Из всех альтернатив дизельному топливу только биодизель может отвечать его требованиям как полноценная замена, поскольку подходит для всех дизельных автомобилей. Название этого топлива понятно. Оно экологично, биоразлагаемо, а также просто в применении. Но для того чтобы воспользоваться его преимуществами, необходимо познакомиться с этим топливом.
Производство биодизельного топлива
Биодизель — это, по сути, метиловый или этиловый эфир, получаемый из высших ненасыщенных и жирных кислот. Это достигается в результате химического процесса, известного как этерификация растительных масел или переэтерификация жиров (животных или кормовых). В результате получается метиловый эфир.
Переход на биодизель
Вместо того чтобы просто заливать масло или жир в бак для использования в качестве моторного топлива, альтернативой стало производство биодизельного топлива. Такой отход от старой практики необходим, поскольку прямая заливка приводила к серьезным проблемам в топливной системе. Неполное сгорание, ухудшение смазывающих свойств при смешивании со смазкой, повышение вязкости, приводящее к отложениям на форсунках, кольцах и поршнях,— вот лишь некоторые из проблем.
Почему растительные масла нельзя использовать в дизельных двигателях
Использование растительных масел в дизельных двигателях практикуется во многих странах, однако при этом не удается избежать некоторых трудностей. Сгорание масла происходит не полностью, поэтому оно не может долго использоваться в обычных двигателях с непосредственным впрыском. Биодизель может быть получен из любого растительного масла или животного жира. Наиболее доступным является рапсовое, и оно же дает наибольший выход биотоплива. Со 150 га, засеянных рапсом, получают более 180 т масла, что достаточно для производства 198 тыс. л биодизеля. Рапс широко распространен в странах Европы, соя — в США, касторовое масло — в Бразилии, рапс — в Канаде, пальмовое масло — в Индонезии.
Другой текст
Кроме рапсового, используются и другие масла, такие как: Пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное. В зависимости от источника биотопливо можно разделить на три поколения:
-
Первое поколение — получаемое из сельскохозяйственных культур.
-
Второе поколение — на основе жиросодержащих отходов.
-
Третье поколение — на основе липидов микроводорослей.
Transesterification: Процесс, лежащий в основе производства биодизеля
Технология производства биодизельного топлива основана на процессе, известном какТрансэстерификация. Этот процесс происходит при участии катализатора — одного из алкоголятов щелочных металлов — метилата натрия. Растительное масло представляет собой смесь триглицеридов (сложных эфиров) и молекулы глицерина, в состав которого входит трехосновной спирт C3H8O3. Именно глицерин придает маслу вязкость. Для получения биодизельного топлива глицерин необходимо удалить, для чего его заменяют спиртом — этот процесс называетсяЭстерификацией.
Производство биодизеля
Для получения биодизельного топлива очищенное масло и щелочной катализатор (метиловый спирт) смешиваются в реакторных колоннах в соотношении от 1:4 до 1:20. Затем смесь нагревают до 50–60°С. После отстаивания и охлаждения она разделяется на две фракции: легкую эфирную фракцию (биодизель) с высоким цетановым числом (56–85, в отличие от 50–52 у минерального дизельного топлива) и хорошей горючестью и тяжелую глицериновую фазу, которая является побочным продуктом, имеющим множество применений.
Очистка метилового эфира
Метиловый эфир направляется на промывку с целью его дальнейшей очистки и удаления продуктов омыления. Без этого топливо может забить фильтр, что приведет к образованию углеродистых отложений и смол в камере сгорания. Последний этап — сушка метиловых эфиров. Удаление воды необходимо, так как она создает благоприятную среду для роста микроорганизмов в биодизельном топливе. В процессе отстаивания образуется тяжелая фракция — глицериновая фаза. Ее необходимо преобразовать в глицерин, направив на установку дистилляции метанола; в противном случае могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта из-за его высокой щелочности и содержания метанола.
Отличие биодизеля от дизельного топлива
Биодизельное и дизельное топливо регулярно сравнивают из-за их схожего назначения. Однако они различаются по составу, характеристикам и применению.
Состав
Биодизель представляет собой жидкость, состоящую из различных моноалкиловых эфиров жирных кислот, в то время как дизельное топливо получают из нефти. Несмотря на это различие, биодизель можно смешивать с любым видом дизельного топлива и использовать во всех дизельных двигателях.
Преимущества биодизельного топлива
Преимущества биодизельного топлива очевидны. По сравнению с традиционным дизельным топливом оно содержит:
-
Более чем на 97% меньше серы;
-
В два раза меньше сажи;
-
На 8–10% ниже содержание окиси углерода.
Производство биодизельного топлива регламентируется стандартомГОСТ Р 53605−2009, который соответствует стандартуEN 14214:2003. Этот документ устанавливает особые характеристики биодизельного топлива, такие как:
Преимущества использования биодизеля в качестве топлива
Биодизель является одним из самых экологически чистых видов топлива. Его использование позволяет полностью исключить присутствие сернистого газа и резко, на 80%, снизить содержание углекислого газа в выхлопных газах, а также избавиться от их неприятного запаха. К другим преимуществам относятся:
— Массовая доля 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%.
Неэтилированное дизельное топливо без присадок
Возможность использования дизельного топлива без включения каких-либо компонентов, стимулирующих воспламенение, вполне жизнеспособна; это предотвращает образование углеродистых отложений и позволяет сжигать топливо практически с меньшим количеством токсичных отходов. Кроме того, отсутствует неприятный запах, что делает процесс производства гораздо более организованным, поскольку его можно организовать на небольшой ферме. Отходы производства практически отсутствуют, а полученный жмых используется на корм скоту.
Биоразлагаемая природа биодизельного топлива
Биодизельное топливо не представляет опасности ни для человека, ни для окружающей среды. В случае утечки оно практически полностью (на 99%) разлагается за три недели без каких-либо вредных последствий. Это позволяет предположить, что при переходе судов на биодизель уменьшается вероятность загрязнения рек и озер. Кроме того, при контакте с водой это топливо не наносит вреда дикой природе и растительности.
Возобновляемое сырье
Преимущество биодизеля заключается в доступности и дешевизне сырья. Это могут быть любые сельскохозяйственные отходы или отработанное растительное масло из ресторанов, которое использовалось для приготовления пищи. Производство биодизеля из растительных источников позволило получить возобновляемый источник энергии. Кроме того, ресурсы для производства могут быть быстро восстановлены, в отличие от запасов нефти, которые практически невосполнимы. Особенно это выгодно для колхозов, перерабатывающих нефть, так как они могут производить высококачественное топливо из собственных отходов, становясь тем самым более независимыми.
Преимущества использования биодизеля в качестве смазочного материала
Несмотря на меньшее содержание серы, чем в минеральном дизельном топливе, биодизель оказался отличным смазочным материалом. Это объясняется наличием в его составе кислорода. В качестве примера можно привести грузовик из Германии, который был занесен в Книгу рекордов Гиннесса после того, как проехал более 1,25 млн. км на своем оригинальном биодизельном двигателе.
Увеличение срока службы
При использовании биодизельного топлива улучшается работа двигателя внутреннего сгорания за счет смазки его движущихся частей. Это приводит к увеличению срока службы двигателя и топливного насоса, в среднем до 60%.
Повышенная пожарная безопасность
Высокая температура воспламенения биодизельного топлива (150°С) делает его более безопасным по сравнению с другими видами топлива. Повышенная температура является необходимым условием для его воспламенения, что делает его относительно безопасным материалом.
Недостатки биодизельного топлива
Несмотря на свои преимущества, биодизельное топливо имеет ряд недостатков. В частности, срок его хранения составляет не более 3 месяцев. Кроме того, из-за своих растворяющих свойств оно может разрушать резиновые детали двигателей. К другим проблемам, связанным с биодизелем, относятся:
Виды биодизельного топлива
Неудовлетворительная эффективность биодизеля при низких температурах, развитие отложений при отрицательных температурах (образуются кристаллы, загрязняющие компоненты), а также его агрессивность к лакокрасочному покрытию кузова автомобиля (нельзя допускать его контакта с поверхностью) препятствуют его использованию.
По своим видам биодизель делится в зависимости от источника сырья. Растительные масла уже не являются единственным доступным вариантом. В последние годы разработаны новые технологии получения биодизеля, например, трансформация растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Поскольку растительные масла, получаемые из сельскохозяйственных культур, имеют ограниченные ресурсы, в мире ведутся исследования по использованию специальных видов водорослей, выведенных для этих целей.
Последние годы производители биодизеля обращают внимание на касторовое масло
В последние несколько лет производители биодизельного топлива обращают пристальное внимание на касторовое масло, растение семейства Малочайные. Это связано с холодным прессованием, которое позволяет получать касторовое масло с одним из самых высоких цетановых чисел.
Применение биодизеля
Биодизель может использоваться в двух вариантах: как самостоятельное топливо или в смеси с обычным дизельным топливом. В более холодном климате рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, в результате чего получается дизель B20 (указывается процентное содержание биодизеля).
Возможно ли использование биодизеля в качестве заменителя дизельного топлива?
Да, замена дизельного топлива на биодизельное возможна на долгосрочной основе. Однако важно помнить, что чистое биодизельное топливо ведет себя как летнее дизельное топливо и замерзает при температуре −5°C. Поэтому в зимние месяцы биодизель обычно смешивают с дизельным топливом. Летом биодизель можно использовать самостоятельно. Можно также смешивать биодизель с минеральным дизельным топливом, причем соотношение может быть любым.
Биодизель в России
Несмотря на отсутствие единой государственной программы, Министерство сельского хозяйства РФ недавно предложило законопроект, стимулирующий производство биодизеля. Закон предусматривает создание условий для производства до 5,5 млн. тонн рапсового масла в год, из которых 2,5 млн. тонн предназначено для производства биотоплива.
Увеличение производства биодизеля в России
Начинают появляться региональные программы, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецке и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Строительство заводов по производству биодизеля запланировано в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане. Производство биодизеля в России становится все более привлекательным для малого бизнеса благодаря практически безотходному производственному циклу и возможности выращивания сырья на отработанных землях.
Однако основным препятствием является акциз на биоэтанол в размере 59 ₽ за 1 л, что делает инвестиции в производство биодизеля малопривлекательными, несмотря на его высокую рентабельность, поскольку спрос на такое топливо постоянно растет.