Биодизель производство, использование, виды

Биодизель — единственный имитатор дизельного топлива, который может стать его полноценной заменой, поскольку подходит для всех двигателей, работающих на дизельном топливе. Название этого топлива наглядно иллюстрирует его назначение: оно безопасно для окружающей среды, легко разлагается и просто в использовании. Однако для того, чтобы воспользоваться его преимуществами, стоит поближе познакомиться с этим топливом.

Производство биодизельного топлива

Биодизельное топливо представляет собой смесь метиловых или этиловых эфиров жирных кислот с более высоким уровнем ненасыщенности. По сути, это метиловый эфир, полученный в результате химического превращения: этерификации растительных масел или переэтерификации животных жиров и кормов.

Вариант моторного топлива: биодизель

Производство биодизельного топлива стало реальной альтернативой применявшемуся ранее методу заливки масел и жиров непосредственно в бак автомобиля. Этот метод вызывал множество проблем, таких как неполное сгорание топлива, ухудшение смазывающих свойств при смешивании со смазкой, повышение вязкости, приводящее к образованию отложений на форсунках, кольцах и поршнях.

Почему не растительное масло?

Что касается использования растительных масел в дизельных двигателях, то это происходит во многих странах. В любом случае от нескольких проблем не уйти. Масло не расходуется полностью, поэтому его нельзя использовать длительное время в обычных двигателях с непосредственным впрыском.

Сырье

Биодизель может быть получен из любого растительного масла или жира. Самым недорогим является рапсовое масло, поэтому оно используется чаще всего. Оно имеет самый высокий выход биотоплива. Со 150 га земли, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, что позволит произвести 198 тыс. л биодизеля. Рапс широко распространен в европейских странах, соя используется в США, касторовое масло — в Бразилии, канола (разновидность рапса) — в Канаде, пальмовое масло — в Индонезии.

Альтернативный текст

Кроме рапсового, могут использоваться и другие масла, такие как пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное, кукурузное. В зависимости от сырья биотопливо подразделяется на три вида:

1. Биотопливо первого поколения получают из сельскохозяйственных культур;

2. Биотопливо второго поколения получают из жиросодержащих отходов;

3. Биотопливо третьего поколения получают из липидов микроводорослей.

Трансэтерификация позволяет получать биотопливо

Переэтерификация — это процесс, с помощью которого получают биотопливо. Он требует использования катализатора, обычно метилата натрия — алкоголята щелочного металла. Растительное масло состоит из триглицеридов (сложных эфиров), связанных с молекулой глицерина (C3H8O3). Глицерин отвечает за вязкость масла и для получения биотоплива должен быть заменен спиртом. Этот процесс известен как этерификация.

Производство биодизеля

Для получения биодизельного топлива смесь очищенного масла и щелочного катализатора (метилового спирта) смешивается в реакторных колоннах в соотношении от 1:4 до 1:20. Смесь нагревают до 50–60 °С, дают отстояться и остыть, в результате чего она разделяется на две фракции: легкую эфирную (биодизельную) фракцию с высоким цетановым числом 56–85 (что выше, чем у минерального дизельного топлива 50–52) и высокой горючестью, и тяжелую глицериновую фазу, которая может быть использована в качестве побочного продукта в различных целях.

Процесс очистки метилового эфира

Метиловый эфир направляется на промывку, где подвергается дополнительной обработке для избавления от продуктов омыления. Это очень важно, поскольку присутствующие в нем продукты могут засорять фильтры, образовывать углеродистые отложения и смолы в камере сгорания. Последним этапом является сушка метиловых эфиров. Это позволяет исключить возможность размножения микроорганизмов, а также разделить смесь на тяжелую фракцию (глицериновую фазу). Ее необходимо направить на установку дистилляции метанола, иначе из-за высокой щелочности и содержания метанола могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией.

Отличительные характеристики и состав биодизельного топлива

Биодизельное и дизельное топливо часто сравнивают из-за того, что биодизель является заменителем дизельного топлива. Тем не менее, между ними существует ряд различий по компонентам, характеристикам и возможностям использования.

Отличительные элементы

Биодизель — это жидкое топливо, состоящее из моноалкиловых эфиров жирных кислот, то есть в его составе нет нефти. Несмотря на это, биодизель может смешиваться с любым видом дизельного топлива, и полученная смесь может быть использована в любом дизельном двигателе.

Основные характеристики биодизельного топлива

При рассмотрении вопроса о применении биодизельного топлива необходимо учитывать его воздействие на окружающую среду. При сжигании биодизельного топлива образуется меньше загрязняющих веществ, чем при сжигании обычного дизельного топлива, в том числе:

• Меньшее количество серы (0,005% по сравнению с 0,2% в дизельном топливе);

• В два раза меньше сажи; × на 8–10% меньше оксида углерода. Производство биодизельного топлива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, который эквивалентен стандарту EN 14214:2003. В этом документе приведены следующие характеристики биодизельного топлива:

Преимущества биодизельного топлива

Биодизельное топливо отличается высокой экологичностью: оно не содержит сернистого газа и снижает содержание углекислого газа в выхлопных газах на поразительные 80%, при этом устраняется неприятный запах. Кроме того, биодизель имеет массовую долю сложных эфиров 96,5%, плотность 860–900 кг/м3 при 15°С, температуру вспышки 120°С в закрытом тигле, содержание серы не более 10 мг/кг, кинематическую вязкость 3,5–5 мм2/с, цетановое число 51, общее содержание глицерина 0,25%.

Возможности использования в дизелях без средств зажигания

Возможность использования дизельного топлива без присадок для искрового зажигания, исключение образования углеродистых отложений, сжигание с минимальным количеством токсичных отходов, отсутствие неприятных запахов, возможность создания небольшой фермы с минимальным количеством отходов (жмых, образующийся в качестве побочного продукта при производстве масла, может быть использован на корм животным).

Биологическая безопасность

Биодизельное топливо является прекрасным средством защиты окружающей среды — оно безопасно для человека, а в случае разлива практически полностью (на 99%) разлагается за три недели, не причиняя вреда. Это означает, что при использовании биодизеля в водном транспорте мы можем свести к минимуму загрязнение рек и озер. Кроме того, контакт с водой не наносит вреда растениям и животным.

Возобновляемое сырье

Одним из преимуществ биодизельного топлива является доступность и экономичность его сырья. Отходы сельскохозяйственного производства могут быть повторно использованы в производственном процессе. В различных странах завод получает отработанное растительное масло из ресторанов, использованное для приготовления блюд.

Производство биодизеля из растительных источников позволило создать возобновляемый источник топлива. В то же время эти ресурсы могут быть быстро восполнены. С другой стороны, запасы нефти практически невозможно восполнить.

Использование этого возобновляемого сырья особенно выгодно для маслоперерабатывающих колхозов. Оно позволяет им производить высококачественное топливо из собственных побочных продуктов, что приводит к полной самоокупаемости.

Биодизель — отличный смазочный материал

Если у минерального дизельного топлива смазывающие свойства снижаются после очистки от сернистых соединений, то биодизельное топливо, даже при пониженном содержании серы, обладает тем преимуществом, что является отличным смазочным материалом. Это объясняется тем, что в составе биодизеля присутствует кислород. Так, один грузовик из Германии даже попал в Книгу рекордов Гиннесса благодаря тому, что его биодизельный двигатель проработал более 1,25 млн. км!

Смазка двигателя

При использовании биодизельного топлива одновременно смазываются подвижные элементы двигателя. Это позволяет увеличить срок службы двигателя и топливного насоса на 60%.

Повышение пожарной безопасности

Помимо долговечности, биодизель обеспечивает повышенную пожарную безопасность благодаря сравнительно высокой температуре воспламенения — 150 °C и выше.

Потенциальные недостатки биодизельного топлива

У биодизельного топлива есть несколько потенциальных недостатков, которые, возможно, стоит рассмотреть. Во-первых, срок хранения биодизеля весьма ограничен — всего три месяца. Кроме того, топливо обладает свойствами растворителя, что может привести к повреждению резиновых деталей двигателя. К другим потенциальным недостаткам относятся:

Неэффективность при низких температурах; отложение кристаллов воска при отрицательных температурах; риск повреждения лакокрасочного покрытия

Виды биодизельного топлива

Биодизельное топливо теперь производится не только из растительного масла, но и различными методами, в том числе путем переработки растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. В связи с ограниченностью ресурсов растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ведутся исследования по использованию для производства биотоплива новых культивируемых специальных видов водорослей.

Последнее внимание к касторовому маслу

В последние два года производители биодизельного топлива уделяют большое внимание касторовому маслу из семейства малочайных (Malochayaceae). Это связано с тем, что его холодное прессование позволяет получить касторовое масло с одним из самых высоких цетановых чисел.

Утилизация биодизельного топлива

Биодизель может использоваться как самостоятельное топливо или в сочетании с обычным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, в результате чего получается дизель B20 (цифра обозначает долю биодизеля).

Использование биодизеля в сравнении с дизельным топливом

Замена дизельного топлива на биодизельное вполне реальна. Однако следует иметь в виду, что биодизель, полученный из чистых источников, имеет температуру замерзания −5°С. Поэтому зимой его обычно смешивают с минеральным топливом. В летний период допускается использование чистого биотоплива или смешивание его с минеральным дизельным топливом в любых пропорциях.

Биодизель в России

В России пока не существует единой государственной программы по производству биодизеля. В стадии разработки находится законопроект Министерства сельского хозяйства, который позволит создать в стране условия для активного производства биодизеля. Условия проекта предполагают производство до 5,5 млн. тонн рапсового масла в год, из которых 2,5 млн. тонн предназначено для производства биотоплива.

Региональные программы на подъеме

По всей России все большее развитие получают региональные программы. В Липецкой области создана Ассоциация производителей рапсового масла, начата реализация Алтайской краевой целевой программы «Рапс — биодизель». В то же время заводы по производству биодизеля строятся в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, Краснодарском крае, Татарстане.

Производство биодизеля стало выгодным бизнесом для малого бизнеса. Производственный цикл практически безотходный, а сырье можно добывать на отработанных землях. Единственным препятствием является акциз на биоэтанол в размере 59 рублей, который делает инвестиции в производство биодизеля нерентабельными, несмотря на высокую доходность, обусловленную растущим спросом на это топливо.