Биодизельное топливо является единственным полноценным заменителем дизельного топлива и может быть использовано в любом дизельном двигателе. Его название говорит само за себя: оно экологически чистое, биоразлагаемое и не требует больших усилий при эксплуатации. Чтобы извлечь из него максимальную пользу, давайте рассмотрим его подробнее.
Процесс производства биодизеля
Биодизельное топливо состоит из метиловых или этиловых эфиров жирных кислот с более высокой степенью ненасыщенности. По сути, это метиловый эфир, который образуется в результате химической реакции — этерификации растительных масел или переэтерификации животных или кормовых жиров.
Альтернатива нефти и жирам в качестве моторного топлива
Производство биодизельного топлива было признано реальной заменой прежней практике заливки масел и жиров непосредственно в бак. Эта практика имела ряд недостатков: неполное сгорание топлива, снижение смазывающих свойств, повышение вязкости масла, приводящее к образованию отложений на форсунках, кольцах и поршнях.
Проблемы использования растительных масел в дизельных двигателях
Во многих странах проводятся эксперименты по использованию растительных масел в дизельных двигателях, однако при этом неизбежно возникает ряд проблем. Масла сгорают не полностью, что не позволяет использовать их в течение длительного времени в традиционных двигателях с непосредственным впрыском.
Наиболее распространенное сырье
Наиболее распространенным сырьем для производства биодизеля является рапсовое масло, что обусловлено его доступностью и высокой урожайностью. На 150 га земли, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, которое можно превратить в 198 тыс. л биодизеля. Рапс широко выращивается в европейских странах, в США предпочитают сою, в Бразилии используют касторовое масло, в Канаде выращивают канолу (разновидность рапса), а в Индонезии в качестве сырья используют пальмовое масло.
Биотопливо разных поколений
Кроме рапсового, к другим источникам, из которых можно получать биотопливо, относятся пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масла. В зависимости от используемого сырья биотопливо можно разделить на три различных поколения.
Первое поколение
Первое поколение биотоплива производится непосредственно из сельскохозяйственных культур.
Второе поколение
Второе поколение биотоплива производится из жиросодержащих отходов.
Третье поколение
Третье поколение биотоплива производится из липидов микроводорослей.
Переэтерификация растительного масла для получения биодизеля
Технология получения биодизельного топлива основана на переэтерификации — процессе, требующем использования катализатора, обычно спирта щелочного металла, например, метилата натрия. Растительное масло представляет собой комбинацию триглицеридных эфиров, соединенных с трехосновной молекулой глицерина (C3H8O3). Этот глицерин придает маслу вязкость, поэтому для получения биотоплива его необходимо удалить и заменить спиртом в процессе этерификации.
Получение биодизельного топлива
Процесс получения биодизельного топлива заключается в смешивании очищенного масла со щелочным катализатором (метиловым спиртом) в реакторных колоннах в соотношении от 1:4 до 1:20. Затем смесь нагревают до температуры 50–60°С и оставляют для отстаивания и охлаждения. При этом происходит разделение на две фракции — легкий эфир (биодизель) с высоким цетановым числом (56–85, по сравнению с минеральным дизельным топливом 50–52) и хорошей горючестью, и тяжелую глицериновую фазу, которая является побочным продуктом процесса и имеет множество применений.
Очистка метилового эфира
Метиловый эфир проходит процесс промывки, в результате которого удаляются продукты омыления. Это необходимо для того, чтобы топливо не забивало фильтр, не образовывало углеродистых отложений и смол в камере сгорания. Затем метиловые эфиры высушиваются для предотвращения развития микроорганизмов в биодизельном топливе. Глицериновая фаза отделяется в виде тяжелой фракции. Для доведения ее до глицеринового состояния ее необходимо направить на установку дистилляции метанола, иначе из-за высокой щелочности и содержания метанола возникнут проблемы с хранением и утилизацией.
Отличительные особенности биодизельного и дизельного топлива
Несмотря на то, что биодизель рассматривается как альтернатива дизельному топливу, между ними существуют явные различия по компонентам, характеристикам и области применения.
Состав и характеристики
Биодизельное топливо представляет собой смесь моноалкиловых эфиров жирных кислот и не содержит нефти. Тем не менее, оно может смешиваться с любым видом дизельного топлива и использоваться во всех дизельных двигателях.
Преимущества биодизельного топлива
Биодизель имеет много преимуществ по сравнению с обычным дизельным топливом. При его сгорании образуется меньше серы (0,005% против 0,2%), почти вдвое меньше сажи и на 8–10% меньше окиси углерода. Производство биодизельного топлива регламентируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, который соответствует стандарту EN 14214:2003. Этот стандарт устанавливает такие характеристики биодизельного топлива, как:
Преимущества биодизельного топлива
Биодизель обладает высокой экологической чистотой, его использование в качестве топлива позволяет исключить выбросы диоксида серы и снизить выбросы диоксида углерода на 80%, а также устранить их характерный запах. Кроме того, биодизель обладает следующими свойствами:
— Массовая доля сложных эфиров — 96,5% — Плотность при 15 °С — 860–900 кг/м3 — Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °C — Содержание серы — не более 10 мг/кг — Кинематическая вязкость — 3,5–5 мм2/с — Цетановое число — 51 — Общее содержание глицерина — 0,25%
Преимущества использования биотоплива
Биотопливо обладает целым рядом преимуществ, включая:
- Зажигание без использования дополнительных стимуляторов
- Предотвращение образования нагара
- Чистое горение с минимальным количеством токсичных побочных продуктов
- Отсутствие неприятного запаха
- Простота производства в небольших масштабах
- Практически полное отсутствие отходов (побочный продукт может быть использован в качестве корма для животных).
Экологически чистый
Биодизельное топливо не представляет угрозы для людей и окружающей среды. В случае разлива более 99% продукта разлагается менее чем за три недели, не причиняя никакого вреда. Это означает, что использование биодизеля для водного транспорта позволяет значительно снизить уровень загрязнения рек и озер. Кроме того, если биодизель попадает в воду, он не наносит вреда растениям и животным.
Возобновляемое сырье
Использование возобновляемого сырья имеет ряд преимуществ, делающих его привлекательным источником топлива. Стоимость такого сырья зачастую невысока, а источником его могут служить любые сельскохозяйственные отходы. Во многих странах рестораны предоставляют отработанное растительное масло для использования в производстве биодизеля.
Это является преимуществом для колхозов, которые могут использовать собственные отходы для производства высококачественного топлива, что дает им определенную автономию. В отличие от этого, запасы нефти практически невозможно восполнить. Возобновляемое сырье — это ценный ресурс, который необходимо использовать.
Преимущества в смазке
Если минеральное дизельное топливо после очистки от сернистых соединений теряет свои смазочные свойства, то биодизель, несмотря на меньшее содержание серы, чем дизельное топливо, служит ценным смазочным материалом. Это объясняется наличием в его составе кислородной составляющей. Так, например, в Книгу рекордов Гиннесса был занесен грузовик из Германии, проехавший на биодизельном двигателе в исходном состоянии более 1,25 млн. км.
Увеличение срока службы двигателя и пожарная безопасность
При использовании биодизельного топлива происходит одновременная смазка движущихся компонентов двигателя внутреннего сгорания. Это приводит к увеличению срока службы двигателя и топливного насоса примерно на 60%.
Повышенная пожаробезопасность
Благодаря высокой температуре воспламенения биодизель обеспечивает повышенную пожарную безопасность. Воспламенение возможно только при очень высоких температурах. Биодизель загорается при температурах выше 150°C, что делает его относительно безопасным веществом.
Недостатки биодизельного топлива
Несмотря на свои преимущества, биодизельное топливо имеет и недостатки. Главным из них является ограниченный срок хранения — всего 3 месяца. Кроме того, его растворяющие свойства могут оказывать коррозионное воздействие на резиновые детали двигателя. К другим недостаткам относятся:
Эффективность и лакокрасочное покрытие
Низкотемпературная эффективность недостаточна, а при отрицательных температурах образуется осадок, загрязняющий компоненты. Кроме того, биодизельное топливо может быть агрессивным по отношению к лакокрасочному покрытию кузова автомобиля, поэтому не следует допускать его контакта.
Типы биодизельного топлива
Тип биодизеля определяется сырьем, используемым при производстве. Растительные масла уже не являются единственным вариантом, поскольку появились новые технологии переработки растительного сырья с помощью генетически модифицированных микроорганизмов. В связи с ограниченностью ресурсов растительных масел, получаемых из сельскохозяйственных культур, ведутся исследования по использованию специально культивируемых видов водорослей.
Касторовое масло: В центре внимания производителей биодизеля
В последние несколько лет производители биодизельного топлива уделяют особое внимание касторовому маслу — растению семейства Малочайные (Malochayaceae). Путем холодного прессования можно получить касторовое масло, обладающее одним из самых высоких цетановых чисел.
Применение биодизеля
Биодизель может использоваться в двух вариантах: как самостоятельное топливо или в смеси с обычным дизельным топливом. В холодное время года рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, в результате чего получается дизельное топливо марки B20 (цифра указывает на процентное содержание биодизеля).
Можно ли использовать биодизель вместо дизельного топлива?
Использовать биодизель вместо дизельного топлива на постоянной основе вполне реально. Однако необходимо учитывать, что 100%-ное биотопливо не так долговечно, как дизельное, и может замерзнуть при температуре −5°С. Поэтому в зимние месяцы его чаще всего смешивают с дизельным топливом. При повышении температуры можно использовать чистое биодизельное топливо. Кроме того, биодизель можно смешивать с минеральным дизельным топливом в любых пропорциях.
Биодизель в России
Несмотря на отсутствие единой государственной программы развития биодизеля в России, Министерство сельского хозяйства РФ ведет работу по созданию условий для производства этого вида биотоплива. Законопроект предполагает ежегодное производство до 5,5 млн. т рапсового масла, из которых 2,5 млн. т будут направлены на производство биодизеля.
Рост производства рапсового биодизеля в России
В России производство биодизеля из рапса становится перспективным и прибыльным предприятием для небольших предприятий благодаря практически безотходному производственному циклу и возможности выращивать сырье на одной и той же земле. Однако высокий акциз в 59 ₽ за литр биоэтанола делает инвестиции в производство биодизеля непривлекательными, несмотря на его высокую рентабельность и растущий спрос.
Ассоциация производителей рапсового масла в Липецкой области и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель» — первые из многих региональных инициатив. Заводы по производству биодизеля также планируется построить в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, Краснодарском крае и Татарстане.