Биодизель производство, использование, виды

Создание биодизельного топлива — это процесс, позволяющий превратить обычное дизельное топливо в полноценную альтернативу. Его название отражает его природные, экологические и биоразлагаемые свойства. Оно легко используется во всех дизельных двигателях и, следовательно, идеально подходит практически для любого автомобиля. Для того чтобы использовать его по максимуму, необходимо узнать больше об этом топливе.

Производство биодизельного топлива

Биодизельное топливо в основном состоит из метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот. Это следствие химической реакции, известной как этерификация растительных масел или переэтерификация животных и кормовых жиров. Проще говоря, это метиловый эфир, образующийся в результате реакции.

Переход на биодизель

На смену другим подходам к использованию масел и жиров в качестве моторного топлива пришло производство биодизеля. Раньше эти вещества просто заливались в бак, но это приводило к выходу из строя топливной системы.

Причин множество: топливо сгорало не полностью, при смешивании со смазочными материалами ухудшалось смазывающее действие топлива, а повышенная вязкость масла приводила к образованию остатков на форсунках, поршневых кольцах и поршнях.

Почему растительные масла нельзя использовать в качестве топлива в дизельных двигателях

Попытки использовать растительные масла в дизельных двигателях предпринимались во многих странах, однако избежать ряда осложнений не удалось. Масло не сгорает полностью, поэтому его нельзя использовать длительное время в стандартных двигателях с непосредственным впрыском.

Виды сырья

В качестве сырья для получения биодизеля может использоваться любое растительное масло или животный жир. Наименее дорогостоящим является рапсовое масло, которое обычно и используется. Со 150 га земли, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, что дает 198 000 л биодизеля.

Доступность сырья

Рапс распространен в Европе, соя используется в США, касторовое масло — в Бразилии, канола (разновидность рапса) — в Канаде, а пальмовое масло — в Индонезии.

Поколение биотоплива

В зависимости от исходного сырья производят три вида биодизельного топлива:

1. Первое поколение — из сельскохозяйственных культур, включая рапс, пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масло.

2. Второе поколение — из жировых отходов.

3. Третье поколение — из липидов микроводорослей.

Технология производства биодизельного топлива

Технология получения биодизельного топлива основана на процессе переэтерификации, который предполагает использование катализатора — метилата натрия. Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), соединенных с молекулой глицерина, который представляет собой трехатомный спирт C3H8O3. Этот глицерин придает маслу вязкость. Для получения биотоплива глицерин необходимо удалить, заменив его спиртом,— этот процесс называется этерификацией.

Превращение нефти в биодизель

Процесс получения биодизельного топлива заключается в следующем:

1. Взять очищенное масло и смешать его со щелочным катализатором (метиловым спиртом) в реакторных колоннах в соотношении от 1:4 до 1:20.

2. Нагревают смесь до 50–60 °С.

3. Дать смеси осесть и охладиться, в результате чего получить две фракции. Легкая фракция — сложный эфир, называемый также биодизелем, который имеет высокое цетановое число (56–85), намного большее, чем у минерального дизельного топлива (50–52). Тяжелая фракция представляет собой глицериновую фазу, которая служит побочным продуктом для многих применений.

Промывка и очистка метилового эфира

Метиловый эфир промывается и очищается для удаления побочных продуктов мыловарения; это необходимо для предотвращения засорения фильтра и образования угольных отложений и смол в камере сгорания. Следующим этапом является сушка метилового эфира. Это важно, поскольку вода создает идеальную среду для роста микроорганизмов. После отстаивания тяжелая фракция — глицерин, который необходимо перегнать в глицерин, что позволяет избежать проблем с хранением и утилизацией из-за его щелочности и содержания метанола.

Отличие биодизеля от дизельного топлива

Биодизельное и дизельное топливо часто сравнивают из-за схожести их применения. Тем не менее, они различаются по составу, свойствам и возможностям использования.

Характеристики и состав

Биодизельное топливо представляет собой смесь моноалкиловых эфиров жирных кислот, то есть не содержит нефти. Тем не менее, биодизель может смешиваться с любым видом дизельного топлива и использоваться во всех дизельных двигателях.

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель обладает следующими основными преимуществами при сгорании топлива: — Значительно меньшее содержание серы — 0,005% по сравнению с 0,2% в обычном дизельном топливе — на 50% меньше сажи — на 8–10% меньше оксида углерода

Стандарт ГОСТ Р 53605−2009

Производство биодизельного топлива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, соответствующим EN 14214:2003. Этот документ устанавливает следующие характеристики для биодизельного топлива:

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель — экологически чистое топливо, обладающее множеством преимуществ. Оно полностью исключает из атмосферы диоксид серы и на 80% снижает количество выбросов углекислого газа. Кроме того, биодизель не имеет запаха, что является большим преимуществом.

Массовая доля сложных эфиров составляет 96,5%, плотность при 15°С — 860–900 кг/м3, температура вспышки в закрытом тигле — 120°С, содержание серы — не более 10 мг/кг, кинематическая вязкость — 3,5–5 мм2/с, цетановое число — 51, содержание общего глицерина — 0,25%.

Преимущества использования растительного масла в качестве топлива

1. Растительное масло можно использовать в дизельных двигателях без добавок, стимулирующих воспламенение.

2. Ингибируется образование углеродистых отложений.

3. При сгорании практически не образуются токсичные отходы.

4. Отсутствует неприятный запах.

5. Легко организовать производство (даже на небольшой ферме).

6. Практически безотходное производство (побочный продукт производства масла можно использовать для кормления животных).

Безвредность биодизеля

Биодизель нетоксичен и не наносит вреда человеку и окружающей среде. В случае разлива оно практически полностью (на 99%) разлагается в течение трех недель, что делает его экологически чистой альтернативой водному транспорту. Кроме того, при контакте с водой продукт безвреден для растений и животных.

Преимущества биодизельного топлива

Использование биодизельного топлива имеет множество преимуществ, одним из которых является его доступность и экономическая эффективность. Для его производства можно использовать отходы сельскохозяйственного производства, а в некоторых странах рестораны предоставляют для переработки отработанное растительное масло. Этот возобновляемый источник топлива может быть получен из растительного сырья и быстро восполним. Для сравнения: запасы нефти конечны и невозобновляемы. Использование возобновляемых ресурсов особенно выгодно для колхозов, специализирующихся на производстве масла, так как они могут производить высококачественное топливо из собственных отходов, что позволяет им быть самодостаточными.

Биодизель как смазочный материал

Смазывающие свойства биодизельного топлива превосходят минеральное дизельное топливо даже при более низком содержании серы. Это объясняется наличием в биодизеле кислорода. Один из грузовиков из Германии даже был занесен в Книгу рекордов Гиннесса за то, что проехал более 1,25 млн. км с оригинальным биодизельным двигателем. Это свидетельствует об отличных смазывающих свойствах биодизеля.

Смазка движущихся деталей

Смазывание подвижных деталей двигателя внутреннего сгорания позволяет увеличить срок службы как двигателя, так и топливного насоса примерно на 60%.

Высокая пожаробезопасность

Температура воспламенения биодизеля очень высока, и воспламенение возможно только при температуре более 150°C, что делает его относительно безопасным веществом. Это означает, что биодизель обладает высокой степенью пожарной безопасности.

Недостатки биодизельного топлива

Несмотря на то, что биодизельное топливо имеет массу преимуществ, оно обладает и некоторыми недостатками. Самый большой из них — короткий срок хранения, составляющий всего 3 месяца. Кроме того, оно может быть вредным для резиновых деталей двигателя из-за своих свойств растворителя. К другим проблемам, связанным с биодизельным топливом, относятся:

Виды биодизельного топлива

Низкотемпературные характеристики традиционного биодизельного топлива неудовлетворительны, при отрицательных температурах могут образовываться кристаллы парафина, загрязняющие компоненты, а также оно может быть агрессивным по отношению к лакокрасочному покрытию автомобиля.

Разнообразие источников

Растительное масло больше не является единственным источником биодизеля. Сейчас исследователи разрабатывают новые технологии, предусматривающие переработку растительного сырья с помощью генно-инженерных микроорганизмов. В условиях ограниченных ресурсов растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, во всем мире ведутся исследования по использованию специально выращенных водорослей.

Внимание к касторовому маслу

В последние годы в биодизельной промышленности большое внимание уделяется касторовому маслу — растению из семейства Малочайных. Путем холодного прессования из него можно получить касторовое масло с одним из самых высоких цетановых чисел.

Применение биодизеля

Биодизель может использоваться как самостоятельное топливо, так и в сочетании с обычным дизельным топливом. При низких температурах рекомендуется смешивать биодизельное топливо в соотношении 20% с дизельным топливом в соотношении 80%. При таком сочетании получается дизельное топливо B20, причем цифра указывает на долю биодизельного топлива.

Биотопливо как альтернатива дизельному топливу

Биотопливо было предложено в качестве долгосрочной замены дизельного топлива. Важно помнить, что биотопливо, используемое в летние месяцы, не подходит для использования в зимнее время, так как оно замерзает при температуре 5 градусов ниже нуля Цельсия. Чтобы использовать биотопливо в холодное время года, его необходимо смешивать с минеральным дизельным топливом в любых пропорциях. Летом же можно использовать чистое биотопливо.

Биодизель в России

Несмотря на отсутствие общегосударственной программы развития производства биодизеля в России, Минсельхоз России выдвинул законопроект, направленный на стимулирование производства этого вида топлива. Предполагается, что к срокам реализации проекта ежегодное производство рапсового масла должно составить 5,5 млн. т, из которых 2,5 млн. т будет использоваться для производства биодизеля.

Появление региональных программ

В последнее время стали появляться региональные проекты, например, Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Строительство заводов по производству биодизеля прогнозируется в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.

Безотходный цикл производства

Производство биодизеля в России постепенно становится одним из самых выгодных и перспективных направлений для малого бизнеса. Это связано с тем, что производственный цикл является практически безотходным, а сырье для производства можно выращивать на используемых землях.

Налоговые проблемы

Проблемой остается вопрос с акцизом на биоэтанол, который составляет 59 ₽ за 1 л. Из-за этого инвестиции в производство биодизеля в настоящее время не имеют особого смысла, даже несмотря на высокую рентабельность такого предприятия, поскольку спрос на такое топливо растет с каждым днем.