Биодизельное топливо [история, из чего делают, состав, плюсы-минусы]

Биодизель в автомобиле – экологически чистый альтернативный источник топлива, наступающий на пятки продуктам нефтепереработки

био дизтопливная заправка

Прогнозы экологов указывают на то, что при текущих объемах добычи нефти в России ее хватит на 40 лет. Для сравнения Саудовской Аравии ее запасов хватит на 72 года, Канада - 26 лет, Ирак -128 лет, Венесуэла - 234 года. Данные верны при условии, что в указанных странах не произойдет война, и не появятся новые хозяева, которые начнут потреблять «черное золото» в два раза быстрее. Неоспоримый факт в том, что полезные ископаемые Земли, в том числе нефть, подойдут к концу. Тенденция последнего двадцатилетия в развитии отрасли электромобилей и машин на водородных топливных элементах, которые придут на замену автомобилям потребляющим продукты нефтяной переработки. Автомобиль будущего будет передвигаться на альтернативных источниках топлива.

В общем новостном фоне теряется информация об альтернативном источнике топлива, создаваемом из биологических компонентов —  биотопливе.

Биотопливо бывает жидкое (например биодизель, этанол, метанол), твёрдое (дрова, топливные гранулы, щепа, солома) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород). Исходные компоненты, из которых создают биотопливо, стартуют от кукурузы до соевых бобов и животного жира, в зависимости от типа топлива и способа производства.

В статье подробно обсудим один из видов жидкого биотоплива, применяемого в автомобилях — биодизельное топливо. Чтобы лучше понять материал, почитайте, как работают автомобильные двигатели и почему дизельные двигатели эффективней бензиновых. Поняв принцип работы двигателя внутреннего сгорания, возвращайтесь к статье, и вместе с редакцией Zap-Online.ru разберемся в теме биодизеля.

История биологического дизтоплива

соевые бобы и растительное масло

Текущее производство биодизеля в США в основном строится на соевых бобах или переработанном растительном масле из ресторанов

Идея создания биотоплива на удивление стара. Рудольф Дизель, чье изобретение теперь носит его имя, рассматривал растительное масло в качестве источника топлива для своего двигателя. Большая часть его ранних работ вращалась вокруг применения биотоплива. Например, в 1900 году на Всемирной выставке в Париже, Франция, Дизель продемонстрировал свой двигатель, запустив его на арахисовом масле. Точно так же Генри Форд ожидал, что его Модель Т будет работать на этаноле, кукурузном продукте. Закончилось все тем, что, как в случае с дизелем, так и с фордом, нефть оказалась самым логичным источником топлива. Такой выбор основывался на предложении, цене и эффективности нефти, в отличие от альтернативных источников топлива в те годы, когда технологии отставали от современных. Хотя это не было обычной практикой, растительные масла уже использовались как дизельного топливо в 1930-х и 1940-х годах.

В 1970-х и 1980-х годах, после прохождения Закона о чистом воздухе в 1970 году, идею применения биотоплива вновь рассмотрели в США. Это позволило Агентству по охране окружающей среды США (EPA) тщательней регулировать нормы выбросов загрязняющих веществ автомобилями. Автоконцерны начали ломать голову над тем, как снизить в выбросах уровень диоксида серы, оксида углерода, озона и оксида азота (NOx). Это заложило основу для разработки более чистых видов топлива и устанавливало экологические требования для присадок к топливу.

События за рубежом, такие как арабское нефтяное эмбарго 1973-1974 годов и иранская революция 1978-1979 годов в сочетании со снижением добычи нефти внутри страны, стали катализатором роста цен на "черное золото". По данным Управления энергетической информации Министерства энергетики США, импорт сырой нефти из США сократился на 30% во время эмбарго. Мировые цены на сырую нефть подскочили примерно с 14 долларов за баррель в начале 1979 года до более чем 35 долларов за баррель в январе 1981 года, когда наметилась стабилизация. Цены существенно не падали до 1983 года, когда мировая цена закрепилась между 28 и 29 долларами за баррель.

С ростом цен на нефть начался поиск других источники топлива. В августе 1982 года в Фарго, Северная Дакота, проведена первая Международная конференция по растительным и овощным маслам. На этой конференции рассматривались вопросы от цены на топливо до влияния растительного масла на топливные добавки и методы экстракции.

создание биодизеля

В 1990 году в Закон о чистом воздухе внесли поправки, включающие строгие ограничения на выбросы автотранспортных средств. Поправки ввели положения о повышенном содержание кислорода в бензине (что снижает выбросы окиси углерода) и пониженном содержании серы в дизельном топливе.

В 1992 году Агентство по охране окружающей среды США приняло Закон об энергетической политике или EPACT. Целью закона было увеличение количества альтернативного топлива, на котором передвигался бы транспортный парк правительства США, чтобы уменьшить зависимость от иностранной нефти. Поправка EPACT 1998 года предписывала правительственным организациям использовать биодизельное топливо в существующих правительственных дизельных транспортных средствах. Поправка была нацелена на исключение траты дополнительных финансов на покупку транспорта на альтернативном топливе, как это предусматривал первоначальный EPACT.

С учетом этих правил и положений любая жизнеспособная нефтяная альтернатива сможет быстро найти свое место в экономике государства. Но наряду с достоинствами биодизель имеет и недостатки, понижающие его преимущество над бензином.

Что такое биодизельное топливо

Биодизель это или альтернатива дизельному топливу или добавка к нему. Изготавливают этот вид топлива из биологических ингредиентов (растительные масла или животный жир) вместо сырой нефти, путем ряда химических реакций. Он не токсичен, не возобновляем. Поскольку биодизель в основном создается из растений и животных, источники могут пополняться за счет сельского хозяйства и переработки.

Биодизель безопасен и может применяться в дизельных двигателях практически без изменения конструкции или модификации (подробнее в статье «Как заставить дизельный автомобиль ездить на биотопливе»). Хотя биодизель можно заливать в чистом виде, его обычно смешивают со стандартным дизельным топливом. Смеси обозначают аббревиатурой Bxx, где xx - процентное содержание биодизеля в смеси. Например, самая распространенная смесь B20, содержит 20-процента биодизеля и 80 % чистого дизельного топлива. B100 относится к чистому биодизелю.

биодизель

Такое биотопливо как этанол из кукурузы и биодизель из соевых бобов, помогают стимулировать развитие сельского хозяйства.

Формальное техническое определение биодизеля следующее: топливо, состоящее из моноалкиловых эфиров длинноцепочечных жирных кислот, полученных из растительных масел или животных жиров, обозначенное как B100 и отвечающее требованиям ASTM D 6751. Это определение документально утвердил Национальный совет по биодизелю (US National Biodiesel Board или NBB) США и признала ASTM International.


ASTM International- международная организация, разрабатывающая и издающая добровольные стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг.

US National Biodiesel Board - совет лоббирующий интересы производителей биодизеля на рынке Америки.


Жиры и биодизель. Как это связано

Основной плюс биодизеля в том, что его можно делать из разных природных источников, например из животного жира. Растительное масло (крупнейший источник биодизеля), подходящее для производства биодизеля, выжимают из сои, рапса, пальмы, хлопка, подсолнечника и арахиса. Биодизель делают даже из переработанного растительного масла, на котором жарили картошку!

Объединяет все источники биодизельного топлива то, что все они содержат жир в той или иной форме. Масла — это простые жиры, которые при комнатной температуре принимают жидкую форму. По-научному эти жиры называют триацилглицеролы, триглицериды или нейтральные жиры — сложные эфиры образованные спиртом, глицеролом и жирными кислотами. Триглицериды состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, связанных вместе и расположенных в определенном порядке. Эти триацилглицеролы довольно распространены. Кроме домашнего растительного масла, они также содержаться в сливочном масле, сале, крови, откладывающейся жировой ткани человека.

Чтобы визуализировать триацилглицеролы - думайте о заглавной букве «Е» (смотрите формулу ниже). Вертикальную основу этого «E» формирует молекула, известная как глицерин. Глицерин — распространенный ингредиент, который добавляют в мыло, фармацевтические препараты и косметику. К этому глицериновому остову примыкают и образуют горизонтальные элементы «Е» три длинные цепи, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они называются жирными кислотами.

 H   H         H         H   H
  \ /          |          \ /
   C-----------C-----------C
   |           |           |
   O           O           O
    \           \           \
     C=O         C=O         C=O
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
   H-C-H       H-C-H       H-C-H
     |           |           |
     H           H           H

Теперь о том, как эти триацилглицеролы попадают в машину, грузовик или лодку

Биодизельное топливо — это не чистое растительное масло. Раньше сырым растительным маслом заправляли дизельные двигателя.  Обычно это приводило к выходу из строя топливной системы автомобиля. Сырой жир или масло должны сначала пройти ряд химических реакций, чтобы стать топливом. Есть разные способы изготовления биодизельного топлива, но большинство предприятий создают промышленный биодизель, применяя процесс, называемый переэтерификацией. При переэтерификации жир или масло сначала очищают, а затем соединяют со спиртом, обычно метанолом (CH 3 OH) или этанолом (CH 3 CH 2 OH). Соединение происходит в присутствии катализатора, такого как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NaOH). В результате триацилглицерин превращается в сложные эфиры и глицерин. Оставшиеся эфиры - это то, что мы называем биодизельным топливом.

Достоинства и недостатки биодизеля

Плюсы

  • Биодизель имеет 5 преимуществ:
  • Экологически чист;
  • Уменьшает зависимость от иностранной нефти;
  • Лучше смазывает внутренние части двигателя, уменьшая износ;
  • Применим в любом дизельном двигателе с незначительными изменениями или без них;
  • Безопаснее, чем обычное дизельное топливо.

Раскроем каждый из плюсов

Основной плюс биодизеля — экологичность. От биодизеля меньше выбросов, чем у стандартного дизельного топлива, он биоразлагаем и является возобновляемым источником энергии.


Возобновляемая, или регенеративная, «зелёная», энергия — энергия из энергетических ресурсов, которые возобновляемы, или неисчерпаемы, по человеческим масштабам.


Контроль выбросов центральный в аргумент в пользу биодизеля. Сера, окись углерода и углекислый газ, содержащиеся в выбросах обычного дизельного топлива, очень вредны и вызывают обеспокоенность у ученых, законодателей и обычных людей.

Вред от вредных веществ, содержащихся в дизельном топливе:

  • сера и родственные ей соединения способствуют образованию кислотных дождей;
  • окись углерода широко признанный токсин;
  • углекислый газ способствует парниковому эффекту.

Есть также несколько менее известных соединений, которые вызывают беспокойство в отношении здоровья людей:

  • полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) - кольцеобразные соединения, которые связывают с образованием рака легких;
  • твердые частицы (ТЧ) - наносят вред легким и развивают сердечнососудистые заболевания;
  • не сгоревшие углеводороды — образовывают смог и озон.

Биодизель и в правду уменьшает вредные выбросы. В нем либо нет вышеперечисленных вредных веществ, либо содержаться в малом количестве. Из нынешних видов биотоплива биодизельное топливо единственное, успешно прошедшее испытания на выбросы и соответствует Закону о чистом воздухе в США.

Средние выбросы биодизеля по сравнению с обычным дизелем
СмесьB100B20
Всего несгоревших углеводородов-67%-20%
Окись углерода (угарный газ)-48%-12%
Твердые частицы-47%-12%
NOx (оксида азота) +10%+2%
Сера-100%-20%
ПАУ-80%-13%

Кроме того, по информации Национального совета по Биодизелю США и Управления транспортных технологий Министерства энергетики США, B100 может сократить выбросы CO2 на 78 процентов и снизить канцерогенные свойства дизельного топлива на 94 процента.

Плюс в копилку биодизеля в том, что он биоразлагаемый, т.е. может разлагаться в результате природных агентов, например бактерий. По информации EPA, биодизель разлагается со скоростью в четыре раза быстрее, чем обычное дизельное топливо. Поэтому в случае разлива очистка будет проще, а последствия не будут такими страшными. Это также относится к биодизельным смесям.

Переход на биодизель снизит зависимость экономики государств от импортируемой нефти и повысит энергетическую безопасность. В США большая часть биодизеля производится из соевого масла — часть аграрной культуры Америки. С ростом спроса на нефть и сокращением мировых поставок, биодизель снизит потребности государства в энергии. Не ободряюще звучит для России, но эту тему развивать не будем. Редакция Zap-Online.ru хочет разобраться в вопросе альтернативного источника топлива. Прогнозировать, куда пойдет государство, если нефть потеряет цену, мы не собирались.

Биодизель лучше смазывает внутренние части двигателя, облегчая движение механизмов и уменьшая риск их скорого износа. Еще биодизель действует как растворитель, который помогает  разрыхлить отложения и другую грязь из внутренних частей двигателя, которые могут вызвать засорение. Поскольку чистый биодизель не оставляет отложений, это увеличивает срок службы двигателя. Управлением транспорта США подсчитано, что если дизельное топливо содержит всего 1% биодизеля, смазывающая способность увеличивается на целых 65%.

Биодизель безопаснее — он нетоксичен (примерно в 10 раз менее токсичен, чем поваренная соль) и имеет более высокую температуру вспышки, чем обычное дизельное топливо. Более высокая температура вспышки биодизеля снижает вероятность случайного возгорания. Это облегчает соблюдение правил безопасного перемещения и хранения.

Минусы биодизельного топлива

Главный минус биодизельного топлива в увеличении выбросов NOx.


NOx — оксиды азота (NO и NO2), образующиеся при горении.


Часто при производстве дизельного топлива, когда уменьшается количество твердых частиц в выбросах, увеличивается уровень оксидов азота, которые образовывают смог.  Снизить уровень выбросов оксида азота можно путем установки каталитических нейтрализаторов и фильтров, но проблемы это не решает. Ученые уже ломают голову над технологиями, сокращающими количество NOx в выбросах биодизельного топлива.

Другая проблема — поведение биодизеля как растворителя. Хотя это свойство полезно, но и имеет противоположные свойства. Старые дизельные автомобили (например, выпущенные до 1992 года) засоряются при работе на топливе с высокой концентрацией биодизеля. Способность биодизельного топлива разрыхлять отложения, накапливающиеся в двигателе (такие отложения могут содержаться в старом дизельном топливе), может засорить топливный фильтр вновь освобожденными отложениями.


Справка. Хранение дизельного топлива по ГОСТ 305 82 - 5 лет. Реально — год при температуре +20 С и 6-10 месяцев при температуре +30 С. Качество солярки зависит от температуры помещения, в котором хранится. Когда состав топлива ухудшается, то в нём образуется большое количество смоляных соединений и смол, которые станут оседать на агрегатах и элементах двигателя, его внутренних стенках.


Производители биодизеля предлагают заменять топливный насос после перехода на высококонцентрированные смеси биодизеля, так как компоненты в старых топливных система также могут забиться освобожденными отложениями. Кроме отложений в топливной системе, биодизель также разрушает резиновые компоненты. Некоторые детали в старых системах (топливопроводы, уплотнения топливных насосов), приходят в негодность из-за резинового или резиносодержащего состава. Обычно это исправляется путем замены таких компонентов. Хотя многие производители включили в список гарантийных поломок ремонт недочетов, которые создает биодизельное топливо, опасность неисправности, которую обывателю придется чинить за свой счет, сохраняются.

Кроме того, в некоторых двигателях может наблюдаться снижение экономии топлива и мощности, примерно на 10 процентов. То есть 11 литров биодизеля, будет равняться 10 литрам стандартного дизельного топлива.

Цена биодизеля

Подходим к экономической составляющей биодизельного топлива.  Цена биодизеля зависит от таких переменных, как используемое сырье и рыночные условия. Сырья не хватает, а рыночные условия пока не дают развиться логистике доставки биотоплива до потребителя. Итог такой, по информации EPA, чистый биодизель (B100) стоит от 1,95 $ (127 рублей) до 3,00 $ (195 рублей) за галлон. Смеси B20 в среднем на 30-40 центов дороже, чем стандартное дизельное топливо.

Другой, возможно, более важный вопрос-это количество и доступность. Сейчас купить биодизельное топливо можно непосредственно у поставщика, у дистрибьютора нефти или на обычной заправке. В Соединенных Штатах, в Национальном совете по Биодизелю (US National Biodiesel Board), состоит 19 производителей реализующих биодизель.

Так сколько биодизеля производит США? Учитывая количество разношёрстных производителей (то есть, федеральных, частных, промышленных) и источников урожая (бобы, кукуруза, соя), трудно привести точную цифру. По информации Национального совета по биологическому дизтопливу в США производится около 75 миллионов галлонов биодизеля в год.

Кто сегодня использует биодизель в автотранспорте

 Источник: https://zap-online.ru/info/node/add/storyКрупнейший рынок биодизеля автопарк. По данным Национального совета по биодизелю, в Соединенных Штатах более 100 парков заправляющихся биологическим дизтопливом. В их числе федеральные и государственные организации:

  • Почтовая служба США;
  • ВВС США;
  • Армия США;
  • НАСА;
  • Департамент энергетики США;
  • Электроэнергетический холдинг Duke Energy;
  • Энергетическая компания Florida Power & Light.

Многие службы общественного транспорта стремятся использовать биодизельное топливо. Например, городские автобусы Cincinnati Metro передвигаются на биодизеле. В проекте применение биодизельного топлива в морской отрасли, сельском хозяйстве, в отоплении домов.

По мере роста осведомленности общественности биодизель и биотопливо становятся обычной темой рядовых граждан в разговорах за ужином. С принятием соответствующего законодательства, например поправки EPACT 1998 года растет и политическая поддержка, что дает биодизелю дорогу в будущее.

Рейтинг: 

© Все права защищены

Комментарии

Добавить комментарий (появится после одобрения администратора)