Биодизель производство, использование, виды

Из всех имитаций дизельного топлива только биодизель способен занять достойное место, поскольку подходит для всех автомобилей, работающих на дизельном топливе. Название топлива понятно — оно экологически чистое, биоразлагаемое и простое в применении. Но для того, чтобы его использовать, все же имеет смысл лучше понять, что это за топливо.

Производство биодизельного топлива

Биодизельное топливо представляет собой комбинацию метиловых или этиловых эфиров жирных кислот и высших ненасыщенных соединений. В основном оно образуется в результате химического процесса, называемого этерификацией растительных масел или переэтерификацией жиров (животных и кормовых). При этом образуется метиловый эфир.

Исследование альтернатив нефти и жиров в качестве моторного топлива

Производство биодизельного топлива становится реальной заменой традиционной практике заливки масла и жира непосредственно в бак автомобиля. Было установлено, что это оказывает ряд негативных воздействий на топливную систему двигателя, таких как неполное сгорание топлива, нарушение смазки, повышение вязкости, что может привести к засорению форсунок, колец и поршней.

Растительные масла и дизельные двигатели

Возникает логичный вопрос, почему растительные масла не могут использоваться в дизельных двигателях, ведь биодизель получают из нефти. Такие попытки предпринимались во многих странах, но при этом нельзя обойти несколько проблем. Масло сгорает не полностью, поэтому его нельзя использовать в течение длительного времени в традиционных двигателях с непосредственным впрыском. Сырьем для получения биодизеля может служить любое растительное масло или животный жир, наиболее рентабельным является рапсовое масло, поэтому оно чаще всего и используется. Кроме того, оно имеет самый высокий выход биотоплива. Со 150 га земли, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, что позволит произвести 198 тыс. л биодизеля. Рапс широко распространен в Европе, соя используется в США, касторовое масло — в Бразилии, рапс — в Канаде, пальмовое масло — в Индонезии.

Альтернативный текст

Кроме рапсового, для производства биотоплива широко используются пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масла. В зависимости от используемого сырья биотопливо обычно подразделяется на три категории: топливо первого поколения, получаемое из сельскохозяйственных культур; топливо второго поколения, изготавливаемое из жиросодержащих отходов; топливо третьего поколения, получаемое из липидов микроводорослей.

Переэтерификация растительного масла

Производство биодизельного топлива основано на процессе переэтерификации. Для этого процесса необходим катализатор, в качестве которого обычно выступает один из алкоголятов щелочных металлов, например, метилат натрия.

Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), которые соединены с молекулой глицерина. Эта молекула известна как C3H8O3 и придает маслу вязкость. Для получения биодизельного топлива необходимо удалить глицерин и заменить его спиртом. Этот процесс называется этерификацией.

Получение биодизельного топлива

Получение биодизельного топлива осуществляется следующим образом:

1. Очищенное масло и щелочной катализатор (метиловый спирт) соединяют в реакционных сосудах, при этом соотношение метанола и масла должно составлять от 1:4 до 1:20.

2. Объединенная смесь нагревается до температуры 50–60 ºC.

3. После охлаждения смесь разделяется на две фазы: легкую фракцию эфира (биодизель), обладающую высоким цетановым числом (56–85, в отличие от минерального дизельного топлива, имеющего 50–52) и отличной горючестью, и тяжелую глицериновую фазу, которая во многих областях используется как побочный продукт.

Очистка метилового эфира

Метиловый эфир направляется на переработку, где проходит дальнейшую очистку от побочных продуктов омыления. В противном случае он может засорить фильтр, что приведет к образованию углеродистых отложений и смол в камере сгорания. Последняя стадия — сушка метиловых эфиров. Очень важно удалить воду, так как она может стать причиной роста микроорганизмов в биодизельном топливе. Когда смесь оседает и превращается в более тяжелую фракцию, образуется глицерин. Для получения чистого глицерина его необходимо направить в аппарат для отгонки метанола, иначе из-за высокой щелочности и содержания метанола могут возникнуть трудности с хранением и утилизацией продукта.

Противопоставление биодизеля и дизельного топлива

Если сравнивать биодизельное и дизельное топливо, то их отличают основные характеристики, свойства и области применения.

Характеристики и состав

Биодизельное топливо представляет собой комбинацию моноалкиловых эфиров жирных кислот и, в отличие от своего аналога — дизельного топлива, не содержит нефти. Однако биодизель может смешиваться с любым видом дизельного топлива и поэтому может использоваться во всех дизельных двигателях.

Характеристики биодизельного топлива

Биодизель имеет ряд преимуществ при использовании в качестве источника топлива. Оно содержит гораздо меньше серы, чем обычное дизельное топливо: всего 0,005% против 0,2%. Кроме того, оно выделяет на 50% меньше сажи и на 8–10% меньше оксида углерода. Производство биодизельного топлива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, который соответствует стандарту EN 14214:2003. Этот стандарт определяет следующие свойства биодизельного топлива:

Преимущества использования биодизеля в качестве топлива

Биодизель является высокоэкологичным топливом, исключающим выделение диоксида серы и снижающим количество углекислого газа в выхлопе на 80%. Кроме того, он устраняет характерный запах топлива и обладает другими преимуществами, такими как:

— Массовая доля сложных эфиров — 96,5% — Плотность при 15 °C — 860–900 кг/м3 — Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °C — Содержание серы — не более 10 мг/кг — Кинематическая вязкость — 3,5–5 мм2/с — Цетановое число — 51 — Общее содержание глицерина — 0,25%

Использование в дизельном топливе без присадок

Отсутствие необходимости в использовании присадок, стимулирующих воспламенение, делает использование в дизельном топливе вполне реальным.

Предотвращение образования углеродистых отложений

Предотвращение образования углеродистых отложений стало возможным.

Сжигание топлива с низким содержанием токсинов

При сжигании топлива выделяется гораздо меньше токсинов, чем раньше.

Отсутствие неприятных запахов

Попрощайтесь с неприятными запахами — они ушли в прошлое!

Простота производства

Процесс производства этого дизельного топлива настолько прост, что может быть осуществлен даже на небольшой ферме!

Безотходное производство

Более того, отходы производственного процесса являются прекрасным источником корма для скота.

Биологическая безопасность

Биодизель безопасен как для человека, так и для окружающей среды: если произойдет утечка, то в течение трех недель он распадется на 99%, не причинив вреда. Это означает, что биодизель может использоваться на водном транспорте, не вызывая проблем с загрязнением рек и озер. Кроме того, при контакте с водой оно не оказывает влияния на живые организмы.

Преимущества возобновляемого сырья

Биодизель имеет ряд преимуществ, таких как доступность и дешевизна материалов, используемых для его производства. Могут использоваться отходы любого вида сельского хозяйства. В некоторых странах для производства этого топлива используется отработанное растительное масло из ресторанов. Этот возобновляемый источник топлива стал возможен благодаря использованию растительного сырья, запасы которого можно легко и быстро восполнить. Для сравнения, запасы нефти практически невозможно восполнить.

Для колхозов, занимающихся добычей нефти, использование возобновляемого сырья особенно важно. Они могут создавать высококачественное топливо из собственных отходов, что обеспечивает им полную автономность.

Смазочные свойства биодизельного топлива

Хотя дизельное топливо может стать менее смазывающим при удалении сернистых соединений, биодизельное топливо обеспечивает гораздо лучшее смазывание. Это объясняется тем, что в его состав входит кислород. Так, в Германии был создан грузовик, который попал в Книгу рекордов Гиннесса, проехав на биодизельном топливе удивительные 1,25 млн. км!

Увеличение срока службы

При использовании биодизельного топлива происходит одновременная смазка всех движущихся частей двигателя внутреннего сгорания. Следствием этого является увеличение срока службы двигателя и топливного насоса, в среднем на 60%.

Повышенная пожарная безопасность

Температура воспламенения биодизеля достаточно высока, что делает его относительно безопасным соединением. Воспламенение возможно только при очень высоких температурах, причем биодизель воспламеняется при значениях 150°C и выше.

Недостатки биодизельного топлива

Биодизельное топливо имеет ряд недостатков, главным из которых является ограниченный срок хранения — всего три месяца. Кроме того, из-за своих растворяющих свойств оно может быть жестким для резиновых деталей двигателя. К другим недостаткам относятся:

Классификация биодизельного топлива

Биодизельное топливо разделяется на категории по исходному материалу. В настоящее время растительное масло уже не является единственным вариантом для получения биотоплива. Разрабатываются новые технологии производства, например, трансформация растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. В связи с тем, что ресурсы растительного масла, получаемого из сельскохозяйственных культур, ограничены, во всем мире ведутся исследования по использованию новых специальных видов водорослей.

Challenges

К проблемам биодизельного топлива относятся:

1. Низкая производительность при низких температурах;

2. Появление осадка при отрицательных температурах (образуются кристаллы парафина, загрязняющие компоненты);

3. Агрессивность по отношению к лакокрасочному покрытию кузова (нельзя допускать контакта биодизеля с его поверхностью).

Преимущества касторового масла

В последние несколько лет производители биодизельного топлива проявляют большой интерес к касторовому маслу — растению из семейства малочайных. Они используют его методом холодного прессования, поскольку оно обеспечивает одно из самых высоких цетановых чисел.

Применение биодизеля

Биодизель — это альтернативное топливо, которое может использоваться как самостоятельно, так и в сочетании с обычным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется смешивать биодизель (20%) с дизельным топливом (80%) для получения дизельного топлива марки В20. Это гарантирует наилучшие результаты.

Может ли биодизель заменить дизельное топливо?

Биодизель может использоваться вместо дизельного топлива на постоянной основе, но при этом необходимо учитывать некоторые моменты. Температура замерзания чистого биодизельного топлива составляет −5 °C, что означает, что оно не подходит для использования в зимнее время. Смешивание биодизеля с минеральным дизельным топливом — это вариант, причем допускается в любых пропорциях. Однако лето — идеальное время для использования биодизельного топлива без необходимости смешивания.

Биотопливо в России

В настоящее время в России нет единой государственной программы по развитию использования биотоплива. Однако Министерство сельского хозяйства разработало законопроект, направленный на стимулирование производства этого энергоносителя. Согласно предлагаемой программе, ежегодно будет создаваться 5,5 млн. т рапсового масла, из которых 2,5 млн. т будут направлены на производство биотоплива.

Расширение производства биодизеля в России

По мере развития России появляются региональные программы по производству биодизельного топлива, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Строительство заводов по производству биодизеля предлагается в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.

Производство биодизеля в России становится популярным и выгодным предприятием для малого бизнеса. Производственный цикл практически безотходный, а сырье можно выращивать на той же земле. Единственная проблема — высокий акциз в 59 ₽ за 1 л биоэтанола, что делает инвестиции в производство биодизеля нецелесообразными. Тем не менее, спрос на такое топливо растет, и хотя рентабельность бизнеса высока, вкладывать деньги пока нецелесообразно.