od studenta również samodzielnego opanowania przerabianego materiału. Student, który bez usprawiedliwienia opuścił więcej niż dwa obowiązkowe zajęcia i jego cząstkowe wyniki w nauce były negatywne może nie zaliczyć zajęć.
Dodatkowo, szczegółowe informacje dotyczące realizacji modułu będą przekazane na pierwszych zajęciach.