Биодизель, благодаря своей совместимости со всеми дизельными двигателями, является единственным приемлемым вариантом замены дизельного топлива. Это интуитивно понятное название экологически чистого, биоразлагаемого топлива, которое легко использовать. Для того чтобы воспользоваться им, давайте узнаем о нем больше.
Производство биодизеля
Биодизельное топливо состоит из метиловых или этиловых эфиров жирных кислот, которые представляют собой метиловые эфиры, образующиеся в результате этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животных и кормовых). Другими словами, это смесь высших ненасыщенных и жирных кислот, образовавшаяся в результате химической реакции.
Переход на производство биодизеля
Ранее масло и жир заливались непосредственно в бак в качестве моторного топлива, но это приводило к повреждению топливной системы. Неполное сгорание, смешивание смазочных материалов, повышение вязкости масла, отложения на форсунках, кольцах и поршнях — все это было результатом. С появлением биодизельного топлива появился альтернативный метод. Его свойства сгорания и смазки лучше, а значит, топливная система пострадает меньше.
Почему растительное масло нельзя использовать в дизельном двигателе?
Хотя растительные масла и могут использоваться в дизельных двигателях, это, как выяснилось, создает ряд проблем. Масло не сгорает полностью, поэтому его нельзя использовать в стандартном двигателе с непосредственным впрыском.
Самым дешевым сырьем для получения биодизеля является рапсовое масло, и оно наиболее распространено. Со 150 га земли, засеянной рапсом, можно собрать более 180 т масла, из которого можно получить 198 тыс. л биодизеля. Рапс популярен во многих европейских странах, в США используется соя, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — рапс, а в Индонезии — пальмовое масло.
Масла из различных источников
Помимо рапсового, для получения масла используются и другие растения, в том числе пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное. В зависимости от используемого сырья можно получить три различных вида биотоплива:
-
Первое поколение получают из сельскохозяйственных культур;
-
Второе поколение — из жиросодержащих отходов;
-
Третье поколение извлекается из липидов, содержащихся в микроводорослях.
Производство биодизельного топлива: Процесс эстерификации
Технология производства биодизельного топлива основана на процессе, называемом переэтерификацией. Для этого необходимо использовать катализатор — метилат натрия, который является одним из алкоголятов щелочных металлов.
Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), связанных между собой молекулой глицерина (C3H8O3), который придает маслу вязкость. Поэтому для получения биотоплива глицерин необходимо удалить, заменив его спиртом, что называется этерификацией.
Биодизель: как его производят
Для получения биодизельного топлива в реакторной колонне смешивают очищенную нефть и катализатор (метиловый спирт) в соотношении от 1:4 до 1:20. Полученную смесь нагревают до 50–60°С. Затем ей дают отстояться и охладиться, в результате чего она разделяется на две различные фракции. Легкая фракция — это эфир (биодизель), который имеет более высокое цетановое число 56–85 и обладает лучшей воспламеняемостью по сравнению с минеральным дизельным топливом, которое составляет 50–52. Тяжелая фракция представляет собой глицериновую фазу, которая чаще всего используется в качестве побочного продукта во многих областях.
Очистка метилового эфира
Метиловый эфир направляется на промывку для дальнейшей очистки от продуктов омыления. Это необходимо для того, чтобы топливо не забивало фильтры и не образовывало углеродистые отложения и смолы в камере сгорания. Кроме того, метиловые эфиры необходимо высушить, чтобы избежать размножения микроорганизмов в биодизеле. Кроме того, в смеси образуется тяжелая фракция, состоящая из глицериновой фазы. Этот глицерин необходимо довести до более высокого уровня, направив его на установку дистилляции метанола, чтобы не возникло проблем с хранением и утилизацией из-за высокой щелочности и содержания метанола.
Сравнение биодизельного и дизельного топлива
Биодизельное и дизельное топливо часто сравнивают по их основным характеристикам и свойствам. Различие между ними проявляется в их составе, свойствах и возможностях применения.
Характеристики и состав
Биодизель — это жидкое топливо, изготовленное из смеси моноалкиловых эфиров жирных кислот и не содержащее нефти. Несмотря на это, биодизель может смешиваться с любым видом дизельного топлива и использоваться во всех дизельных двигателях.
Использование биодизельного топлива: преимущества для здоровья и окружающей среды
Использование биодизельного топлива в качестве альтернативы традиционному дизельному топливу может принести пользу как здоровью, так и окружающей среде. Замена дизельного топлива биодизелем позволяет снизить содержание серы в выхлопных газах до 97,5%. Это позволяет снизить концентрацию диоксида серы и других сернистых соединений, которые являются причиной ухудшения качества воздуха и кислотных дождей. Кроме того, на 50% снижается содержание частиц сажи, образующихся при сгорании топлива. Это позволяет снизить риск для здоровья, связанный с загрязнением воздуха, особенно в городских районах. Кроме того, на 8–10% снижаются выбросы окиси углерода. Это очень важно, поскольку угарный газ является парниковым и вносит основной вклад в глобальное потепление. Качество биодизельного топлива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, который соответствует стандарту EN 14214:2003. Стандарт устанавливает следующие параметры биодизельного топлива:
- Содержание серы должно составлять 0,005% по сравнению с 0,2% для обычного дизельного топлива × на 50% меньше сажи × на 8–10% меньше оксида углерода
Биодизель: Плюсы и минусы
Биодизель обладает высокой степенью экологичности, что является его основным преимуществом. При его использовании устраняется сернистый газ и на 80% снижается содержание углекислого газа в выхлопных газах, а также устраняется характерный запах. Кроме того, к другим преимуществам относятся:
Массовая доля эфиров— 96,5%;Плотность при 15 °С— 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%.
Возможности использования в дизельном топливе без присадок
Отсутствие необходимости в присадках, стимулирующих воспламенение; предотвращение образования нагара; сгорание практически без токсичных побочных продуктов; отсутствие неприятного запаха; простота установки — может быть создана на базе небольшой фермы; практически безотходность — жмых, остающийся после производства масла, может быть использован на корм животным.
Биологическая безопасность
Биодизель не представляет опасности для человека и окружающей среды. В случае утечки оно практически полностью (на 99%) разлагается за три недели, не причиняя вреда. Это означает снижение риска загрязнения рек и озер при переходе на использование биодизеля на водном транспорте. При контакте с водой продукт не наносит вреда растениям и животным.
Возобновляемое сырье: Преимущества биодизеля
Основное преимущество биодизельного топлива заключается в доступности и дешевизне сырья. Для его производства можно использовать отходы сельскохозяйственного производства. Во многих странах для этих целей получают и используют старое растительное масло из ресторанов. Таким образом, создается возобновляемый источник топлива. Кроме того, ресурсы для производства быстро восполняются, в отличие от запасов нефти, которые практически невосполнимы. Это делает использование возобновляемого сырья особенно актуальным для колхозов, перерабатывающих нефть. Они могут производить качественное топливо из собственных отходов, становясь полностью автономными.
Смазывающие свойства биодизельного топлива
Смазывающие свойства биодизеля значительно лучше, чем у минерального дизельного топлива, несмотря на более высокое содержание серы в нем. Это объясняется тем, что биодизель имеет в своем составе кислород. Так, один грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннесса, проехав на своем оригинальном биодизельном двигателе не менее 1,25 млн. км.
Улучшение смазки
При использовании биодизельного топлива смазываются подвижные части двигателя внутреннего сгорания. Это увеличивает срок службы двигателя и топливного насоса примерно на 60%.
Повышенная пожарная безопасность
Высокая температура воспламенения биодизельного топлива обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Оно воспламеняется при температуре 150°C и выше, что делает его относительно безопасным материалом.
Недостатки биодизельного топлива
Несмотря на многочисленные преимущества биодизельного топлива, оно имеет и некоторые недостатки. В частности, срок его хранения составляет всего 3 месяца. Кроме того, оно склонно к коррозии резиновых деталей двигателя из-за своих растворяющих свойств. Кроме того, биодизельное топливо имеет и другие недостатки, в том числе:
Эффективность и температура
Проблемой является неэффективность биодизеля при пониженных температурах и образование отложений при отрицательных температурах (образуются кристаллы воска, загрязняющие детали). Кроме того, биодизель негативно влияет на лакокрасочное покрытие кузова, что делает контакт с ним нежелательным.
Виды биодизельного топлива
Классификация биодизельного топлива зависит от исходного материала. Растительное масло — не единственный вариант получения биотоплива. В настоящее время существуют достижения в области технологии производства, в том числе переработка растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Поскольку ресурсы растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ограничены, во всем мире ведутся исследования по использованию новых специальных видов водорослей.
Последние годы: Акцент на касторовом масле
В последние несколько лет производители биодизельного топлива уделяют особое внимание касторовому маслу — растению из семейства малочайных (Malochayaceae). Касторовое масло холодного отжима позволяет получить одно из самых высоких цетановых чисел.
Применение биодизеля
Биодизель может использоваться двумя способами: как самостоятельное топливо или в смеси с обычным дизельным топливом. В более холодном климате рекомендуется использовать смесь из 20% биодизеля и 80% дизельного топлива, называемую B20.
Биодизельное топливо, готовое к зиме
Смешивание биодизельного топлива с обычным дизельным топливом может стать отличным способом поддержания работоспособности двигателя в зимний период. Само по себе биодизельное топливо может замерзнуть при температуре до −5°C, что делает его не самым лучшим выбором для холодных дней. Поэтому при понижении температуры можно смешивать биодизель с обычным топливом в любой пропорции.
Биодизель, готовый к летнему сезону
Когда температура воздуха повышается, биодизель может стать отличной экологичной альтернативой обычному дизельному топливу. Биодизель можно использовать постоянно, без риска для двигателя. Только следите за тем, чтобы не использовать 100% биодизель, так как он может вести себя как дизельное топливо летнего класса.
Биодизель в России
Несмотря на отсутствие единой государственной программы по развитию биодизельного топлива в России, Минсельхоз России разработал законопроект, направленный на создание условий для активного производства этого топлива. По оценкам, ежегодно может производиться до 5,5 млн. т рапсового масла, из которых 2,5 млн. т будет использоваться для производства биодизеля.
Производство биотоплива в России: Растущие возможности
Российское правительство активно стимулирует производство биотоплива, например биодизеля, в виде региональных программ. Например, Липецкая область и Алтайский край имеют собственные инициативы по развитию производства биодизеля. Также планируется строительство заводов по производству биодизеля в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, Краснодарском крае и Татарстане.
Производство биотоплива рассматривается как выгодное и прибыльное дело для малого бизнеса благодаря малоотходному производственному циклу и доступности сырья. Однако введение акциза в размере 59 ₽ на литр биоэтанола сделало инвестиции в производство биодизеля менее привлекательными, несмотря на растущий спрос на это топливо.