Производство, использование и распознавание видов биодизельного топлива очень важно для тех, кто хочет перейти с дизельного топлива на более экологичное. Это биоразлагаемое, простое в использовании топливо подходит для всех автомобилей с дизельным двигателем, что делает его отличной альтернативой. Важно знать больше о биодизельном топливе и его применении, прежде чем переходить на него.
Производство биодизельного топлива
Биодизельное топливо представляет собой смесь эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот в виде метилового или этилового эфиров. Он получается в результате химической реакции, известной как этерификация растительных масел или переэтерификация животных и кормовых жиров.
Производство биодизеля как заменителя масел и жиров в двигателях
Биодизельное топливо стало альтернативой некогда распространенной практике заливки масла и жира в топливный бак автомобиля. Оказалось, что это негативно влияет на топливную систему, приводя к таким проблемам, как неполное сгорание топлива, снижение смазывающих свойств и повышение вязкости, что может привести к образованию отложений на форсунках, поршнях и кольцах.
Как использовать растительные масла в дизельных двигателях
Многие пытались использовать растительные масла в дизельных двигателях, однако такая практика имеет ряд проблем. Масло не сгорает полностью, что делает его непригодным для длительного использования в двигателях с непосредственным впрыском. Рапсовое масло является самым дешевым и дает самый высокий выход биодизеля: 150 га рапса могут дать 180 т масла, или 198 тыс. л биодизеля. Наиболее распространенные масла различаются по регионам: Европа использует рапсовое, США — соевое, Бразилия — касторовое, Канада — рапсовое, Индонезия — пальмовое.
Альтернативное биотопливо, получаемое из различного сырья
Рапсовое масло — не единственное сырье, используемое для производства альтернативного биотоплива. Среди прочих используются также пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масла.
В зависимости от вида сырья можно выделить три типа биотоплива:
× 1-е поколение: Получают из сельскохозяйственных культур × 2-е поколение: Получают из жиросодержащих отходов × 3-е поколение: Извлечение из липидов микроводорослей
Технология производства биотоплива
Технология производства биодизельного топлива основана на переэтерификации. Для ее проведения необходим катализатор, например, метилат натрия. Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), соединенных с молекулой глицерина трехатомным спиртом C3H8O3. Именно глицерин придает маслу вязкость. Для получения биотоплива глицерин необходимо заменить спиртом, что называется этерификацией.
Производство биодизеля
Для получения биодизельного топлива очищенное масло и щелочной катализатор (метиловый спирт) смешиваются в реакторной колонне в соотношении от 1:4 до 1:20. Полученную смесь нагревают до температуры 50–60°С. После этого она отстаивается и охлаждается, образуя две различные фракции: легкое биодизельное топливо на основе сложных эфиров с высоким цетановым числом (56–85) и высокой горючестью и тяжелую глицериновую фазу, которая служит побочным продуктом для многих отраслей промышленности.
Очистка метилового эфира
Метиловый эфир направляется на промывку для очистки от продуктов омыления. Если этот этап пропустить, то топливо будет забивать фильтр и приводить к образованию углеродистых отложений и смол в камере сгорания. Наконец, метиловые эфиры подвергаются сушке для удаления воды и предотвращения роста микроорганизмов в биодизеле. В процессе отстаивания образуется глицериновая фаза в виде тяжелой фракции, которую необходимо довести до глицерина, направив на установку дистилляции метанола. В противном случае могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта из-за его повышенной щелочности и высокого содержания метанола.
Сравнение биодизеля и дизельного топлива
Биодизельное и дизельное топливо обычно сравнивают по их основным характеристикам и свойствам. Тем не менее, они отличаются по составу, свойствам и возможностям применения.
Характеристики и состав
Биодизель — это жидкое топливо, состоящее из комбинации моноалкиловых эфиров жирных кислот, что является его основным отличием от дизельного топлива, поскольку в его состав не входит нефть. Тем не менее, биодизель можно смешивать с любым видом дизельного топлива, и полученное топливо применимо для всех типов дизельных двигателей.
Преимущества биодизеля
Продукты сгорания биодизеля обладают многочисленными преимуществами перед обычным дизельным топливом. Согласно стандартам ГОСТ Р 53605−2009 и EN 14214:2003, биодизель обладает следующими преимуществами:
-
Значительно сниженное содержание серы — 0,005% по сравнению с 0,2% для обычного дизельного топлива;
-
Снижение количества сажи на 50%;
-
На 8–10% меньше оксида углерода.
Преимущества биодизельного топлива
Биодизель можно считать очень экологичным топливом благодаря отсутствию сернистого газа и снижению содержания углекислого газа в выхлопных газах на 80%. Кроме того, его использование устраняет запах выхлопных газов. Кроме того, в его состав входят следующие компоненты:
-
Массовая доля эфиров — 96,5%.
-
Плотность при 15 °С — 860–900 кг/м3.
-
Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °С.
-
Содержание серы — не более 10 мг/кг.
-
Кинематическая вязкость −3,5–5 мм2 / с.
-
Цетановое число — 51.
-
Общее содержание глицерина — 0,25%.
Возможности дизельных двигателей
-
Зажигание без дополнительных форсирующих устройств;
-
Устранение нагарообразования;
-
Горение без образования токсичных веществ;
-
Отсутствие неприятного запаха;
-
Простота организации производства (можно использовать даже в небольших фермерских хозяйствах);
-
Практически полное отсутствие отходов (жмых, остающийся после изготовления масла, идет на корм животным).
Экологическая безопасность биодизеля
Преимущества биодизеля очевидны: он не вреден ни для человека, ни для окружающей среды. В случае разлива оно быстро и практически полностью (99%) разлагается в течение трех недель без каких-либо негативных последствий. Это делает его отличным выбором для водного транспорта, так как оно не загрязняет реки и озера. Кроме того, биодизель не оказывает негативного воздействия на растительный и животный мир при контакте с водой.
Преимущества биодизельного топлива
Сырье для производства биодизеля имеет два ключевых преимущества: доступность и дешевизна. В процессе производства могут использоваться отходы сельского хозяйства. Во многих странах можно также использовать отработанное растительное масло из ресторанов. Это позволило создать возобновляемый источник топлива. Ресурсы для производства быстро восполняются, в отличие от запасов нефти, которые практически невозможно восстановить. Это делает производство биодизеля особенно актуальным для колхозов, перерабатывающих нефть, так как они могут использовать собственные отходы для создания самодостаточного источника топлива.
Биодизель как хорошее смазочное вещество
Минеральное дизельное топливо после очистки от сернистых соединений может потерять свои смазывающие свойства. С другой стороны, биодизельное топливо с меньшим содержанием серы является отличным смазочным материалом благодаря наличию в его составе кислорода. Так, один немецкий грузовик был занесен в Книгу рекордов Гиннесса за то, что проехал более 1,25 млн. км с оригинальным биодизельным двигателем.
Повышенная долговечность
При работе на биодизельном топливе одновременно смазываются все детали двигателя внутреннего сгорания, находящиеся в движении. Это позволяет увеличить срок службы двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.
Повышенная пожаробезопасность
Биодизельное топливо обладает повышенной пожаробезопасностью, так как имеет высокую температуру воспламенения. Для его воспламенения необходима температура более 150°C, что делает его достаточно безопасным.
Недостатки биодизельного топлива
Несмотря на многочисленные преимущества, биодизельное топливо не лишено недостатков. Срок его хранения ограничен тремя месяцами, а из-за наличия растворителей оно может оказывать коррозионное воздействие на резиновые детали двигателя. Кроме того, к другим недостаткам относятся:
Низкая эффективность при низких температурах
Неэффективность биодизеля при низких температурах — проблема, требующая решения. Кроме того, образование осадка при понижении температуры может стать проблемой, поскольку образуются кристаллы воска, которые могут загрязнять детали. Кроме того, биодизельное топливо может быть агрессивным по отношению к лакокрасочному покрытию, поэтому необходимо избегать его контакта с поверхностью.
Типы биодизельного топлива
Виды биодизельного топлива могут различаться в зависимости от используемого сырья. Традиционно используется растительное масло, однако в настоящее время разрабатываются новые технологии производства, в том числе переработка растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. В связи с ограниченной доступностью растительного масла ведутся исследования по использованию новых культивируемых видов водорослей.
Касторовое масло и его использование в производстве биодизеля
В последние годы производители биодизельного топлива все чаще обращают внимание на касторовое масло — растение семейства малочайных (Malochayaceae). Это связано с тем, что оно может быть получено методом холодного прессования и имеет одно из самых высоких цетановых чисел.
Области применения
Биодизель может применяться в двух вариантах: как самостоятельное топливо или в сочетании с традиционным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется использовать смесь из 20% биодизеля и 80% дизельного топлива, что позволяет получить дизельное топливо с маркировкой B20 (что означает процентное содержание биодизеля).
Использование биодизельного топлива
Заменить нефтяное дизельное топливо на биодизельное вполне реально. Однако следует знать, что 100%-ный биодизель — это летний вариант дизельного топлива, который застывает при температуре −5°С. Поэтому зимой биодизель обычно просто смешивают с дизельным топливом. В летнее время можно ездить на чистом биодизеле. Также разрешается смешивать биодизель с минеральным дизельным топливом в любых пропорциях.
Биодизель в России
Несмотря на отсутствие единой государственной программы, в России предпринимаются шаги по активному производству биодизеля. Министерство сельского хозяйства разработало законопроект, определяющий условия для ежегодной выработки до 5,5 млн. тонн рапсового масла, из которых 2,5 млн. тонн будут направлены на производство биодизеля.
Перспективы роста
Появляются региональные программы, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Заводы по производству биодизеля строятся в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.
Перспектива
Производство биодизеля в России становится жизнеспособным и прибыльным предприятием для небольших компаний благодаря безотходному циклу и возможности выращивать сырье на неиспользуемых землях. Единственным препятствием является акциз на биоэтанол в размере 59 рублей за 1 литр, что делает инвестиции в производство биодизеля сомнительным финансовым решением, несмотря на его потенциальную высокую рентабельность при растущем спросе на него.