Биодизель: особенности биотоплива

Практически все виды топлива, особенно на основе нефти, сложно и дорого производить. Сторонники альтернативной энергетики предлагают в качестве частичной замены традиционных топлив — биотопливо.

Основным аргументом в пользу использования биологического сырья как источника тепловой энергии стало то, что запасы пропадающей зря биомассы очень велики, особенно в России, с ее огромной пустующей территорией.

Их рациональная переработка позволила бы частично решить энергетическую проблему, особенно для удаленных регионов. Но критики биотоплива относятся к идее «ездить на рапсе» крайне скептически, как и к другим видам альтернативной энергетики: солнечной, ветряной, энергии рек и океана.

Среди доводов «против» главные — это риск роста цен на сельскохозяйственные культуры, экологическая опасность производства. А пока продолжается этот научный спор, рост производства биотоплива медленно, но уверенно продолжается.

— Вадим Анатольевич, какие существуют виды биотоплива?

— Биотоплива разделяются на два типа: первого и второго поколения. К биотопливам первого поколения относятся биоэтанол, произведенный из сахарного тростника, кукурузы, пшеницы и других злаковых культур, и биодизель, полученный из масляничных культур — сои, рапса, пальмы, подсолнечника.

Для их выращивания требуется использование качественных пахотных земель, много сельскохозяйственной техники, а также удобрений и пестицидов. Конечно, при таком раскладе производство биотоплива напрямую конкурирует с пищевым сектором экономики.

Это приводит к своим последствиям в социальной сфере и придает негативную окраску всей биоэнергетике.

Топливный биоэтанол получают сбраживанием сахаров с помощью технологии производства пищевого этанола без дополнительных стадий очистки. Биодизель получают методом химической реакции жиров растительных масел и низших спиртов (в первую очередь метанола).

Биотоплива второго поколения производятся из непищевого сырья. Оно может включать в себя отработанные жиры и растительные масла, биомассу деревьев и трав. Преимущество такого топлива заключается в том, что эти растения могут выращиваться на менее благоустроенных землях с применением минимального количества техники, удобрений и пестицидов.

Минусом же является то, что лигноцеллюлоза древесины — это сложный полимерный углевод, он требует гораздо больше химических превращений и, соответственно, энергии для получения из него жидких топлив, чем при производстве биотоплив первого поколения. Но эффективность производства энергии из биомассы биотоплив обоих поколений одинакова, составляет примерно 50%.

Из лигноцеллюлозы растений может быть получено два типа биотоплив — биоэтанол и бионефть. Этанол получают методом кислотного гидролиза целлюлозы, а потом сбраживают полученные сахара.

Как получают бионефть? Сначала нужно измельченную биомассу быстро нагреть по специальной технологии, а потом получаемые продукты быстро охладить.

Но такая нефть, увы, непригодна для использования в качестве моторного топлива: требуется ее дальнейшая переработка.

Также к биотопливам второго поколения относят биотоплива первого поколения, полученные по новым технологиям, которые приводят к снижению потребления ископаемых топлив при их производстве, а также к снижению вредного воздействия на окружающую среду.

Есть и другая классификация биотоплива — по способам его получения. Существуют химический, термохимический и биологический методы.

Особняком стоит относительно новый тип биотоплива — грин-дизель (Green diesel, «суперцетан», «supercetane»). Если говорить упрощенно, это смесь углеводородов дизельной фракции. Грин-дизель обладает высоким цетановым числом (характеристикой воспламеняемости) — 70-85, это очень хороший уровень. Грин-дизель позиционируется как улучшающая добавка к традиционным дизельным топливам.

Рисунок 1. Упрощенная классификация биотоплив. (Источник: R.C.Saxena, D.Seal, S.Kumar, H.B.Goyal, Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12, 1909 (2008)

В настоящее время разрабатываются концепции и технологии для получения биотоплив третьего поколения, которые будут более рентабельными и экологически чистыми (с минимальным совокупным выбросом СО2 в атмосферу).

— Насколько масштабны ресурсы сырья, из которого делают биотопливо? Вообще, биотопливо — это дешево?

— Особенностью массового производства биотоплива является отсутствие стадии нефтедобычи — нет необходимости геологоразведки, бурения нефтяных скважин. Это несомненный плюс.

Но, с другой стороны, требуется задействовать значительные посевные площади. Например, с 1 гектара площадей можно получить не более 0,3 тонны соевого масла, или 1 тонну рапсового масла, или 5 тонн пальмового масла.

Пальма в этом смысле является рекордсменом среди наземных растений.

Россия же из-за своих климатических особенностей среди масленичных культур топливного назначения может ориентироваться только на выращивание рапса.

А если учесть, что у нас по состоянию на 2005 год не использовалось более 15 млн га пашни, которые могли бы быть отданы на выращивание пшеницы или рапса топливного назначения, то перспективы нашей страны как экспортера не только нефти, газа, но и биотоплива, весьма заманчивы.

Европа, как основной потребитель биотоплива, не может себе позволить выделить такое количество сельскохозяйственных угодий для выращивания «энергетических» культур.

Уход из «пищевого» сектора экономики и использование отходов сельского хозяйства, деревопереработки, пищевой промышленности, или же выращивание быстрорастущих энергетических культур дает ряд преимуществ. Это не только расширит сырьевую базу для биотоплива, но и снизит конкуренцию и, соответственно, цены на «пищевые» культуры.

Основной аргумент противников биоэнергетики — конкуренция биотоплива с пищевыми продуктами. Действительно, вследствие биотопливного бума во всем мире выросли цены на кукурузу, все виды масляничных культур и даже на те сорта, которые не используются при производстве биодизеля.

Учитывая это, видимо, стоит ориентироваться на непищевое сырье, а именно — древесину и отходы сельского хозяйства.

Таблица 1. Извлекаемые запасы ископаемых первичных энергоносителей и ежегодный прирост биомассы (в млрд т. н. э.) (Источник: Chemistry & Business, 2004, A. Danilov; From: Worldwatch Institute, 2005 г.)

— Какова область применения биотоплива? Какие преимущества оно дает по сравнению с традиционными видами топлива?

— Биотопливо, в первую очередь, подразумевает использование биоэтанола и биодизеля. В мире биоэтанол получают, в основном, из злаковых культур, кукурузы, сахарного тростника и сахарной свеклы путем ферментативного брожения.

Из всего произведенного этанола 80% имеет топливное применение, 12% — техническое и 8% — пищевое. Прослеживается явная тенденция к увеличению доли топливного этанола в ближайшем будущем.

Например, в США в ближайшие несколько лет планируется построить дополнительно 132 завода по производству топливного этанола.

Но не стоит забывать, что на сегодняшний день биоэтанол не является полным заменителем бензина. В основном используется смесевое топливо, содержащее 10% этанола и 90% бензина (стандарт Е10).

Значительно реже встречается топливо с более высоким содержанием этанола — Е85. Основными недостатками этанола как топлива является его невысокая теплотворная способность (на 37% меньше, чем у бензина), что приводит к более высокому расходу.

Второй недостаток — высокая способность к поглощению воды, что может привести к расслоению смесевого топлива. Однако, все эти отрицательные моменты можно обойти, используя топливо с низким содержанием (до 10%) этанола. Нужно учитывать и экологический фактор.

Процесс сгорания этанола гораздо эффективнее по сравнению с бензином, что уменьшает токсичность выхлопных газов.

Например, в 2006 году было произведено более 6 млн тонн биодизеля, и наблюдается тенденция к росту объемов его производства. Как и в случае с биоэтанолом, биодизель обладает своими недостатками и достоинствами. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы.

При попадании в почву или воду он практически полностью разлагается уже через три недели. Кроме того, он обладает хорошими смазывающими характеристиками и более высоким цетановым числом (не менее 51).

Однако высокая вязкость не позволяет использовать его в холодное время, поэтому требуется применять смеси, состоящие на 20% из биодизеля и на 80% из солярки (марка В20).

— С одной стороны, биотопливо потенциально должно улучшить экологическую обстановку за счет уменьшения вредных выбросов, с другой стороны, по мнению критиков, это должно привести к масштабным вырубкам лесов. Что Вы думаете об этом?

— Проблема вырубки лесов в связи с производством биотоплива, скорее, надумана, потому что древесные отходы часто не находят эффективного применения. Об этом говорят цифры. В настоящее время ежегодно в России заготавливается около 140 млн м­3 древесины от рубок главного пользования и рубок ухода за лесом.

При этом более половины приходится на отходы лесозаготовки и деревопереработки. В ближайшие 5-7 лет объем лесозаготовок может возрасти до 200 млн м­3. При проведении рубок ухода за лесом до 60% древесины является низкокачественной, не имеющей товарной ценности.

Общий объем образующихся отходов и низкосортной древесины составляет не менее 40-45 млн м3 в год или не менее 10-12 млн тут (тут — тонна условного топлива) в год.

Также неэффективно используются отходы растениеводства и торф. Количество отходов растениеводства, которые выбрасываются на ветер, составляет не менее 10 млн тонн в год (или не менее 3,4 млн тут).

Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не более чем на 5%

Древесные отходы лесозаготовок тоже остаются на лесосеке неиспользованными. Эта биомасса создает дополнительные помехи лесному хозяйству в виде засорения древесиной, ветровала, что является причиной увеличения сроков и затрат на последующее лесовосстановление.

Древесная биомасса в лесу, а также биоотходы перерабатывающих предприятий, создают риск возникновения пожара, размножения вредителей леса, а также являются источником парниковых газов при гниении биомассы. Ежегодно эмиссия метана от отходов биомассы составляет 7-8 млн тонн и сопоставима с мощностью основных наземных биогенных источников.

Сегодня ресурсы биомассы, в том числе вторичные, используются не более чем на 5%. Традиционные методы переработки биомассы в существующих условиях малоэффективны и требуют значительных инвестиций при сроках окупаемости 6-8 лет.

Использование всех этих дешевых и доступных ресурсов в качестве топлива может стать завершающей фазой производственных процессов, придавая им почти безотходный характер. Это стало бы эффективной мерой по охране окружающей среды, а также обеспечило бы полное энергообеспечение локальных потребителей.

— Само биотопливо — экологически чистый продукт. А как насчет процесса его производства? Так же ли он безопасен, ведь используются серная кислота, щелочи.

— Безусловно, при производстве биоэтанола иногда используются опасные реагенты, например, серная кислота и щелочные гомогенные катализаторы. Решением этой проблемы занимаются исследователи во многих странах мира.

И правильные подходы уже определены. Например, разрабатываются технологии, которые предусматривают использование однородных по составу катализаторов в химических реакциях (гомогенная технология).

Такой подход позволяет решить многие проблемы.

Гомогенная технология получения биодизеля, несмотря на простоту, имеет и недостатки. Полученную смесь продуктов необходимо разделять, нейтрализовать и тщательно промывать.

В результате образуются большие количества солей, мыла и сточных вод, которые нужно утилизировать. Сам же катализатор при этом безвозвратно теряется. А глицерин, получаемый при этом полезный побочный, — загрязнен раствором солей, и требует дополнительной очистки.

Все это повышает себестоимость биодизеля, что уменьшает конкурентноспособность этой технологии.

За последние пять лет резко возросло число работ, посвященных более экологически чистому способу получения биодизеля с применением разнородных по составу (гетерогенных) катализаторов основной и кислотной природы.

Их преимущество не только в том, что их можно использовать многократно, но и в том, что биодизель получается гораздо более высокого качества. При этом исключается стадия предварительной обработки масла, минимизируется объем жидких отходов, не образуются соли и мыла.

— Какие наработки по созданию биотоплива есть в Институте катализа СО РАН? Какие из них наиболее эффективные?

— Все требования к безопасности производства биотоплива были учтены Институтом катализа СО РАН при разработке гетерогенных катализаторов. Акцент делался на стабильность работы в реальных условиях.

В результате было установлено, что одним из наиболее перспективных катализаторов для получения биодизеля является гексаалюминат бария (кальция).

Гексаалюминаты характеризуются относительно низкой активностью по сравнению с другими катализаторами, у них есть важное достоинство: они обладают высокой термостабильностью и устойчивостью к выщелачиванию. Особенно это относится к катализаторам, прокаленным при температуре 1200 °С.

Далее о наших наработках. В производстве биотоплива есть два основных этапа. Первый из них — быстрый пиролиз.

Это термический процесс, протекающий без доступа воздуха, при котором происходит моментальный (1000—10000 °С/сек) нагрев и быстрое (буквально за пару секунд) охлаждение получаемых продуктов.

При пиролизе древесины все ее компоненты частично разлагаются, образуя сложную смесь кислородсодержащих органических соединений. С помощью быстрого пиролиза из древесины можно получить продукт, условно названный «бионефтью». Это жидкость, похожая на разбавленный деготь.

Из-за высокого (до 55%) содержания кислорода бионефть непригодна для использования напрямую в качестве моторного топлива. Из нее нужно удалить кислород и насытить водородом. И сегодня одна из важнейших задач в этой области — разработка соответствующих катализаторов.

Следующая стадия — гидродеоксигенация (удаление кислорода) полученной бионефти. В рамках международного проекта с акронимом BIOCOUP (Шестая Европейская рамочная программа) специалисты Института катализа СО РАН разрабатывают катализаторы нового типа, которые могли бы эффективно справиться с такой задачей. Мы предложили использовать несульфидированные никельсодержащие катализаторы.

Тестирование лучших образцов катализаторов гидродеоксигенации на реальной бионефти в университете Гронингена (Нидерланды) подтвердило их перспективность.

Продукты деоксигенации бионефти могут использоваться для дальнейшей переработки на стандартном нефтеперерабатывающем оборудовании совместно с нефтяными фракциями.

— Как Вы думаете, какие есть перспективы у биотоплива?

— Одна из центральных задач XXI века, на мой взгляд, это постепенное изменение сырьевой базы первичных энергоресурсов.

Необходимо активно использовать возобновляемые источники энергии — энергию ветра, рек, волн, приливов, гидротермальных источников, биомассы.

Если в 2005 году инвестиции в сектор возобновляемой энергетики составляли $20 млрд/год (17% инвестиций в генерацию энергии), то к 2015 году, по оценкам экспертов, они возрастут до $80 млрд/год (прогноз Worldwatch Institute, 2003).

Авторы проекта «Стратегии развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года», считают, что потенциал России в плане обеспечения возобновляемой ресурсной базы, весьма значителен. Есть два важных момента.

Это технический потенциал, который определяет абсолютный прирост биомассы, и экономический потенциал, то есть экономически целесообразный объем сбора, транспортировки и переработки биомассы.

Если говорить о техническом потенциале, то в России ежегодный прирост биомассы составляет 14-15 млрд тут, то есть в 5 раз больше, чем современное энергопотребление РФ.

Если мыслить стратегически, то становится ясно, что научно-технический прогресс и рост цен на ископаемое топливо обеспечивают неуклонный рост экономической привлекательности биоресурсов.

Источник: Компьютерра–Онлайн (автор статьи: Алла Аршинова)

Источник: http://www.Cleandex.ru/articles/2010/12/24/prospects_for_biofuels

Производство биодизельного топлива, его применение и преимущества

Для того чтобы наладить производство биодизельного топлива необходимо растительное масло и метанол. Вместо последнего в некоторых случаях применяется этанол или изопропиловый спирт.

Производство продукта базируется на переэтерификации в пропорции 200 кг метанола на 1 т масла. Также необходимо использовать гидроксид натрия или калия.

Температура процесса должна составлять 60 ºС при нормальном давлении.

Требования при производстве биодизеля

Чтобы полученное топливо соответствовало высоким стандартам качества, необходимо выполнять определенные требования:

• по завершению переэтерификации метиловые эфиры должны находиться в топливе в размере не более 96%;
• необходима дополнительная очистка метиловых эфиров от метила. Это обусловлено тем, что последний обычно берется в избытке с целью более быстрой и полной переэтерификации;
• необходима очистка метиловых эфиров от продуктов омыления в случае использования топлива в дизельной технике. Если подобных манипуляций не проводить, то мыло достаточно быстро засорит фильтр. В результате начнут образовываться смолы и нагар. Методы сепарации и центрифугирования не способны дать необходимый результат, поэтому рекомендуется применять воду или сорбенты;
• метиловые эфиры жирных кислот должны быть высушены. Вода провоцирует развитие микроорганизмов и образование жирных кислот, что существенно снижает качество биодизельного топлива;
• хранение биодизеля должно длиться не более трех месяцев. Если этот срок был превышен, то возможно разложение топлива.

Применение биодизельного топлива

Биодизельное топливо может применяться как в чистом виде, так и в виде смеси с дизельным топливом.

В США маркировка смесевых топлив осуществляется следующим образом: сначала идет буква «В» – это общее обозначение, а дальше указывается процентное соодержание биодизеля.

Что касается цетанового числа, то для биодизеля оно должно быть не менее 51. Для минерального дизельного топлива этот показатель составляет 42-45.

Из чего производят биодизель?

Базовым сырьем для получения биодизеля являются жирные (эфирные) масла растений или водорослей. На территории Европы больше используют рапс, в США – сою, Канада отдает предпочтение каноле (разновидности рапса), Бразилия – касторовому маслу, а Индонезия и Филиппины – пальмовому маслу. Также возможно применение растительного масла, животного жира, рыбьего жира и т.п.

Производство масла из различного сырья с одного гектара земли в год (по данным The Global Petroleum Club)

Сырьё	кг масла/га	литров масла/га
Кукуруза	145	172
Кешью	148	176
Овёс	183	217
Люпин	195	232
Календула	256	305
Хлопок	273	325
Конопля	305	363
Соя	375	446
Кофе	386	459
Лён	402	478
Лесной орех	405	482
Семена тыквы	449	534
Кориандр	450	536
Семена горчицы	481	572
Семена рыжика	490	583
Кунжут	585	696
Сафлор красильный	655	779
Рис	696	828
Подсолнечник	800	952
Какао	863	1026
Арахис	890	1059
Мак	978	1163
Рапс	1000	1190
Олива	1019	1212
Клещевина	1188	1413
Пекан	1505	1791
Жожоба	1528	1818
Ятрофа	1590	1892
Макадамия	1887	2246
Бразильский орех	2010	2392
Авокадо	2217	2638
Кокос	2260	2689
Масличная пальма	5000	5950
Сальное дерево	5500
Водоросли	95000

Мировыми лидерами по объемам производства биодизеля являются США, Германия, Франция, Италия и Испания. Например, в 2008 году на территории США было получено 2611 млн. литров биодизеля. Показатели европейских стран в этом плане скромнее. За тот же период в Германии получено 5302 тыс. тонн данного продукта.

Особенности использования биотоплива

При попадании в воду биодизельное топливо не способно причинить вред животным и растениям.

Оно выгодно отличается от других топлив, произведенных на базе нефти, поскольку подвержено полному биологическому распаду.

Исследованиями установлено, что биодизель, пребывающий в почве или воде, на 99% перерабатывается микроорганизмами за 28 дней. Таким образом, риск загрязнения рек и озер стремится к минимуму.

Кроме того, использование биодизеля позволяет существенно сократить количество выбросов в атмосферу углекислого газа. А высокая температура воспламенения (выше 100 ºС) делает применение данного топлива относительно безопасным.

Оборудование для производства биологического дизельного топлива

Компания GlobeCore разработала и осуществляет поставки технологических линий по производству биодизеля.

Биодизельные заводы GlobeCore имеют производительность от 1000 до 16 000 литров в час, при этом получение конечного продукта возможно из любых типов растительных масел и животных жиров. Также реализуется производство топлива из пережаренного масла, водорослей и фуза.

Комплекс по производству биодизеля от компании GlobeCore предназначен для переэтерификации растительного масла или животного жира путем высокодисперсного смешивания с катализатором и дальнейшей сухой очистки. Полученный продукт полностью соответствует европейскому стандарту EN 14214 и американскому стандарту ASTM.

Биодизельный завод, укомплектованный оборудованием производства GlobeCore. Работает на территории Испании

Уникальная технология позволяет производить биодизель без длительной перенастройки с любого вида растительного масла, а также жиров животного происхождения. Все агрегаты комплекса изготовлены с нержавеющей стали и имеют взрывозащищенное исполнение.

Комплекс по производству биодизеля состоит из следующих блоков:

• поточный подогреватель масла;
• биодизельный реактор;
• биодизельный отстойник с блоком выкачки;
• блок отбора метанола;
• блок очистки и фильтрации.

Предварительно очищенное сырье поступает на поточный подогреватель масла, где нагревается до необходимой температуры. Подогретое масло подается на биодизельный реактор комплекса по производству биодизеля.

Также на реактор поступает раствор щелочи и метанол. На выходе из биодизельного реактора путем смешивания гидродинамическим способом и реакции масла, раствора щелочи и метанола получается сырой биодизель.

Он подается в отстойник комплекса по производству биодизеля, где происходит отделение водно-глицериновой фазы и ее откачка.

Окончательная очистка биодизеля осуществляется с помощью блока очистки и фильтрации. Проходя через слой ионообменной смолы, биодизель очищается от остаточного метанола. Механические примеси отбираются с помощью системы фильтров.

Биодизельные комплексы, работающие по технологии GlobeCore, имеют следующие преимущества:

• низкое потребление энергии;
• мгновенная реакция переэтерификации;
• мобильность при транспортировке и монтаже благодаря модульному принципу построения;
• отсутствие отходов. Фаза глицерина может быть использована для различных целей: генерации энергии, удобрения и т.д.;
• простота эксплуатации и высокая продуктивность оборудования.

Какие преимущества дает использование биодизеля?

Биодизельное топливо обладает следующими преимуществами:

• хорошие смазочные характеристики;
• более высокое цетановое число;
• продление срока службы двигателя без его модернизации;
• относительная безопасность применения за счет высокой температуры воспламенения;
• не оказывает вредного воздействия на окружающую среду.

Источник: https://biodiesel.globecore.ru/biodizelnoe-toplivo-primenenie-pro/

Биотопливо

Более 10 лет назад начались первые продажи биодизеля. Биодизель оказался абсолютно  новым видом экологически чистого топлива, которое подходит для широкого применения в дизельных двигателях.

Главными особенностями биодизеля стали дешевизна производства, экологичность и универсальность применения, так как биотопливо можно использовать отдельно или свободно смешивать его с обычным дизельным топливом в любой пропорции.

Сегодня около 50 стран мира на законодательном уровне закрепили производство топлива биологического типа. Такие возобновляемые источники энергии из сельскохозяйственного сырья используются в США, Японии, Китае, странах Европы и многих других.

Рекомендуем также прочитать статью о выборе антигеля в дизельное топливо. Из этой статьи вы узнаете о необходимости правильного подбора горючего с учетом сезонности, а также о присадках в солярку.

Главным плюсом стала возможность производить биодизель из возобновляемого источника, чего нельзя сказать о нефти. Биодизелем можно заправлять практически все типы дизельных ДВС независимо от особенностей конструкции силового агрегата.

На территории стран СНГ сегодня практически нет эффективно работающих программ, которые нацелены на активное развитие и расширение доли рынка биотоплива. Можно сказать, что инвестиции в биоиндустрию практически полностью отсутствуют на государственном уровне и крайне малы среди частных компаний.

Плюсы и минусы биодизеля

К очевидным преимуществам биодизеля относят:

• биотопливо  обладает отличными смазочными свойствами;
• разлитое топливо быстро разлагается микроорганизмами;
• простоту, дешевизну и скорость производства биодизеля;
• отсутствие резкого запаха и низкий уровень токсичности;

Биодизель имеет также определенные недостатки:

• агрессивное воздействие на резиновые детали двигателя;
• повышенную склонность к парафинизации в мороз;
• вредное воздействие биогорючего на ЛКП автомобиля;
• мощность дизеля на биотопливе падает, расход возрастает;

Действительно, биодизель агрессивно воздействует на резиновые элементы ДВС и другие детали, но степень этого воздействия несколько преувеличена.

Своевременная замена и использование качественного моторного масла заметно снижает риск любых негативных последствий от использования биодизеля для мотора.

 При отрицательных температурах могут образоваться отложения в виде кристаллов воска, но и солярка требует перехода на зимнее или арктическое дизтопливо.

Известно, что биотопливо способно разрушать лакокрасочное покрытие кузова машины при попадании на него. Единственным способом защиты кузова становится незамедлительная и качественная мойка для удаления следов биодизеля с ЛКП автомобиля. 

Что касается экологии, моторы на биодизеле выбрасывают на 4-5% меньше углекислого газа в атмосферу. Биодизельное топливо не полностью экологически чистый продукт, но сравнительно с привычным дизтопливом биодизель оказывается чище.

 Если сравнить обычную солярку и биодизель, тогда после сгорания биотоплива содержание окиси углерода в выхлопе до 10 % меньше, почти вдвое снижается показатель наличия сажи, а также в биодизеле намного меньше серы по сравнению с минеральным дизтопливом.

Биотопливо незначительно изменяет характеристики мощности и расхода дизельных двигателей. Мощность дизельного мотора на биотопливе падает на 7–8 %, а расход такого горючего возрастает приблизительно на 800 грамм на одну сотню пройденных километров сравнительно с обычным дизельным горючим.

Из чего получают биотопливо

Ответить на вопрос, что такое биодизель, можно достаточно просто. Материалом для получения этого топлива выступают любые виды растительного масла или животные жиры.

Подходит подсолнечное, соевое, рапсовое, арахисовое, льняное, пальмовое, кукурузное, конопляное, кунжутное и другие масла. Наибольшее распространение для изготовления биодизеля получил рапс.

Рапсовое масло самое дешевое и доступное, что и привело к появлению так называемого рапсового биодизеля.

Стоит отметить, что биодизельное топливо, изготовленное из того или иного масла, получает характерные отличия. Биодизель, который изготовлен на основе рапсового масла, отличается наибольшей температурой застывания и фильтруемости, но дизельный двигатель на таком топливе менее производителен.

Биодизель, приготовленный из пальмового масла, позволяет обеспечить лучшую отдачу от мотора, но его показатель фильтруемости не подходит для стран, где отмечаются постоянные или сезонные низкие температуры.

Изготовление биодизеля

Биодизель  представляет собой метиловый эфир, который получают методом химической реакции. Биотопливо можно использовать в качестве основного горючего для ДВС, а также свободно смешивать биодизель и солярку.

 В основе процесса изготовления биодизеля лежит снижение показателя вязкости, который имеет растительное масло. Вязкость снижается разными способами. Само растительное масло является смесью эфиров, которые связаны с молекулой глицерина. Такая смесь еще называется триглицерид.

Еще одним компонентом в составе выступает трехатомный спирт.

Если коротко, то в очищенное от механических примесей растительное масло просто добавляется метиловый спирт и щёлочь. Смесь нагревают приблизительно до 50 °С. Далее происходит отстаивание и охлаждение, в результате чего имеет место расслаивание на две фракции.

Данный процесс получил название трансэтерификации.

Первичным сырьем может быть любой вид растительного масла, в том числе и отработанное. Для последнего необходима качественная фильтрация, которая позволит удалить из отработки ненужные примеси и воду.

Удаление воды является очень важным этапом, так как в процессе производства биодизеля  из масла с водой произойдет гидролиз триглицеридов. Итоговым результатом станет не биотопливо, а соли жирных кислот.

Биодизель изготавливают по следующей схеме:

1. масло нагревают до необходимой температуры;
2. затем в масло добавляется катализатор;
3. вместе с катализатором происходит добавление спирта;

Предварительный нагрев масла необходим для ускорения реакции. Добавляемый спирт может быть как метанолом, так и этанолом. Для первого случая результатом станет метиловый эфир, для второго-этиловый эфир. Дополнительным способом ускорения реакции может стать добавление кислоты. Полученная смесь тщательно перемешивается и затем некоторое время отстаивается.

Как уже было сказано, процесс отстаивания смеси приводит к расслаиванию. Верхним слоем становится биодизель-эфир, в середине появляется промежуточный мыльный слой, а глицерин выпадает в осадок в виде тяжелой фракции.

Биодизель отличается тем, что имеет медовый цвет, глицерин в осадке более темного цвета. Следует добавить, что полученный из отработанного масла глицерин имеет коричневый цвет и склонен к затвердеванию при температуре около 37 градусов.

Глицерин, который получен из свежего масла, способен оставаться жидким при более низких температурных показателях. Такой глицерин используется в виде побочного продукта в результате изготовления биотоплива.

Из него заранее выпаривают метанол путем нагрева почти до 70 градусов и далее используют по назначению.

Важным этапом в процессе получения биотоплива является отделение глицерина и мыльного слоя от эфира. Для этого полученный биодизель тщательно промывают многочисленными способами. Если поддерживать температуру на уровне 38 градусов, тогда глицерин в осадке не твердеет и остается жидким. В таком состоянии его легко удаляют методом подключения шланга к нижней части смесителя.

Промывка и фильтрация нужны для того, чтобы удалить остатки мыла, а также катализатора и других ненужных примесей. После промывки биодизель дополнительно осушают. Остатки воды удаляют путем добавления сульфата магния или других компонентов. Сам осушитель позже отфильтровывают.

Полученный биодизель оценивают визуально, методом проверки кислотно-щелочного pH баланса, а также другими способами. Визуально биотопливо должно иметь вид очищенного подсолнечного масла.

В биодизеле недопустимы примеси, взвеси, частицы и любые замутнения. Мутный биодизель означает, что в нем присутствует вода. Такую воду выпаривают при помощи нагрева.

Если брать в расчет рапс, то с одного гектара этого растения добывают чуть более 1000 литров рапсового масла. Одна тонна растительного масла, 110 кг спирта и 12 кг катализатора  позволяют получить на выходе около 970 кг биодизеля. Данное количество риблизительно равно 1100 литрам.  Дополнительно получается еще около 150 кг глицерина.

Источник: http://KrutiMotor.ru/biotoplivo/

Биодизель. Необходимый шаг в будущее — АвтоЖидкость

Рудольф Дизель считал, что производство топлива из биомассы является настоящим будущим для его двигателя. Он хотел дать фермерам возможность производить собственное топливо. К сожалению вскоре после этого изобретатель дизельного двигателя скончался, а быстро развивающаяся нефтяная промышленность начала выпуск своего нефтяного топлива, известного теперь как дизельное. Вскоре мысли, одолевавшие Рудольфа Дизеля, были забыты. Однако теперь необходимость найти альтернативу солярке приводит к тому, что весь мир интенсивно развивает биодизельное производство.

Из чего состоит биодизель?

Биодизель представляет собой экологически чистое, альтернативное топливо, которое может быть произведено из внутренних, возобновляемых источников – соевого, рапсового или растительного масла, а также животных жиров. Биодизель не содержит нефти, но его можно смешивать с любой маркой солярки.

Смеси из 20% биодизеля и 80% дизельного топлива могут использоваться почти во всех типах дизельных установок.

Такие низкоуровневые смеси обычно не требуют каких-либо модификаций двигателя (за исключением топливных фильтров, топливных шлангов и уплотнений на некоторых старых марках дизельных двигателей), однако смеси, содержащие более высокий процент биотоплива (включая и чистый биодизель) уже потребуют незначительной модификации.

Биодизель прост в использовании, биоразлагаемый, экологически чистый и практически не содержит серы и ароматических соединений.

Фактическим мировым стандартом в отношении рассматриваемого вида топлива считается евростандарт EN 14214. Согласно ему, в состав биодизеля входят:

1. Растительное (кукурузное, соевое, рапсовое, подсолнечное) или животное масло. Неприемлемо применение пальмового и арахисового масла, поскольку получаемый из них биодизель не годится в качестве зимнего дизельного топлива.
2. Триглицериды.
3. Моноалкиловые сложные эфиры или метиловые эфиры жирных кислот.
4. Спирты (этанол или изопропанол; в ограниченных количествах, вследствие своей токсичности, используют также метанол).
5. Неизбежные добавки в виде консервантов -третичного бутилгидрохинона, диметилполисилоксана или лимонной кислоты, которые всегда содержатся в жирах животного происхождения. На качество биодизеля они не оказывают влияния.

Технология производства

Биодизельное топливо может быть изготовлено из новых или отработанных растительных масел и животных жиров. Технологии производства биодизеля различны.

Масла и жиры фильтруются и предварительно обрабатываются для удаления воды и загрязнений. После обработанные масла и жиры смешивают со спиртом и катализатором.

Молекулы масла разрушаются, и превращаются в метиловые эфиры и глицерин, которые затем отделяются друг от друга и очищаются.

Наиболее сложная ступень получения биотоплива — расщепление молекул длинноцепочечных жирных кислот, соединённых молекулой глицерина.

В ходе этого процесса используется катализатор (щёлочь), которая разрушает молекулы глицерина и объединяет каждую из жирнокислотных цепей с молекулой спирта.

В результате происходит создание моноалкиловых или этиловых сложных эфиров, либо эфиров жирных кислот. В ходе этого процесса – переэтерификации — глицерин опускается на дно и удаляется.

Примерно половина производства биодизельного топлива может использовать любое углеводородное сырьё, содержащее жиры, даже переработанную смазку на растительных или органических компонентах.

Другая половина выпускает биодизель исключительно из растительных масел. Соевое масло является в этом ряду преобладающим: в мире существует его перепроизводство, а излишки продукции способствуют снижению цены на это топливо.

Цена биодизеля за литр – от 50 до 100 руб.

Как сделать биодизель в домашних условиях?

Самый простой вариант – смешать некоторое количество растительного масла с обычным дизельным топливом, растворителем или бензином. Используют различные смеси, начиная от 10% растительного масла и 90% нефтепродуктов до диаметрально противоположной пропорции. Растительное масло перед смешиванием нужно подогреть, тогда его вязкость снизится, и смешивание произойдёт быстрее.

В прессе и на специализированных сайтах можно прочесть советы «народных умельцев» по добавке таких веществ, как скипидар, нафталин, ксилол или неэтилированный бензин. Практически ничего не известно о влиянии этих добавок на характеристики горения топлива или об их долгосрочном воздействии на двигатель.

Более приемлемым вариантом является производство биодизеля посредством проведения необходимых химических реакций, тем более, что основные компоненты – спирт, щёлочь, глицерин — можно без проблем приобрести в магазинах.

Процедура производства биодизеля в домашних условиях такова:

1. Приготовить прозрачную ёмкость объёмом 2 л из химически стойкого пластика с плотно закрывающейся крышкой.
2. Литр свежего растительного масла, нагретого до 550С, влить в ёмкость и смешать с 200 мл спирта с помощью блендера. Смешивание следует выполнять в течение 20 мин.
3. Осторожно влить катализатор – гидроксид калия (лучше) или натрия, в количестве 5 гр. (для КОН) или 3,5 гр (для NaОН) на 1 л. Добавлять спирт и катализатор нужно, используя разные воронки.
4. Плотно закрыть ёмкость и прокрутить её в горизонтальной плоскости 5-6 раз, для ускорения процесса реакции. Растворение щёлочи может продолжаться от 15 мин (для КОН) до 8 часов (для NaОН).
5. После окончания реакции следует выждать ещё 12-20 часов, пока осадок не скопится на дне ёмкости. Его следует осторожно удалить.

Приготовленный на свежем масле биодизель имеет светло-жёлтый цвет. Некоторое количество мути на качество топлива особо не повлияют.

Источник: https://avtozhidkost.ru/biodizel-tehnologiya-proizvodstva-v-domashnih-usloviyah/

Эффективность и целесообразность использования биодизельного топлива в Украине — DRIVE2

Топливо для автомобильных и тракторных дизельных двигателей можно получать не только из нефти. Альтернативным его источником может быть биологическая масса растительного происхождения, точнее, растительное масло.

Получают биодизельное топливо результате химической реакции из растительных жиров. Чаще всего используют рапсовое масло, так как она самая дешевая. Но можно использовать и подсолнечное, кукурузное, соевое и др.

Масло нужно отделить от примесей и в соотношении 9:1 смешать с метиловым спиртом, а для того чтобы отделить глицерин, добавить небольшое количество щелочного катализатора.

Полученная таким образом жидкость имеет особые молекулярные свойства, позволяющие использовать ее для сжигания в дизельных двигателях. Как видим, технология довольно проста, хотя с точки зрения экономики процесс получения биотоплива уступает традиционной перегонке сырой нефти.

С каждым годом использовать на автомобилях и тракторах традиционное дизельное топливо становится все дороже. Повышение цен на топливо вызвано главным образом уменьшением нефти в недрах Земли. По прогнозам ученых, при существующих темпах добычи нефти ее запасов достаточно будет всего на 30-40 лет. Этот факт, безусловно, влияет на цену топлива и побуждает к поиску альтернативных его видов.

Так, в продуктах сгорания биотоплива на 8-10% меньше окиси углерода, почти на 50% меньше сажи и значительно меньше серы (0,005% против 0,2% у обычного дизельного топлива).

И только благодаря высокому содержанию кислорода в биотопливе продукты его сгорания содержат приблизительно на 10% больше окиси азота по сравнению с нефтяным дизельным топливом.

Биодизельное топливо отличается высоким цетановым числом, которое составляет 56-58 (у традиционного дизельного топлива этот показатель равен примерно 50), что дает возможность использовать биотопливо на дизельных двигателях без дополнительных веществ, обеспечивающих лучшее зажигания, особенно при запуске двигателя.

Несмотря на малое содержание серы, биотопливо характеризуется высокими смазочными свойствами. Способствует этому особый химический состав и высокое содержание кислорода.

Вследствие смазки движущихся деталей двигателя, работающего на биотопливе, межремонтный срок его эксплуатации увеличивается примерно на 50%. При этом нужно только чаще менять топливный фильтр.

Но важнейшим является тот факт, что, переходя на биодизельное топливо, не нужно дополнительно переоборудовать ни сам двигатель, ни другие его системы.

Углекислого газа в продуктах сгорания биотоплива ровно столько, сколько потребляют из атмосферы посевы культур, из семян которых изготавливают топливо. Так, один гектар рапсовых поля за вегетацию может поглотить около 20 т углекислого газа, одновременно с этим значительно улучшая структурный и химический состав почвы.

Но вместе с многочисленными преимуществами есть и недостатки, присущие биодизельном топливу. Биотопливо агрессивно по резиновых и полимерных деталей двигателей, чем обычное нефтяное. В случае попадания на лакокрасочное покрытие кузова биотопливо нужно поскорее вытереть, потому что оно довольно быстро разъедает его верхний слой.

Кроме этого, биотопливо несколько меняет технико-эксплуатационные параметры работы дизельных двигателей. Мощность двигателя при работе в номинальном режиме с использованием биотоплива снижается на 6-8%.

Вместе с этим расход топлива повышается примерно на 5-8%. Кроме незначительной потери мощности в холодное время года и при высокой влажности наблюдается неприятный специфический запах отработавших газов.

Биодизельное топливо достаточно широко используют во многих странах Европы и мира. Производство биотоплива для использования в чистом виде требует немалых дополнительных капиталовложений. Поэтому в большинстве стран практикуют смешивание нефтяного дизельного топлива с рапсовым маслом или же используют как добавку (от 5 до 30%) до традиционного дизельного топлива.

Налоговые льготы и дополнительные стимулы имеют сельскохозяйственные предприятия, которые выделяют часть площадей под выращивание рапса. Так, например, в Германии за каждый засеянный гектар рапса фермер получает примерно 300 евро.

В странах Европы биодизель основном является продуктом рапсового масла. Причем как производство, так и использование биодизельного топлива имеет поддержку на государственном уровне. Там уже построено достаточно малых и больших перерабатывающих заводов.

В частности, в Германии ежегодно производят около 2 млн т биодизельного топлива, а его доля на рынке дизельного топлива составляет 3,0%. Биодизельное топливо используют и ближайшие соседи Украины: Чехия, Словакия, Польша.

В последнее время эти страны существенно увеличили посевные площади под рапс.

С 2009 года все страны Европейского союза обязуются производить и использовать биодизельное топливо. А к 2020 году Европейский союз планирует не менее 20% транспорта заправлять биотопливом.

В Украине доля легковых автомобилей, оборудованных дизельными двигателями, незначительна. Главная причина — низкое качество топлива. В сельскохозяйственном производстве все тракторы и самоходные комбайны работают на дизельном топливе.

Относительно грузовых автомобилей, то среди них дизельных — примерно 85% и 95% автобусов и микроавтобусов.

Увеличение объемов мирового потребления рапсового масла в течение 1990-2004 годов обусловлено исключительно ее биологическими особенностями. Благодаря этому рапсовое масло по своей ценности занимает первое место в мире среди растительных масел. Учитывая пользу рапсового масла, особенно ощутимыми темпами растет спрос и объемы производства рапса.

Площадь посевов этой культуры в мире занимает около 24 млн га, при средней урожайности 13-15 ц / га. Среди стран мира крупнейшие посевные площади рапса в Индии, Китае, Канаде, США, Австралии. В странах Западной Европы посевные площади рапса достигают около 3500 тысяч га. Больше рапса высевают в Германии, Польше и Чехии.

Всего 28 стран мира считают рапс основной масличной культурой.

Мировое лидерство по объемам производства рапса принадлежит странам ЕС, на которые приходится ежегодно около 25% мирового производства.

Такая ситуация объясняется действием ряда факторов, а именно: значительным субсидированием производства и поддержкой экспорта продукции, высокой покупательной способностью и развитостью отрасли, а также использованием семян рапса как основного сырья для производства продукции широкого потребления. Именно поэтому основные производственные мощности компаний-гигантов олиехимичнои области содержатся именно в Европе. Кроме того, общественная забота о сохранении окружающей среды вынуждает правительства прибегать к разработке программ использования альтернативных источников энергии, в том числе производства биотоплива, сырьем для которого являются семена рапса.

В Украине рапс как промышленную культуру начали интенсивно внедрять лишь последние 10-15 лет. Несмотря на длительную агитацию за эту культуру, рапс не приобрел у нас массового распространения. Причина заключается в том, что не решенными остается ряд вопросов. Вот некоторые из них.

Рапс является культурой с очень мелким зерном, и поэтому для его посева, уборки и первичной переработки нужна специальная техника или усовершенствованная традиционная.

Приобретение такой техники или переоборудования уже существующего требует немалых затрат рабочего времени и средств, которых в хозяйствах, как правило, хватает.

Другая проблема, которая сдерживает развитие рапсоводства, — недостаточная зимостойкость озимого рапса. Производство этой культуры — дело весьма рискованное.

Выращивать яровой рапс нецелесообразно, так как его урожайность примерно в 1,5 раза ниже озимый.

Среди основных масличных культур Украины в структуре посевных площадей рапс занимает третье место, уступая только подсолнечника и сои. Сейчас подсолнечник, благодаря выгодной реализации семян, — основная масличная культура в Украине.

Рост производства этой культуры происходит за счет расширения посевных площадей при снижении урожайности в среднем на 46,3%. Около 30% площадей подсолнечника размещены в зоне Полесья, где уровень обеспеченности почвы питательными веществами низкий.

Кроме того, повышенная влагообеспеченность и сравнительно низкий температурный режим негативно влияют на рост и развитие подсолнечника, его производительность.

Поэтому именно рапс в этой зоне, где подсолнечник не имеет преимуществ через агроклиматические условия, должен частично, а то и полностью его заменить.

Как свидетельствуют данные Государственного комитета статистики Украины, в структуре пахотных земель озимый рапс занимает около 0,2-0,3%, а средняя урожайность находится на уровне 10,7 ц / га. Следует заметить, что в последние годы выращивали еще и яровой рапс на площади около 15 тыс. га с урожайностью 7,4 ц / га.

Для сравнения: в Германии посевные площади под рапсом достигли 1300 тысяч га (почти 10% пахотной земли), а его средняя урожайность — около 30 ц / га. Товаропроизводитель получает за тонну семян рапса более 230 евро. В Германии на долю рапса как предшественника в денежном выражении приходится 100 евро / га.

Но, несмотря на все приведенные преимущества и недостатки биотоплива, сейчас переход на экологически чистые виды топлива является потребностью уже не только настоящее, но и завтрашнего дня, и не учитывать этого нельзя. Технические средства, двигатели которых будут работать на биотопливе, не будут загрязнять окружающую среду вредными соединениями так, как техника, использующая традиционный нефтяное топливо.

Сейчас Украина способна производить около 200 тыс. т зерна рапса для промышленных нужд.

Вместе есть все основания надеяться, что при внедрении новых прогрессивных технологий и технических средств появится возможность в недалеком будущем довести валовой сбор семян рапса до 1,0-1,5 млн т, перерабатывать его на отечественных заводах, создавая новые рабочие места и повышая конкурентную способность украинского производителя на внутреннем и внешнем рынках.

С агроэкологического взгляда именно украинское Полесье и Лесостепь имеют благоприятные условия для выращивания озимого и ярового рапса. Вместе с традиционным регионом выращивания рапса — Западной Украиной — наиболее перспективными являются Черниговская, Сумская, Черкасская, Полтавская области, где в последние годы наблюдается стремительный рост (в 20-25 раз) валовых сборов озимого рапса.

Определяющей препятствием в увеличении производства и развития рынка рапса является отсталая техническая база сельскохозяйственных предприятий.

Вследствие нарушения технологии выращивания, в частности точности высева, недостаточного внесения удобрений, несоблюдение сроков сева и уборки, хозяйства теряют почти 60% потенциального урожая, что обусловливает повышение себестоимости производства одной тонны рапса.

Кроме того, в большинстве рипакосийних хозяйств — низкий уровень агротехнических мероприятий, вследствие чего они имеют валовые сборы рапса только за счет естественного плодородия почвы.

Ценные свойства рапсового масла, повышение рентабельности производства рапса способствовать дальнейшему развитию мирового рынка рапса и продукции его переработки.

Снижение экспортной таможенной пошлины способствовало бы бюджетным поступлениям, которые можно было бы направлять на дотации рапсовый отрасли.

Для того чтобы быть конкурентоспособным, биодизельное топливо должно хотя бы на 5-10% стоить дешевле по сравнению с традиционными нефтепродуктами. В условиях Украины рыночная стоимость рапса не дает этого сделать.

Поэтому некоторые хозяйства планируют самостоятельно выращивать рапс и делать из него масло.

Такой путь достаточно рациональный, так как отходы от переработки сырья можно использовать для кормления животных или как удобрение, а глицерин — в фармакологии.

Биологическое дизельное топливо сейчас сможет заменить только часть используемых минеральных нефтепродуктов. Но следует учитывать, что нефти осталось не так уж много.

Развитие альтернативных видов топлива как в Украине, так и в других государствах возможен только благодаря льготному кредитованию соответствующих программ и проектов, а также гибкие налоговой системе. При условии рационального подхода к развитию отрасли рапсоводства биодизельное топливо станет эффективным инвестированием украинской экономики, а именно: вложение средств в будущее.

В. Марченко, канд. техн. наук, доцент, В. Синько, инженер-механик

agrosev.narod.ru/

Источник: https://www.drive2.ru/b/1727433/