Биодизель, или биодизельное топливо — жидкое моторное биотопливо, являющееся заменителем обычного дизельного топлива.
Биодизель получают из триглицеридов (реже свободных жирных кислот) реакцией переэтерификации (этерификации) одноатомными спиртами (метанол, этанол и др.). Источником триглицеридов могут служить различные растительные масла или животные жиры, водоросли и ряд иных источников сырья.
Технология производства
Процесс получения биодизельного топлива происходит в ходе химической реакции переэтерификации. В этой реакции растительное масло или любой другой источник триглицеридов в присутствии катализатора вступает в реакцию с одноатомными спиртами, образуя моноалкильные эфиры жирных кислот (биодизель, МЭЖК) и глицерин. Для идентификации биодизеля и отличия его от нефтяного дизеля, полученного из битуминозных пород, нужно определить содержание метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК); анализ моноалкиловых сложных эфиров жирных кислот не даст точного содержания биодизеля в дизельном топливе.
Триглицериды переэтерифицируются метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (приблизительно в пропорции на 1 т масла 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при температуре 60°С и нормальном давлении.
Для получения качественного продукта необходимо выдержать ряд требований: После прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берётся 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 засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходима вода или сорбент. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот, так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
Хранить биодизель более трёх месяцев не рекомендуется из-за его разложения.
Состав Биодизель представляет собой смесь моноалкильных эфиров жирных кислот.
Применение
Применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; число после буквы означает процентное содержание биодизеля. В2 — 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 — 100 % биодизеля. Аналогичная система маркировки топлива была введена в ЕС в 2018 году.
Применение смесей не требует внесения изменений в двигатель.
Цетановое число
Для минерального дизтоплива 42-45, Для биодизеля (метиловый эфир) не менее 51.
Сырьё для производства
В зависимости от вида сырья, используемого для производства того или иного биотоплива, они подразделяются на поколения (биотопливо 1-го поколения, 2-го поколения и т. д.). Эта классификации справедлива и для биодизельного топлива. Таким образом, в зависимости от используемого сырья можно говорить о биодизеле 1-го поколения (из сельскохозяйственных культур), биодизеле 2-го поколения (из жиросодержащих отходов) и о биодизеле 3-го поколения (из липидов микроводорослей).
Наиболее распространённые сельскохозяйственные культуры для производства биодизеля в различных странах: ЕС, Россия, Украина — рапс; США — соя; Канада — канола (разновидность рапса); Индонезия, Филиппины — пальмовое масло; Филиппины — кокосовое масло; Индия — ятрофа, (Jatropha); Африка — соя, ятрофа; Бразилия — касторовое масло.
Также применяется отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир и т. д.
Производство масла из различного сырья с одного гектара земли в год
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 Кокосовая пальма 2260 2689 Масличная пальма 5000 5950 Сальное дерево 5500 Водоросли 95000
Данные The Global Petroleum Club
Производство биодизеля
+Страна2004 г., тыс. т2005 г., тыс. т2006 г., тыс. т2007 г., тыс. т2008 г., тыс. т2009 г., тыс. т Австрия 57 85 123 267 213 310 Бельгия - 1 25 166 277 416 Кипр - 1 1 1 9 9 Чехия 60 133 107 61 104 164 Дания 70 71 80 85 231(Дания+Швеция) 233(Дания+Швеция) Эстония - 7 1 0 0 24 Франция 348 492 743 872 1815 1959 Германия 1035 1669 2662 2890 2819 2539 Греция - 3 42 100 107 77 Венгрия - - 0 7 105 133 Италия 320 396 447 363 595 737 Великобритания 9 51 192 150 192 137 Латвия - 5 7 9 30 44 Литва 5 7 10 26 66 98 Мальта - 2 2 1 1 1 Польша - 100 116 80 275 332 Португалия - 1 91 175 268 250 Словакия 15 78 82 46 146 101 Словения - 8 11 11 9 9 Испания 13 73 99 168 207 859 Швеция 1,4 1 13 63 231(Дания+Швеция) 233(Дания+Швеция) Болгария - - - - 11 25 Финляндия - - - - 85 220 Всего по странам Евросоюза 1933,4 3184 4890 5713 7755 9046+
+Страна2004 г., млн л2005 г., млн л2006 г., млн л2007 г., млн л2008 г., млн л2009 г., млн л2010 г., млн л США 94,5 283,5 2200 - 2611,98 - Аргентина - 25 50 - - - 2100 Бразилия - - - 450 - - 2300+
В 2004 году около 80 % европейского биодизеля было произведено из рапсового масла, при этом примерно треть урожая рапса в 2004 году было использовано именно для производства биотоплива.
В странах Евросоюза биодизель начал производиться в 1992 году. К концу первой половины 2008 года в странах Евросоюза было построено 214 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 16 млн тонн биодизеля в год. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн.
В США на октябрь 2004 года установленные мощности составляли примерно 567 млн литров в год (150 млн. галлонов). В середине 2008 года в США работали 149 заводов суммарной мощностью примерно 7,669 млрд литров в год (2029 млн. галлонов). Строилось 10 заводов суммарной мощностью примерно 808,9 млн литров в год (214 млн галлонов).
В Канаде в конце 2006 года работали 4 завода суммарной мощностью примерно 196,5 млн литров год (52 млн. галлонов).
В 2010 году мировое производство биодизеля выросло на 12 % в сравнении с 2009 годом и достигло 19 миллиардов литров.
Стандарты Для биодизеля Европейской организацией стандартов разработан стандарт EN14214. Кроме него существуют стандарты EN590 (или EN590:2000) и DIN 51606. Первый описывает физические свойства всех видов дизельного топлива, реализуемого в ЕС, Исландии, Норвегии и Швейцарии. Этот стандарт допускает содержание 5 % биодизеля в минеральном дизеле; в некоторых странах (например, во Франции) все дизтопливо содержит 5 % биодизеля. DIN 51606 — германский стандарт, разработанный с учётом совместимости с двигателями почти всех ведущих автопроизводителей, поэтому он является самым строгим. Большинство видов биодизеля, производимых для коммерческих целей на Западе, соответствует ему или даже превосходит.
Экологические аспекты применения и производства
Применение Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр.
Сокращение выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. Это хорошо с точки зрения экологии. (Однако в расчётах не учитывается объём углекислого газа, выделенного в процессе переработки сырья в биодизель.)
Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 100 °С, что позволяет назвать биотопливо относительно безопасным веществом.
Производство
Под производство сырья для биодизеля отчуждаются большие земельные площади, на которых нередко используют повышенные дозы средств защиты растений. Это приводит к биодеградации грунтов и снижению качества почв.
С другой стороны, жмых и шрот, получаемые в процессе производства растительного масла, используются в качестве корма для скота, что позволяет более полно утилизировать биомассу растения.
Производство биодизеля позволяет ввести в оборот неиспользуемые сельскохозяйственные земли, создать новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве и т. д. Например, в России с 1995 по 2005 год посевные площади сократились на 25,06 млн. гектаров. США на свободных землях ежегодно могут выращивать 1,3 млрд тонн биомассы.
При производстве биодизеля в результате реакции этерификации получается смесь, которой дают отстояться. Лёгкие верхние фракции продукта и являются рапсовым метил-эфиром, или биодизельным топливом. Нижние фракции являются так называемой глицериновой фазой, которую часто неправильно называют глицерином. На самом деле до чистого глицерина её ещё нужно «довести», без чего её хранение и утилизация представляют серьёзную проблему из-за повышенной щёлочности и содержания метанола. Те же проблемы возникают при использовании для этерификации этанола. Впрочем, биодизель на этаноле производить менее выгодно из-за большей плотности.
Многие публикации энтузиастов альтернативных видов топлива посвящены производству биодизеля кустарным способом — буквально в гараже. Но такие технологии, кроме проблемы вышеупомянутой глицериновой фазы, не могут также гарантировать надлежащего качества топлива, а, следовательно, и сохранности двигателя. Это объясняется недостаточным очищением такого топлива от различных примесей, которые просто забивают мотор. Кроме того, в случае кустарного производства проблематично закупать метанол, который производят немногие крупные химзаводы. Метанол производится из природного газа, поэтому цена одного из ингредиентов для производства биотоплива оказывается жёстко привязанной к ценам на газ, хотя сырьём для метанола может служить также шахтный газ (метан), биогаз и даже водород.
Достоинства Хорошие смазочные характеристики. Минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем. Более высокое цетановое число: Для минерального дизтоплива оно составляет 42-45, А для биодизеля (метиловый эфир) - уже не менее 51. Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60 %. Нет необходимости модернизировать двигатель. Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом; топливо на рапсовом масле воспламеняется при температуре 320 градусовРАПСОВОЕ МАСЛО – СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА .