Что такое биодизель?
Биодизельное топливо представляет собой метиловый эфир, который получается в результате химической реакции из любых растительных масел и животных жиров. Биодизель – относительно новый вид экологически чистого вида топлива, который производится из возобновляемых ресурсов.
Сырье. Сырьем для производства биодизеля являются различные растительные масла (подсолнечное, рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, хлопковое, льняное, кокосовое, кукурузное, горчичное, касторовое, конопляное, кунжутное), отработанные масла (использованные, например, при приготовлении пищи) и животные жиры.
В Индии, например, биотопливо получают из ядер ореха с содержанием масла до 60%, растущего на неудобных и в силу этого неиспользуемых землях. В Англии для производства биодизеля используют отработанное растительное масло, объемы которого достигает 70 млн. литров в год, но чаще всего биодизель производят из рапса, как наиболее дешевого среди растительных масел.
Энергетические характеристики некоторых видов биосырья представлены в следующей таблице:
Вид
Энергетические характеристики
Очевидно, что одним из самых перспективных видов сырья для производства биодизеля являются водоросли, так как они являются самыми быстрорастущими растениями на земле. Основная технологическая трудность заключается в том, что водоросли чувствительны к изменению температуры, которая вследствие этого должна поддерживаться на определенном уровне (резкие суточные колебания недопустимы).
Использование биодизеля и его свойства. Биодизель может использоваться в обычных двигателях внутреннего сгорания без изменения их конструкции. Возможно применение биодизеля как самостоятельного вида топлива, так и в смеси с обычным дизельным топливом (5–35% биодизеля). Специалисты утверждают, что мощность двигателя при работе на биодизеле несколько снижается, и, как следствие, на 5–8% увеличивается расход горючего. Ресурс двигателя при использовании биодизеля не уменьшается.
Обладая примерно одинаковым с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизель имеет ряд существенных преимуществ:
- он сгорает практически без токсических отходов (сера, свинец);
- снижается выделение углекислого газа;
- количество копоти уменьшается до 50%;
- биодизель обладает хорошими смазочными свойствами по сравнению с минеральным дизельным топливом
- биодизель не имеет неприятного запаха (водители, использовавшие этот вид топлива, говорят, что выхлопные газы имеют запах кухни, где жарят блины);
- пролитое на землю топливо через 3 недели на 90% разлагается микроорганизмами;
- температура воспламенения биодизеля равна 150 °С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом;
- добавка биодизеля увеличивает цетановое число топлива и его смазывающую способность, что существенно увеличивает ресурс двигателя;
- производство биодизеля легко организовать, в том числе в условиях небольшого фермерского хозяйства с использованием недорогого оборудования.
При всех своих плюсах биодизель имеет и минусы, как любой вид моторного топлива.
- Биодизель более «агрессивен» к резиновым деталям двигателя, чем обычная солярка.
- При низких температурах на жиклерах, форсунках и других калиброванных отверстиях могут образовываться отложения в виде кристаллов воска, что ведет к их закупорке. Кроме того, в холодное время года эффективность биодизеля гораздо ниже, чем солярки.
- Отмечены случаи выхода из строя насосов высокого давления и топливных фильтров, поэтому производители дизельных двигателей вносят в них конструктивные изменения, чтобы адаптировать к использованию биотоплива.
- Биодизель может разлагать лакокрасочное покрытие кузова автомобиля. Поэтому в случае пролива такого горючего на кузов его надо немедленно удалить.
Технология производства
Процесс производства биодизеля из масла несложен. В очищенное от механических примесей масло добавляют метиловый спирт и щелочь, которая является катализатором реакции. Смесь нагревают до 50°С. После отстоя и охлаждения смесь расслаивается на две фракции: легкую и тяжелую. Легкая фракция представляет собой метиловый эфир, или биодизель; тяжелая – глицерин. По своему молекулярному составу биодизель весьма близок к дизельному топливу. Из глицерина, в свою очередь, производят моющие средства, жидкое мыло и фосфорные удобрения. Глицерин применяется также в фармацевтической и лакокрасочной промышленности.
Важная особенность этого вида топлива заключается в том, что биодизель производят как в заводских условиях, так и на мобильных установках разной производительности. Например, промышленностью производятся мини-установки, которые позволяют получать до 200 тонн биодизеля в месяц при односменной работе. Её габариты составляют 10х2.5 x 2.5 м. Ориентировочная стоимость такой установки – 150–160 тыс. долл.
Европейский опыт показывает, что инвестиции в производства средних размеров (около 20 тыс. тонн) находятся в пределах 10 млн. евро.
Существуют и такие установки, которые дают возможность получать дизельное топливо из остаточных материалов таких, как пластмассовые отходы (пластики, бытовые отходы), отработанное масло, смола, шлам, гудрон, корм для животных, древесная стружка, макулатура, солома, несъедобные растительные масла, вакуумные осадки от нефтеперерабатывающих производств, углеродистые отложения в судовых двигателях, сильно загрязненное масло из трансформаторов, компьютерные отходы, серный конденсат, а также любые отходы, содержащие сгораемые углеводороды.
В то время, как биологическое топливо обладает существенными потенциальными преимуществами по сравнению с обычным дизельным топливом, его стоимость остается существенно более высокой, чем стоимость ДТ. В результате, биологическое топливо получило развитие только в тех странах, которые признали реальные долговременные выгоды от его применения и приняли соответствующие государственные решения в его поддержку.
Таким образом, нельзя рассматривать биодизель как панацею. Он не является единственной альтернативой топливу, получаемому из нефтепродуктов. Его основными конкурентами являются другие виды возобновляемого топлива – биоэтанол и водородное топливо.
Биодизель: его свойства, преимущества, особенности
Биодизелем называют жидкое горючее на основе эфиров кислот и спиртов. Сырьем для производства биологического ДТ служат различные растительные масла и животине жиры. Сегодня у нас в стране не существует государственной программы и стандартов производства ГСМ этого вида, хотя в СССР для сельскохозяйственной техники активно использовалось горючее на основе рапсового масла. Также биодизель применяется во многих странах Европы и мира в качестве альтернативы классическому дизельному топливу. Кроме того, например, в США, Канаде, Аргентине, Бразилии, Чили, на Филиппинах и в некоторых других государствах биологическое горючее добавляется в обычное дизельное топливо для его удешевления.
Основа для производства биотоплива
Материалом для получения биотоплива может служить самое разное сырье. В зависимости от этого горючее классифицируют по поколениям. Этот показатель является косвенной характеристикой качества топлива, хотя и не определяет его полностью. Вообще химические и физические характеристики биологического ДТ очень сильно зависят от сырья и процесса получения. Поэтому качественные показатели биодизеля могут колебаться в довольно широких пределах даже в рамках одного поколения.
Классификация по поколениям:
- 1-е поколение – биологическое топливо, производимое из сельскохозяйственных культур;
- 2-е поколение – биотопливо из различных жиросодержащих отходов;
- 3-е поколение – биологическое ДТ, получаемое из водорослей с высоким содержанием масла.
В разных странах и регионах в качестве сырья используют самые разные биологические культуры, что связано с возможностями и особенностями их выращивания на конкретной территории. В настоящее время наиболее распространенными источниками биологического горючего являются:
- Рапс и его разновидности (например, канола, выращиваемая в Канаде). Благодаря высокой урожайности культуры, дешевизне и хорошему качеству получаемого из нее растительного масла, сегодня все больше сельскохозяйственных площадей в мире отдается под рапс.
- Кукуруза. Получаемый из нее кукурузный этанол – качественное и устойчивое биотопливо, обладающее стабильными характеристиками, способно сохранять их в течение продолжительного времени. Данная культура активно возделывается в США и Мексике именно для получения возобновляемого горючего.
- Соя. Еще одна богатая маслами сельхозкультура, в больших количествах выращиваемая в США и Африке, благодаря своей неприхотливости и дешевизне. Простота переработки делает ее перспективным и популярным источником биогорючего;
- Пальмовое и кокосовое масла. В больших количествах производится на Филиппинах, в Индонезии и Малайзии, но за пределами этих стран практически не применяются как источник биологического топлива из-за преимущественно пищевого использования;
- Касторовое масло. Широко использовалось в качестве моторного масла в авиации – на заре ее развития. Сегодня находит ограниченное применение в качестве биотоплива, например, в Бразилии. Использование касторового масла обусловлено широким диапазоном его рабочих температур.
Кроме того, в последнее время – в связи с удорожанием нефти и развитием промышленных технологий климатического регулирования – все более актуальным становится выращивание водорослей в качестве источника для биодизеля. Тем более, что выращивать их можно на заболоченных и пустынных территориях, не подходящих для иного хозяйственного использования.
Особенности, преимущества и недостатки биотоплива
Биотопливо относится к возобновляемым источникам энергии, в отличие от той же самой нефти. Поэтому на законодательном уровне стандарты качества и производство биодизеля утверждены более чем в 50 странах мира. Причем в некоторых крупных мировых экономиках доля биологического топлива довольно значительна. Например, в Индии и Малайзии его потребление составляет свыше 20% от общего уровня потребления ДТ, а в Португалии, Дании, Франции, Индонезии уже превышает уровень в 10%.
Помимо возможности возобновления этого ресурса, биодизель имеет еще ряд преимуществ:
- Хорошие смазочные способности, что существенно продлевает срок службы двигателя, топливной и выхлопной системы у автомобилей, заправляемых биодизелем.
- Высокое цетановое число, показатель которого превышает 51. Это значение может расти еще больше, за счет увеличения содержания метилового спирта в горючем.
- Возможность использования на любых агрегатах с ДВС без их модификации. Более того, биодизель на 60% снижает износ двигателя за счет его естественной смазки во время работы, что положительно отражается также на расходе ГСМ.
- Безопасность биологического топлива. Его температура возгорания составляет 150С и выше, а само горючее плохо испаряется в нормальных условиях, что практически исключает бытовые и производственные несчастные случаи.
- Наличие полезных побочных продуктов переработки. Таким, например, при получении биологического топлива является глицерин, который можно использовать в фармакологии и косметологии. Кроме того, побочным продуктом производственного процесса при использовании кукурузы является зерновой дистиллят, находящий широкое применение в сельском хозяйстве.
Отдельно следует выделить доступность и дешевизну биологического горючего. Впрочем, последний фактор стал актуален в последние годы – в связи с ростом цен на нефть.
Справедливости ради, стоит отметить, что биодизель не лишен и недостатков, главным из которых является температура застывания. Из-за этого использовать данный вид топлива в условиях пониженных температур затруднительно. Необходимо либо смешивать его с классическим ДТ, либо использовать специализированные системы подогрева топлива в топливопроводе.
Также биодизель не отличается высокой химической стойкостью. Срок хранения этого типа горючего редко превышает 3-4 месяца. Но в настоящее время ведутся поиски путей решения данной проблемы.
Еще одна сложность массовой организации производственных предприятий – необходимость использования сельскохозяйственных площадей, которые сегодня применяются для выращивания пищевых и кормовых культур.
Биодизель: производство, использование, виды
Из всех аналогов дизельного топлива только биодизель может быть его полноценной заменой, поскольку он подходит для всех транспортных средств с дизельным двигателем. Суть названия такого горючего понятна интуитивно. Оно экологически чистое, биоразлагаемое, а еще простое в использовании. Но для использования все-таки стоит познакомиться с топливом поближе.
Как производят биодизельное топливо
По своей структуре биодизель представляет собой смесь метиловых или этиловых эфиров высших ненасыщенных и жирных кислот. В основном это метиловый эфир, образовавшийся в результате химической реакции — этерификации растительных масел или переэтерификации жиров (животных и кормовых).
Получение биодизеля стало альтернативой другим способам использования масла и жира в качестве моторного топлива. Ранее их напрямую заливали в бак, но из-за этого топливная система выходила из строя. Причин много: происходило неполное сгорание горючего, при смешивании со смазкой ухудшались смазочные свойства топлива, а из-за повышенной вязкости масла на форсунках, кольцах и поршнях появлялись отложения.
Поскольку биодизель получают из масла, возникает логичный вопрос, почему нельзя использовать в дизельном двигателе именно растительные масла. Такое действительно имело место во многих странах, но здесь не избежать ряд проблем. Масло сгорает не полностью, поэтому не может долго применяться в обычных двигателях с непосредственным впрыском.
Сырьем для биодизеля может выступать любое растительное масло или животный жир. Самым дешевым является рапсовое масло, поэтому его используют чаще всего. Кроме того, оно имеет максимальный выход биотоплива. Со 150 гектаров земли, засаженной рапсом, можно получить более 180 тонн масла, из которого получится 198 000 литров биодизеля. Рапс распространен в европейских странах. В США используют сою, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — канолу (разновидность рапса), в Индонезии — пальмовое масло.
Завод по производству биодизеля
Кроме рапсового применяются:
- пальмовое,
- арахисовое,
- хлопковое,
- касторовое,
- подсолнечное,
- кунжутное,
- горчичное,
- кукурузное масла.
В зависимости от сырья выделяют биотопливо трех поколений:
- 1-го поколения — из сельскохозяйственных культур;
- 2-го поколения — из жиросодержащих отходов;
- 3-го поколения — из липидов микроводорослей.
В основе технологии производства биодизеля лежит процесс переэтерификации. Она происходит с применением определенного катализатора. Им выступает один из алкоголятов щелочных металлов — метилат натрия. Растительное масло — это сочетание триглицеридов (эфиров), соединенных с молекулой глицерина с трехтомным спиртом C3H8O3. Именно глицерин обеспечивает маслу вязкость. Для получения биотоплива этот глицерин нужно удалить, заместив спиртом. Такой процесс и называется этерификацией.
Таким образом, биодизель получают следующим способом:
- В реакторных колоннах смешивают очищенное от механических примесей масло и щелочной катализатор (метиловый спирт). Соотношение метанола и масла варьируется в пределах от 1:4 до 1:20.
- Производят нагрев смеси до 50-60 °C.
- Дают смеси отстояться и охладиться, в результате чего она делится на 2 фракции: легкую — сложный эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56-85, у минерального дизтоплива всего 50-52) и хорошей воспламеняемостью, тяжелую — глицериновую фазу, выступающую побочным продуктом во многих сферах.
- Метиловый эфир направляют на промывку, где подвергают дополнительной очистке от продуктов омыления, иначе топливо засорит фильтр и образует нагар и смолы в камере сгорания.
- На последнем этапе выполняют сушку метиловых эфиров. Избавление от воды имеет важное значение, поскольку она создает условия для развития в биодизеле микроорганизмов.
В процессе отстаивания смеси в качестве тяжелой фракции образуется именно глицериновая фаза. До глицерина ее еще необходимо довести, отправив в блок отгонки метанола, иначе могут возникнуть проблемы с хранением и утилизацией продукта из-за его повышенной щелочности и высокого содержания метанола.
Производство биодизеля
Чем биодизель отличается от дизеля
Поскольку биодизель используется в качестве аналога дизельного топлива, их часто сравнивают по основным характеристикам и свойствам. Разница наблюдается в составе, свойствах, возможностях применения.
Характеристики и состав
Биодизель представляет собой многокомпонентное жидкое топливо, в основе которого смесь моноалкильных эфиров жирных кислот. В составе отсутствует нефть — это главное отличие. Но, несмотря на такой состав, биодизель можно смешивать с любой маркой дизтоплива. Причем полученное горючее может применяться во всех типах дизельных двигателях.
Немаловажно, что в продуктах сгорания биодизеля содержится:
- меньше серы — 0,005% против 0,2% для обычного дизеля;
- на 50% меньше сажи;
- на 8-10% меньше оксида углерода.
Фактически производство биодизеля регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605–2009, соответствующем EN 14214:2003. Согласно этому документу, установлены следующие характеристики биодизеля:
- Массовая доля эфиров — 96,5%.
- Плотность при 15 °C — 860-900 кг/м 3 .
- Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °C.
- Содержание серы — не более 10 мг/кг.
- Кинематическая вязкость —3,5-5 мм 2 /с.
- Цетановое число — 51.
- Общее содержание глицерина — 0,25%.
Плюсы и минусы
Биодизель как топливо имеет очень высокий уровень экологичности. Его применение в качестве горючего позволяет полностью устранить серные диоксиды и уменьшить количество двуокиси углерода в выхлопах на 80%, а также избавиться от их характерного запаха. К другим плюсам относятся:
- возможность применения в дизеле без присадок, стимулирующих воспламенение;
- предотвращение образования нагара;
- сгорание практически без токсичных отходов;
- отсутствие неприятного запаха;
- простота организации производства (можно развернуть его на базе небольшого фермерского хозяйства);
- почти полная безотходность (жмых, получаемый в процессе производства масла, используется в качестве корма для скота).
Биологическая безвредность
Биодизель биологически безопасен: безвреден для человека и окружающей среды, в случае утечки в течение 3 недель подвергается почти полному (99%) распаду без какого-либо ущерба. Это позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озер при переводе водного транспорта на биодизельное топливо. При попадании в воду продукт не причиняет вреда растениям и животным.
Как выглядит биодизель
Возобновляемость сырья
К преимуществам биодизеля относятся доступность и дешевизна сырья. В производстве можно использовать отходы любого сельского хозяйства. В ряде стран на завод поступает отработанное растительное масло из ресторанов, где оно применялось для приготовления разных блюд.
Производство биодизеля из растительного сырья позволило получить возобновляемый источник топлива. Причем ресурсы для изготовления быстро восстанавливаются. В то же время запасы нефти практически невосстановимы. Использование такого возобновляемого сырья особенно актуально для коллективных хозяйств, занимающихся переработкой масла. Из своих же отходов они могут производить качественное топливо, которое позволит им быть полностью автономными.
Хорошие смазочные свойства
Если минеральное дизтопливо после очищения от сернистых соединений теряет свои смазочные свойства, то биодизель выступает хорошей смазкой, даже несмотря на меньшее содержание серы, чем в дизельном топливе. Это обусловлено тем, что в составе присутствует кислород. К примеру, один грузовик из Германии даже был внесен в Книгу рекордов Гиннеса, поскольку проехал со своим оригинальным двигателем на биодизеле более 1,25 млн км.
При работе на биодизельном топливе в ДВС одновременно производится смазка подвижных частей. За счет этого срок службы самого двигателя и топливного насоса в среднем увеличивается на 60%.
Высокая пожарная безопасность
Ввиду высокой температуры воспламенения биодизель обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Возгорание возможно только при высокой температуре. Биодизель же воспламеняется при значениях более 150 °C, поэтому его считают относительно безопасным веществом.
Недостатки биодизеля
При всех своих плюсах биодизель имеет минусы. Главным недостатком считают непродолжительный срок хранения. Он составляет всего 3 месяца. Еще к минусам биодизеля относится возможное агрессивное влияние на резиновые детали двигателя. Это связано с тем, что топливо проявляет свойства растворителя. Из других недостатков биодизеля можно отметить:
- недостаточную эффективность при низкой температуре;
- появление осадка при отрицательной температуре (образуются кристаллы воска, загрязняющие детали);
- агрессивность по отношению к лакокрасочному покрытию кузова (нельзя допускать, чтобы биодизельное топливо попадало на его поверхность).
Виды биодизельного топлива
В первую очередь биодизель классифицируется на виды в зависимости от сырья. Растительное масло сегодня уже не единственный вариант для получения биотоплива. Сегодня разрабатываются новые технологии производства, в том числе обработка растительного сырья генно-модифицированными микроорганизмами. Ввиду ограниченности ресурсов растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, в мире проводят исследования по использованию вновь культивированных специальных видов водорослей.
В последние пару лет производители биодизеля обращают много внимание на клещевину — растение семейства малочайных. Все потому, что методом холодного прессования из него можно получить касторовое масло, характеризующееся одним из самых высоких цетановых чисел.
Биодизель производится из водорослей
Сферы применения биодизеля
Как топливо биодизель может применяться двумя способами: как самостоятельное горючее или в комбинации с обычным дизтопливом. В холодное время года рекомендуется комбинировать 20% биодизельного и 80% дизельного топлива. В результате их смешения образуется дизтопливо марки B20 (число указывает на процентное содержание биодизеля).
Можно ли заменить дизельное топливо на биодизель
Использование биодизеля вместо дизельного топлива на постоянной основе вполне допустимо. Но нужно учитывать, что 100% биотопливо — это как летняя марка дизтоплива. Оно замерзает при температуре -5 °C. Поэтому зимой чаще всего биодизель просто добавляют в дизельное топливо. Летом же можно ездить на чистом биотопливе. Также допускается смешивать биодизель с минеральным, причем в любых пропорциях.
Биодизель в России
Если рассматривать распространенность биодизеля в России, то нужно отметить, что пока нет единой государственной программы развития этого направления. Существует законопроект Министерства сельского хозяйства, по которому в стране создают условия для активного производства биодизеля. По условиям проекта ежегодно должны выпускаться до 5,5 млн тонн рапсового масла, из которых на получение биотоплива будет выделяться 2,5 млн тонн.
Также постепенно начинают появляться региональные программы, например, Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». Строительство заводов биодизеля планируется в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, а также в Краснодарском крае и Татарстане.
Производство биодизеля в России постепенно становится одним из самых перспективных и выгодных направлений для малого бизнеса. Все потому, что производственный цикл практически безотходный, а сырье для изготовления можно выращивать на используемых землях. Проблемой пока остается вопрос с акцизом на биоэтанол, который составляет 59 руб. за 1 л. Из-за этого инвестиции в производство биодизеля пока что лишены особого смысла, хотя рентабельность такого бизнеса высока, ведь спрос на подобное топливо возрастает день ото дня.
Биодизель
Представляет собой экологически чистое, альтернативное топливо.
Биодизель — вид биотоплива, созданный на основе переэтерификации растительных масел, смешанный с нефтяными/газовыми компонентами.
Используется в дизельных двигателях.
Представляет собой экологически чистое, альтернативное топливо, которое может быть произведено из внутренних, возобновляемых источников – соевого, рапсового или растительного масла, а также животных жиров.
- после прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %;
- для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него;
- использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо:
- Мыло засоряет фильтр и образует нагар и смолы в камере сгорания.
- При этом сепарации и центрифугирования недостаточно.
- Для очистки необходима вода или сорбент;
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.
- 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;
- триглицериды;
- моноалкиловые сложные эфиры или метиловые эфиры жирных кислот;
- спирты (этанол или изопропанол; в ограниченных количествах, вследствие своей токсичности, используют также метанол);
- 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.