Биодизель производство, использование, виды

Из всех аналогов дизельного топлива только биодизель может служить полноценным заменителем, поскольку подходит для всех дизельных двигателей. Название этого топлива не требует пояснений, поскольку оно не только экологически чистое и биоразлагаемое, но и простое в использовании. Тем не менее, прежде чем использовать его, целесообразно получить о нем более подробную информацию.

Производство биодизельного топлива

Биодизельное топливо представляет собой комбинацию метиловых или этиловых эфиров ненасыщенных и жирных кислот. По сути, это метиловый эфир, полученный в результате этерификации растительных масел или переэтерификации животных и кормовых жиров. Это происходит в результате химической реакции.

Замена биодизеля на стандартное нефтяное топливо

Производство биодизельного топлива стало заменой другим способам использования масел и жиров в качестве моторного топлива. Раньше их просто заливали в бак, но из-за этого топливная система выходила из строя. Причин было несколько: неполное сгорание топлива, снижение смазывающей способности топлива при смешивании со смазкой, образование отложений на форсунках, кольцах и поршнях из-за повышенной вязкости масла.

Почему растительные масла нельзя использовать в дизельных двигателях?

Хотя практика использования растительных масел в дизельных двигателях внедрена во многих странах, она по-прежнему связана с целым рядом проблем. Масло не сгорает полностью, что делает его непригодным для использования в традиционных двигателях с непосредственным впрыском.

Наиболее распространенные источники биодизеля

Наиболее распространенным источником биодизельного топлива является рапсовое масло, так как оно самое дешевое и имеет самый высокий выход биотоплива. С площади 150 га, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, что достаточно для производства 198 тыс. л биодизеля. Эта культура наиболее распространена в европейских странах. В США основным сырьем является соя, в Бразилии используется касторовое масло, в Канаде — канола (разновидность рапса), в Индонезии — пальмовое масло.

Альтернатива рапсу:

Помимо рапса, к другим источникам биотоплива относятся:

1. Пальма;

2. Арахис;

3. Хлопок;

4. Кастор;

5. Подсолнечник;

6. Кунжут;

7. Горчица;

8. Кукурузное масло.

Виды биотоплива:

В зависимости от используемого сырья биотопливо подразделяется на три категории:

1. Первое поколение: получаемое из сельскохозяйственных культур;

2. Второе поколение: производится из жиросодержащих отходов;

3. 1. Третье поколение: получают из липидов микроводорослей.

Переэтерификация

Этот метод получения биодизельного топлива включает использование катализатора, обычно метилата натрия, и известен как переэтерификация.

Растительное масло

Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), соединенных с молекулой глицерина. Глицерин придает маслу вязкость. Чтобы превратить растительное масло в биотопливо, глицерин необходимо удалить, заменив его спиртом, что называется этерификацией.

Процесс производства биодизеля

Для получения биодизельного топлива очищенное масло и щелочной катализатор (метиловый спирт) смешиваются в реакторной колонне в соотношении от 1:4 до 1:20. Затем смесь нагревается до 50–60°C. После отстаивания и охлаждения смесь разделяется на две фракции — легкий эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56–85, при минеральном дизельном топливе 50–52) и хорошей горючестью и тяжелую глицериновую фазу, которая служит полезным побочным продуктом во многих отраслях промышленности.

Очистка метилового эфира

Метиловый эфир подвергается дополнительной очистке для удаления продуктов омыления, иначе топливо может забить фильтр и образовать углеродистые отложения вместе со смолами в камере сгорания. Наконец, метиловые эфиры подвергаются обезвоживанию. Удаление воды имеет большое значение, так как она может активизировать рост микроорганизмов в биодизельном топливе. В процессе разделения смеси в виде тяжелой фракции образуется глицериновая фаза. Ее необходимо заменить на глицерин, направив на установку дистилляции метанола, иначе могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта из-за его повышенной щелочности и высокой концентрации метанола.

Сравнение биодизельного и дизельного топлива

Биодизельное и дизельное топливо часто сравнивают из-за их схожего применения, однако они обладают различными характеристиками и составами. Биодизель представляет собой комбинацию моноалкиловых эфиров жирных кислот, то есть не содержит нефти, в то время как дизельное топливо ее содержит. Несмотря на разницу в компонентах, биодизель можно смешивать с любым дизельным топливом и использовать в любом дизельном двигателе. Кроме того, полученное топливо не менее эффективно, чем исходное дизельное топливо.

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель — возобновляемое топливо, обладающее многочисленными преимуществами по сравнению с традиционным дизельным топливом, получаемым из нефти. Следует отметить, что продукты сгорания биодизеля содержат меньше серы (0,005% по сравнению с 0,2% для стандартного дизельного топлива), на 50% меньше сажи и на 8–10% меньше оксида углерода. Использование и производство биодизельного топлива регламентируется ГОСТ Р 53605−2009, который соответствует стандарту EN 14214:2003. В данном документе приведены следующие характеристики биодизельного топлива:

Преимущества биодизельного топлива

Биодизельное топливо невероятно экологично. Использование его в качестве источника топлива позволяет избавиться от диоксида серы и снизить содержание углекислого газа в выхлопных газах на внушительные 80%, а также устранить их характерный запах. К числу других преимуществ относятся:

1. Массовая доля эфиров — 96,5%.

2. Плотность при 15°С — 860–900 кг/м³.

3. Температура вспышки в закрытом тигле — 120°С.

4. Содержание серы — не более 10 мг/кг.

5. Кинематическая вязкость — 3,5–5 мм²/с.

6. Цетановое число — 51.

7. Общее содержание глицерина — 0,25%.

Потенциал дизеля без средств зажигания

Возможность использования дизельного топлива без дополнительных средств зажигания дает большие преимущества:

• Предотвращение образования нагара,

• Почти безтоксичное сгорание,

• Отсутствие неприятных запахов,

• Простота производства даже на небольшой ферме,

• Практически полное безотходное производство (жмых, полученный в процессе производства масла, используется в качестве корма для скота).

Не представляет опасности для жизни и окружающей среды

Биодизель абсолютно безопасен как для человека, так и для окружающей среды. Даже в случае утечки оно разлагается на 99% за 3 недели, что исключает загрязнение рек и озер. При контакте с водой оно также не наносит вреда растениям и животным.

Возобновляемое сырье

Использование биодизеля дает ряд преимуществ, таких как доступность и дешевизна его сырьевых компонентов. В процессе производства могут быть использованы отходы сельскохозяйственного производства. В некоторых странах заводы приобретают отработанное растительное масло из ресторанов, где оно использовалось для приготовления различных блюд. Изготовление биодизеля из растительных элементов позволяет получить возобновляемый источник топлива. Кроме того, ресурсы для производства быстро восстанавливаются. Напротив, запасы нефти восстановить практически невозможно. Поэтому использование таких устойчивых элементов особенно актуально для колхозов, занимающихся переработкой нефти. Они могут производить высококачественное топливо из собственных отходов, что позволяет им стать полностью независимыми.

Смазочные характеристики

Минеральное дизельное топливо после очистки от сернистых соединений теряет свои смазывающие свойства. С другой стороны, биодизельное топливо способно выступать в качестве отличного смазочного материала, даже несмотря на меньшее содержание серы по сравнению с дизельным топливом. Это объясняется тем, что в смеси присутствует кислород.

Например, один грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннесса, так как проехал более 1,25 млн. км с одним и тем же биодизельным двигателем.

Смазка деталей

При работе на биодизельном топливе одновременно смазываются все детали, движущиеся в двигателе внутреннего сгорания. Это приводит к увеличению срока службы двигателя и топливного насоса на 60%.

Противопожарная защита

Повышенная температура воспламенения биодизельного топлива гарантирует повышенную пожарную безопасность, поскольку оно может загореться только при более высокой температуре. Фактически биодизель сгорает при температуре выше 150°C, поэтому он считается безопасным веществом.

Недостатки биодизеля

Несмотря на свои преимущества, биодизельное топливо имеет и ряд недостатков. Прежде всего, это малый срок хранения — всего 3 месяца. Кроме того, из-за своей растворимости оно может негативно влиять на резиновые детали двигателя. К другим недостаткам биодизельного топлива относятся:

Низкотемпературная неэффективность, отрицательный температурный осадок, агрессивность лакокрасочного покрытия — Типы биодизеля

Неэффективность при низких температурах, образование осадка при отрицательных температурах (образуются кристаллы воска, загрязняющие элементы) и враждебное отношение к лакокрасочному покрытию автомобиля (не допускается контакт биодизеля с поверхностью) — вот некоторые из проблем биодизеля.

Типы биодизельного топлива

Биотопливо делится на типы в зависимости от компонентов, используемых для производства. В настоящее время растительные масла не являются единственным вариантом. Разрабатываются инновационные технологии производства, в том числе переработка растительных элементов с помощью генетически модифицированных организмов. Поскольку сельскохозяйственная продукция является ограниченным источником растительных масел, во всем мире ведутся исследования по использованию новых, специально выращенных водорослей.

Недавнее внимание к касторовому маслу

В последние несколько лет производители биодизеля проявляют повышенный интерес к касторовому маслу — растению семейства малочайных (Malochayaceae). Холодное прессование этого растения позволяет получить касторовое масло с одним из самых высоких цетановых чисел.

Области применения биодизеля

Биодизель может использоваться в качестве топлива двумя способами: либо как самостоятельное топливо, либо в смеси с традиционным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, получая дизель типа B20 (цифра обозначает процентное содержание биодизеля).

Использование биодизеля в качестве альтернативы дизельному топливу

Переход на биодизельное топливо в качестве постоянного источника топлива — вполне реальный вариант, и его следует иметь в виду. Однако следует отметить, что 100%-ное биодизельное топливо ведет себя так же, как и «летнее» дизельное топливо, поскольку имеет тенденцию к замерзанию при температуре ниже −5°C. Поэтому в зимний период целесообразнее смешивать биодизель с обычным дизельным топливом. В летнее время биодизель можно использовать самостоятельно. Допускается также смешивание биодизеля с минеральным дизельным топливом, причем пропорции могут быть изменены в зависимости от потребностей.

Биодизель в России

В России до сих пор не реализована единая национальная программа по продвижению биодизеля. Однако Минсельхоз России предложил законопроект, направленный на создание благоприятных условий для активного производства биодизеля в стране. Его условия предусматривают ежегодное производство до 5,5 млн. тонн рапсового масла, из которых 2,5 млн. тонн предназначено для производства биотоплива.

Растущее биотопливо в России

Начинают появляться различные региональные инициативы, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Ожидается, что заводы по производству биодизеля будут построены в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.

Производство биодизеля в России становится привлекательным и выгодным предприятием для малого бизнеса, поскольку процесс производства практически безотходный, а необходимые материалы можно выращивать на имеющихся землях. Единственным препятствием на данный момент является акциз на биоэтанол в размере 59 рублей за 1 литр, что делает инвестиции в производство биодизеля нецелесообразными. Несмотря на это, спрос на данный вид топлива постоянно растет, а рентабельность высока.