Из всех заменителей дизельного топлива только биодизель может стать его полноценной заменой, поскольку он совместим со всеми двигателями, работающими на дизельном топливе. Смысл названия этого топлива понятен. Оно безвредно для окружающей среды, разлагается и легко утилизируется. Но для того чтобы его использовать, все же стоит узнать о нем побольше.
Производство биодизеля
Биодизельное топливо представляет собой сочетание метилового или этилового эфиров жирных кислот с более высокой степенью ненасыщенности. По сути, это метиловый эфир, образующийся в результате химической реакции — этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животных или кормовых).
Альтернатива топливу из нефти и жира
Производство биодизеля стало заменой другим способам использования масел и жиров в качестве моторного топлива. Ранее эти вещества заливались непосредственно в бак, что приводило к выходу из строя топливной системы. Причин тому множество: неполное сгорание топлива, ухудшение его смазывающих свойств при соединении со смазкой, появление скоплений на форсунках, кольцах и поршнях из-за повышенной густоты масла.
Вопрос: Почему растительные масла нельзя использовать в дизельных двигателях?
Проблема
Поскольку биодизель является побочным продуктом переработки нефти, логично задаться вопросом, почему растительные масла нельзя использовать в дизельных двигателях. Действительно, во многих странах это делается, однако избежать связанных с этим проблем не удается. Масло сгорает не полностью, а значит, его нельзя использовать длительное время в обычных двигателях с непосредственным впрыском.
Источники биодизельного топлива
Сырьем для получения биодизельного топлива может служить любое растительное масло или животный жир. Наиболее доступным из них является рапсовое масло, поэтому оно используется чаще всего. Кроме того, оно имеет самый высокий выход биотоплива. Например, со 150 га земли, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, что позволит произвести 198 тыс. л биодизеля.
В Европе рапс является распространенным источником биодизеля. В США используется соя, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — канола, в Индонезии — пальмовое масло.
Биотопливо из различных источников
Кроме рапса, для получения биотоплива используется множество других растений и материалов, таких как пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масло. В зависимости от исходного сырья можно получить биотопливо трех видов: первое — из сельскохозяйственных культур, второе — из жировых отходов, третье — из липидов микроводорослей.
Процесс производства биодизеля
В основе производства биодизельного топлива лежит технология переэтерификации. Для проведения процесса необходим специальный катализатор — метилат натрия. Растительное масло представляет собой смесь триглицеридов (сложных эфиров) плюс молекула глицерина с трехосновным спиртом C3H8O3. Глицерин придает маслу вязкость. Для производства биотоплива этот глицерин необходимо удалить, заменив его спиртом, что называется этерификацией.
Производство биодизеля
Для получения биодизельного топлива в реакторной колонне смешивают очищенную нефть и щелочной катализатор (метиловый спирт). Соотношение метанола и масла может составлять от 1:4 до 1:20. Затем смесь нагревают до температуры 50–60°С. После отстаивания и охлаждения смесь разделяется на две фракции — легкий эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56–85, что значительно выше, чем у минерального дизельного топлива — 50–52) и хорошей горючестью и тяжелую глицериновую фазу, которая может использоваться в различных областях в качестве побочного продукта.
Очистка метилового эфира
Для дополнительной очистки от продуктов омыления метиловый эфир направляется на промывку. Это очень важно, так как в противном случае топливо приведет к засорению фильтров, образованию углеродистых отложений и смол в камере сгорания. Затем следует сушка метиловых эфиров. Удаление воды крайне важно, так как она может привести к развитию микроорганизмов в биодизельном топливе. Затем смесь отстаивается, образуя глицериновую фазу. Ее необходимо переработать в глицерин, направив на установку дистилляции метанола, так как в противном случае могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией из-за повышенной щелочности и высокого содержания метанола.
Противопоставление биодизельного и дизельного топлива
Биодизель и дизельное топливо часто сравнивают из-за их сходства как жидких топлив, однако в их составе, свойствах и практическом применении имеются явные различия.
Состав
Биодизель — это многокомпонентное топливо, состоящее из смеси моноалкиловых эфиров жирных кислот, в то время как в состав дизельного топлива входит нефть. Тем не менее, биодизель можно без проблем смешивать с любым видом дизельного топлива, а полученное топливо может использоваться во всех дизельных двигателях.
Пары сгорания биотоплива — преимущества
Пары сгорания биотоплива имеют ряд преимуществ перед обычным дизельным топливом. К ним относятся:
— Значительно меньшее содержание серы — 0,005% по сравнению с 0,2% в обычном дизельном топливе — 50%-ное снижение количества сажи — снижение выбросов оксида углерода на 8–10%
Производство биотоплива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009 в соответствии с EN 14214:2003. Данный документ устанавливает следующие технические требования к биодизельному топливу:
Преимущества биодизеля как топлива
Биодизель известен своей экологичностью, поскольку полностью исключает выделение сернистого газа и снижает содержание углекислого газа в выхлопных газах на 80%. Кроме того, биодизель устраняет характерный запах выхлопных газов.
Свойства биодизельного топлива
Массовая доля сложных эфиров в биодизельном топливе составляет 96,5%, а его плотность при 15°С находится в пределах 860–900 кг/м3. Температура вспышки в закрытом тигле составляет 120°С, содержание серы — не более 10 мг/кг. Кинематическая вязкость составляет 3,5–5 мм2/с, а цетановое число — 51. Наконец, общее содержание глицерина составляет 0,25%.
Возможность использования дизельного топлива без промоторов зажигания
Возможность использования дизельного топлива без применения веществ, способствующих искрообразованию, предотвращение образования углерода, сжигание с минимальным количеством вредных отходов, отсутствие неприятного запаха, простой процесс производства (может быть реализован на небольшой ферме) и практически безотходное производство (побочные продукты производства масла используются для кормления животных).
Безопасность биодизеля.
Биодизельное топливо абсолютно безопасно для человека и окружающей среды. В случае утечки оно практически полностью (на 99%) разлагается в течение трех недель, не оставляя после себя никаких следов. Это делает его идеальным выбором для водного транспорта, так как оно не загрязняет реки и озера. Кроме того, при контакте с водой он не оказывает негативного воздействия на растения и животных.
Преимущества возобновляемого сырья
Биодизель имеет множество преимуществ, особенно в плане сырья. Для производства биодизеля могут использоваться отходы сельскохозяйственного производства, а в некоторых странах для этих же целей перерабатывается отработанное растительное масло из ресторанов. Этот возобновляемый источник топлива гораздо лучше, чем истощающиеся запасы нефти, которые практически невосполнимы.
Особенно выгодно производство биодизеля фермерам, которые могут самостоятельно производить высококачественное топливо из собственных отходов. Такая независимость позволяет им быть автономными и самодостаточными.
Смазка биодизельным топливом
При очистке минерального дизельного топлива от сернистых соединений его смазывающие свойства снижаются. Для сравнения, биодизельное топливо, несмотря на сравнительно низкое содержание серы, является эффективным смазочным материалом благодаря наличию в его составе кислорода.
С помощью биодизельных двигателей совершаются невероятные подвиги. Например, один грузовик из Германии был занесен в Книгу рекордов Гиннесса, проехав на биодизельном двигателе более 1,25 млн. км.
Увеличение срока службы
Смазка двигателя внутреннего сгорания при работе на биодизельном топливе осуществляется одновременно, что приводит к увеличению срока службы двигателя и топливного насоса в среднем на 60%.
Повышение пожарной безопасности
Учитывая повышенную температуру воспламенения, биодизель обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Горение возможно только при температуре выше 150°C, что делает биодизель относительно безопасным соединением.
Недостатки биодизельного топлива
Несмотря на все плюсы, биодизельное топливо не лишено недостатков. Так, например, срок его хранения составляет всего 3 месяца. Кроме того, из-за свойств растворителя оно может вызывать коррозию резиновых деталей двигателя. Кроме того, у биодизеля есть и другие проблемы: — Оно может быть дороже обычного дизельного топлива. — Оно может потребовать дополнительных модификаций двигателей и топливных систем. — Оно не так широко доступно, как дизельное топливо.
Виды биодизельного топлива и их недостатки
Биодизельное топливо подразделяется на виды в зависимости от используемого сырья. Если раньше единственным источником биотоплива было растительное масло, то в настоящее время разрабатываются новые технологии, использующие ГМ-микроорганизмы для переработки растительного сырья. Поскольку ресурсы растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ограничены, в мире изучается возможность выращивания специальных видов водорослей для получения биодизеля.
Однако биодизель имеет ряд недостатков. К ним относятся снижение эффективности при пониженных температурах, появление осадка при отрицательных температурах (что приводит к образованию кристаллов парафина и загрязнению окружающей среды) и агрессивность по отношению к лакокрасочному покрытию кузова, чего следует избегать.
Внимание к касторовому маслу
В последние несколько лет при создании биодизельного топлива особое внимание уделяется касторовому маслу, принадлежащему к семейству Malochayaceae. Масло добывается методом холодного прессования, что обеспечивает ему одно из лучших цетановых чисел.
Применение биодизеля
Биодизельное топливо может использоваться двумя способами: самостоятельно или в сочетании с обычным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется соединять 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, получая топливо с маркировкой B20 (с указанием процента биодизеля).
Замена дизельного топлива на биодизель
Переход на биодизельное топливо на постоянной основе вполне возможен, поскольку оно аналогично летнему дизельному топливу, хотя и может замерзнуть при температуре −5°С. Чтобы избежать этого, зимой биодизель можно смешивать с минеральным дизельным топливом, причем пропорции можно свободно регулировать. В летнее время допускается эксплуатация на чистом биодизеле.
Биодизель в России
В России биодизельная отрасль пока находится на начальном этапе, так как отсутствует единая государственная программа ее развития. Министерство сельского хозяйства РФ предложило закон о создании условий для активного производства биодизеля. Согласно предложенному проекту, ежегодно будет производиться до 5,5 млн. т рапсового масла, из которых 2,5 млн. т будет предназначено для производства биотоплива.
Изучение возможностей малого бизнеса в производстве биодизеля
Малый бизнес в России все чаще обращается к производству биодизеля как к потенциально прибыльному делу. Создаются региональные программы, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецке и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Планируется строительство заводов в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.
Процесс производства практически безотходный, используется сырье, выращенное на земле, поэтому перспективы успеха многообещающие. Единственное препятствие — акциз на биоэтанол в размере 59 рублей за литр, из-за чего инвесторы стали сторониться биодизеля. Несмотря на это, спрос на топливо растет, и те, кто отважится выйти на рынок, могут добиться успеха.