Биодизель производство, использование, виды

Биодизель — единственный потенциальный заменитель дизельного топлива среди всех аналогов, поскольку он совместим со всеми автомобилями, работающими на дизельном топливе. Смысл названия понятен: оно экологически чистое, биоразлагаемое, а также простое в использовании. Однако для того, чтобы его использовать, необходимо знать больше об этом топливе.

Производство биодизельного топлива

Биодизельное топливо состоит из метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот. Оно образуется в результате химической реакции — этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животного или кормового происхождения). По сути, это метиловый эфир.

Производство биодизеля для заправки двигателей

Производство биодизеля является заменой другим способам использования масел и жиров в качестве моторного топлива. Раньше их просто заливали в бак, но это приводило к проблемам с топливной системой. В результате возникало множество проблем: неполное сгорание топлива, ухудшение смазывающих свойств топлива при смешивании со смазкой, а из-за повышенной вязкости масла на форсунках, кольцах и поршнях образовывались отложения.

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель — это производное от нефти, что неизбежно приводит к вопросу: почему нельзя использовать растительные масла в дизельных двигателях? Это уже сделано во многих странах мира, но не лишено недостатков. Масло сгорает не полностью, поэтому его нельзя использовать в течение длительного времени в традиционных двигателях с непосредственным впрыском.

Сырьем для производства биодизеля может служить любое растительное масло или животный жир. Наиболее экономичным вариантом является рапсовое масло, и поэтому оно пользуется наибольшей популярностью. Со 150 га рапсовых угодий можно извлечь более 180 т масла, что дает 198 тыс. л биодизеля. Рапса много в Европе, в то время как в США доминирует соя, в Бразилии используется касторовое масло, в Канаде — канола (разновидность рапса), а в Индонезии — пальмовое масло.

Виды растительных масел

Кроме рапсового, в производстве биотоплива используются также пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масла. В зависимости от исходного сырья биотопливо делится на три поколения: первое — из сельскохозяйственных культур, второе — из жиросодержащих отходов, третье — из липидов микроводорослей.

Transesterification: Процесс получения биодизельного топлива

Переэтерификация — процесс, используемый для получения биодизельного топлива. В качестве катализатора в нем используется спирт щелочного металла — метилат натрия. Растительное масло состоит из триглицеридов, соединенных с глицерином и трехатомным спиртом C3H8O3. Именно глицерин придает маслу вязкость. Для получения биодизельного топлива глицерин должен быть заменен на спирт в процессе этерификации.

Производство биодизеля

Для получения биодизельного топлива нефть смешивается с метиловым спиртом и щелочным катализатором в реакторных колоннах. Соотношение метанола и масла варьируется от 1:4 до 1:20. Смесь нагревается до 50–60 °С. После отстаивания и охлаждения она разделяется на две фракции: легкий эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56–85, против 50–52 у минерального дизельного топлива) и хорошей горючестью и тяжелую глицериновую фазу, которая во многих областях используется как побочный продукт.

Очистка метилового эфира

Метиловый эфир направляется на промывку для дальнейшей очистки от элементов омыления. Если этого не сделать, то твердые частицы и смолы могут накапливаться в камере сгорания, что приведет к ее засорению. Кроме того, эфиры необходимо высушить, чтобы избежать роста микроорганизмов в биодизеле. После отстаивания образуется глицериновая фаза, которую необходимо перегонять в глицерин. В противном случае в продукте может повыситься щелочность и концентрация метанола, что приведет к проблемам с хранением и утилизацией.

Противопоставление биодизельного и дизельного топлива

В отличие от дизельного топлива, биодизельное состоит из смеси моноалкиловых эфиров жирных кислот. Оно совершенно не содержит нефти, но при этом может быть соединено с любым сортом дизельного топлива для получения топлива, способного работать в любом дизельном двигателе.

По своим свойствам эти два вида топлива также имеют различия. Биодизель обладает лучшими смазывающими свойствами и более высокой температурой вспышки, чем обычное дизельное топливо. Оно также имеет большее цетановое число, что означает более высокое качество воспламенения.

С точки зрения применения, биодизельное топливо может использоваться во всех типах дизельных двигателей, но с возможными модификациями двигателя. В то же время дизельное топливо не может быть использовано в двигателях, специально для него не предназначенных.

Преимущества биодизельного топлива

Продукты сгорания биодизеля обладают многочисленными преимуществами по сравнению с обычным дизельным топливом: содержание серы снижено до 0,005%, в два раза уменьшено образование сажи, на 8–10% снижен выход оксида углерода. Производство биодизельного топлива контролируется и регулируется ГОСТ Р 53605−2009 в соответствии с нормативами EN 14214:2003, устанавливающими требования к характеристикам биодизеля.

Биодизель: Плюсы и минусы

Массовая доля сложных эфиров в биодизельном топливе составляет 96,5%. Его плотность при 15 °C составляет 860–900 кг/м3, а температура вспышки в закрытом тигле — 120 °C. Содержание серы в биодизельном топливе не превышает 10 мг/кг, кинематическая вязкость составляет 3,5–5 мм2/с, цетановое число — 51. Кроме того, общее содержание глицерина составляет 0,25%.

Преимущества

Биодизель обладает высокой экологической чистотой. При его сжигании полностью исчезает диоксид серы и на 80% снижается содержание углекислого газа в выхлопных газах, а также устраняется его запах. Кроме того, оно обладает следующими дополнительными преимуществами:

Потенциальные преимущества дизельного топлива без присадок

1. Возможность использования без присадок, стимулирующих искрообразование;

2. Уменьшение нагарообразования;

3. Горение с минимальным содержанием токсинов;

4. Отсутствие неприятных запахов;

5. Простота организации производства (может быть организовано на небольшой ферме);

6. Практически полное отсутствие отходов (побочный продукт производства масла может быть использован в качестве корма для животных).

Биодизель: Экологичность

Биодизель — экологически чистый вид топлива, безвредный как для человека, так и для окружающей среды. Любые разливы разлагаются практически полностью (99%) в течение трех недель без каких-либо негативных последствий. Это делает биодизель идеальным выбором для водного транспорта, так как он не загрязняет реки и озера. Кроме того, при контакте с водой оно не наносит вреда растениям и животным.

Преимущества возобновляемого сырья

Использование биодизеля дает целый ряд преимуществ, в частности, доступность и дешевизну сырья. В производстве биодизеля могут использоваться побочные продукты сельскохозяйственного производства. В некоторых странах на заводы может поступать отработанное растительное масло из заведений общественного питания, которое использовалось при приготовлении пищи. Это позволило получать возобновляемое топливо из растительного сырья, причем эти ресурсы могут быть быстро регенерированы. Напротив, нефтяные ресурсы практически невозможно заменить. Использование возобновляемого сырья особенно актуально для колхозов, занятых в нефтепереработке: они могут производить высококачественное топливо из собственных отходов, что дает им полную автономию.

Усиленные смазывающие свойства

Если из минерального дизельного топлива удалены сернистые соединения, что ухудшает его смазывающие свойства, то биодизель оказывает противоположное действие. Несмотря на более низкое содержание серы, чем в дизельном топливе, биодизель имеет в своем составе кислород и поэтому является надежным смазочным материалом.

Более того, сила биодизеля как смазочного материала настолько впечатляет, что один грузовик из Германии даже попал в Книгу рекордов Гиннесса за то, что проехал на биодизельном двигателе более 1,25 млн. км без необходимости ремонта.

Смазка движущихся частей

Детали, находящиеся в движении при производстве биодизельного топлива, смазываются в процессе внутреннего сгорания, что увеличивает срок службы двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.

Повышение пожарной безопасности

Высокая температура воспламенения биодизельного топлива обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Оно может воспламениться только при температуре свыше 150 градусов Цельсия, что делает его относительно безопасным.

Короткий срок хранения

Одним из самых больших недостатков биодизеля является его короткий срок хранения — всего 3 месяца.

Повреждение резиновых деталей

Биодизельное топливо способно разрушать резиновые детали двигателя благодаря своим растворяющим свойствам.

Другие недостатки

Помимо вышеперечисленных недостатков, при использовании биодизельного топлива могут возникнуть и другие проблемы.

Низкая эффективность при низких температурах

При низких температурах эффективность биодизельного топлива недостаточна, что приводит к образованию отложений в виде кристаллов воска. Эти кристаллы могут загрязнять детали, а при попадании на лакокрасочное покрытие автомобиля — повреждать его.

Классификация биодизельного топлива

Биодизельное топливо классифицируется в зависимости от используемого сырья. Раньше использовалось только растительное масло. Но сейчас, в связи с ограниченностью ресурсов растительного масла, разрабатываются новые технологии производства, позволяющие перерабатывать растительное сырье с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. Также ведутся исследования по использованию специальных видов водорослей для производства биодизеля.

Недавнее внимание к касторовому маслу

В последние несколько лет производители биодизельного топлива уделяют большое внимание касторовому маслу — растению из семейства малочайных (Malochayaceae). Это связано с тем, что путем холодного прессования можно получить касторовое масло с одним из самых высоких цетановых чисел.

Области применения биодизеля

Биодизель может использоваться в качестве топлива двумя способами: самостоятельно или в смеси с обычным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, получая дизельное топливо марки В20 (цифра указывает на процентное содержание биодизеля).

Может ли биодизель заменить дизельное топливо?

Заменить дизельное топливо биодизелем, безусловно, возможно. Однако следует отметить, что 100%-ное биотопливо ведет себя аналогично летнему варианту дизельного топлива и замерзает при температуре −5°С. Поэтому зимой биодизель обычно просто смешивают с дизельным топливом. Летом же можно ездить на чистом биотопливе. Кроме того, возможно смешивание биодизеля с минеральным топливом в любом соотношении.

Биодизель в России

Несмотря на отсутствие в России единой государственной программы по развитию биодизельного топлива, Министерство сельского хозяйства РФ предложило законопроект, направленный на создание благоприятных условий для активного производства биодизеля. Проект предусматривает ежегодное производство до 5,5 млн. т рапсового масла, из которых 2,5 млн. т будет направлено на производство биотоплива.

Рост внутренних программ

Появляются региональные программы поддержки производства рапсового масла, например, «Ассоциация производителей рапсового масла» в Липецке и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Заводы по производству биодизеля планируется построить в Волгограде, Орле, Ростове, Новгороде, Омске, Краснодарском крае и Татарстане.

Производство биодизеля в России становится все более привлекательным и выгодным для малого бизнеса. Производственный цикл практически безотходный, а сырье выращивается на той же земле. Единственная проблема — акциз на биоэтанол в размере 59 рублей за 1 литр, что делает инвестиции в производство биодизеля нерентабельными, несмотря на растущий спрос.