Биодизель: особенности биотоплива

Что такое биодизель Из чего производят Состав биодизеля Отличительные характеристики биодизеля Способы получения Как транспортировать и хранить В каких сферах востребован биодизель Что в итоге

Тенденции последних десятилетий — разработка альтернативного вида топлива, которое способно заменить продукты нефтяной переработки. На этом фоне разрабатывают жидкое (метанол, биодизель), газообразное (водород, биогаз) и твердое (дрова, солома) топливо. Для производства используют различные ресурсы — начиная от кукурузы и заканчивая животными жирами. Главный плюс биодизеля — экологичность, т. е. полный биологический распад.

Биодизель: особенности биотоплива

Рассмотрим один из видов горючего — биодизель. Узнаем, как его получают, для каких двигателей предназначен, какими свойствами обладает и многое другое.

Что такое биодизель

Этот вид горючего представляет собой метиловый эфир, получаемый из растительных масел и животных жиров путем химических реакций. Он экологически чист, биоразлагаем, нетоксичен.

Данное топливо — единственный аналог, который может быть использован на всех видах транспортных средств с дизельным двигателем. При этом никаких модификаций, доработок или конструкторских изменений не требуется.

Используется как самостоятельный вид горючего или биологическая добавка к топливу. Маркируется аббревиатурой Bxx, где xx обозначают процентное содержание биодизеля в смеси. Так B30 — это 30% биогорючего и 70% дизтоплива.

Из чего производят

В качестве сырья для производства биодизельного топлива служат различные виды масел (натуральные и отработанные) и животные жиры. Компоненты подбирают в зависимости от страны-поставщика:

  • Индия — ядра ореха;
  • Англия — отработанное масло;
  • Аргентина, США — соевое масло;
  • Китай — тунговое масло;
  • Малайзия — пальмовое масло и т. д.

Но более востребовано рапсовое масло. Оно отличается низкой себестоимостью при высоких энергетических показателях. Так, с 1 га получают более 1000 л масла.

Биодизель: особенности биотоплива

В зависимости от того, какое сырье используют для производства, экологически чистое топливо бывает:

  • 3-го поколения — из липидов водорослей;
  • 2-го поколения — производство из отходов жиросодержащих продуктов;
  • 1-го поколения — на основе сельскохозяйственных культур.

Более подробно оценить характеристики сырья для биодизеля можно, изучив следующие данные:

 Вид     Энергетические характеристики
     Кукуруза      172
     Овес        217
    Конопля        336
     Соя     446
    Кофе      459
     Лен      478
    Рис     828
    Подсолнечник      952
     Какао      1026
 Арахис     1059
 Мак     1163
     Рапс      1190
     Олива     1212
 Бразильский орех     2392
     Пальмовое масло     5950
     Водоросли      95000

Если оценить приведенные данные, то оптимальный вариант сырья для топлива — водоросли. Но сложности возникают при производстве и транспортировке — необходимо поддерживать определенные температурные показатели. Любое колебание недопустимо.

Состав биодизеля

Характеристики топлива определяются стандартом ГОСТ Р 53605-2009 и EN 14214:2003. Согласно нормативным документам, при производстве должны получиться следующие показатели:

  • доля эфиров — 96,5%;
  • цетановое число — 51;
  • сера — менее 10 мг/кг;
  • плотность — 860–900 кг/м3 при 15°С;
  • глицерин — 0,25%;
  • вязкость — 3,5–5 мм2/с;
  • температура вспышки — 120°С.

При этом расход горючего увеличивается на 5–8% по сравнению с дизтопливом, а мощность двигателя уменьшается на 6–8%.

Биодизель: особенности биотоплива

Отличительные характеристики биодизеля

Рассмотрим плюсы и минусы этого вида горючего, обозначив ключевые особенности.

Главное преимущество — отсутствие в составе нефти, что повышает экологичность топлива. Процесс естественного разложения проходит примерно за 3 недели. А углеводороды, при попадании на почву, распадаются до 9 месяцев.

Применение биодизеля, по сравнению с дизельным топливом, менее вредно для окружающей среды, так как снижаются выбросы. Средние показатели указаны в таблице.

 Показатели для сравнения    Чистый биодизель (%)      Смесь B20 (%)
     Несгоревшие углеводороды      –67     –20
     Угарный газ      –48      –12
    Твердые частицы      –47      –12
     Оксид углерода     +10      +2
    Сера      –100      –20
    ПАУ     –80      –13

Плюсы экологичного горючего:

  • Безопасность. В процессе сгорания при работе двигателя не выделяются токсичные отходы. Снижается выделение углекислого газа на 80%, сажи и серы до 50%.
  • Экологичность. При попадании биодизеля в землю или воду не наносится вред животным и растениям, так как он полностью разлагается. При этом отсутствует неприятный запах. Водители отмечали, наоборот, приятный запах (аромат кухни).
  • Пожаробезопасность. Не горит при температуре окружающей среды, для воспламенения нужны высокие показатели (более 150°С).
  • Производительность. В структуре горючего минимальное количество серы и присутствует кислород, поэтому биодизель, как топливо, показывает высокие смазочные характеристики. При работе в двигателе не образуется нагар, а происходит смазка движущихся элементов, что увеличивает срок службы ДВС на 60%.
  • Возобновляемость. Для производства используют натуральное сырье и сельскохозяйственные отходы. При этом производство легко организовать. Не требуются большие мощности и площади. Поэтому для любого сельского хозяйства организовать производственный процесс не составит труда. Можно самостоятельно производить топливо и не зависеть от сторонних компаний.

Биодизель: особенности биотоплива

Но у такого горючего существует ряд недостатков:

  • агрессивность к резиновым компонентам — биодизель работает как растворитель;
  • образование отложений при отрицательных температурах и, как следствие, закупорка деталей (жиклеры, форсунки);
  • разъедание лакокрасочного покрытия — разъедает краску автомобиля при попадании на кузов;
  • недолгий срок хранения — только 3 месяца;
  • отмечен выход из строя топливных фильтров и насосов при переходе на биодизель;
  • выделение окиси азота на 10% больше, чем при сгорании дизтоплива.

Но у биодизеля существует еще один существенный недостаток — использование в качестве сырья продуктов. При таком раскладе необходимо увеличивать посевные площади или сокращать продажу продуктов для потребления. Что вряд ли возможно. Поэтому ученые пытаются нивелировать отрицательные стороны биодизеля — создают фильтры, совершенствуют методики производства.

Способы получения

Поиск альтернативного вида топлива подталкивал ученых на различные эксперименты. Ранее пробовали организовать работу топливной системы с применением растительного масла и животного жира, но:

  • горючее сгорает не полностью;
  • ухудшаются смазочные свойства топлива;
  • на форсунках, кольцах, поршнях образовываются отложения из-за повышенной вязкости масла.

Эти негативные факторы приводили к выходу из строя системы. Поэтому, чтобы получить топливо с оптимальными показателями, необходимо уменьшить вязкость, которая присутствует во всех растительных маслах. Существуют различные способы, с помощью которых можно осуществить это действие.

Биодизель: особенности биотоплива

Чтобы получить биодизель, можно применять различные химические реакции, но большинство производителей используют способ этерификации. В его основе лежит принцип замещения. Любое растительное масло содержит глицерин, который отвечает за вязкость. Чтобы получить биодизель, выполняются следующие этапы:

  • Сырье поступает в пресс. Там его отжимают и получают масло и жмых, который идет на корм скоту.
  • Масло процеживают и сливают в резервуар. В очищенное масло добавляют метанол или этанол в соотношении от 1:4 до 1:20. Нагревают до 50–60°С и дают остыть.
  • Смесь отстаивается и самостоятельно разделяется на две фракции — легкую и тяжелую. Первая — это биодизель (метиловый эфир) с цетановым числом в пределах 56–85, вторая — глицериновая фаза. Побочный продукт содержит метанол, поэтому его отправляют в другой производственный блок, чтобы снизить щелочность и довести до глицерина.
  • Легкую фракцию отправляют на промывку, чтобы удалить продукты омыления. Если пропустить эту стадию, то конечный продукт засорит фильтр и будет способствовать образованию нагара, смол.
  • Затем происходит осушение. Удаление воды из биодизеля, иначе в нем начнут размножаться микроорганизмы.

Производство альтернативного топлива налажено во многих странах, включая Бразилию, Индию, США, Китай, Канаду, Японию и многие другие. В России пока нет государственной программы по развитию такой отрасли. Но намечены тенденции поиска альтернативных источников питания.

Как транспортировать и хранить

Биодизельное топливо безопаснее, чем солярка и бензин, так как у него высокая температура воспламенения (более 150°С). Хотя для дизтоплива этот показатель — 55°С. Но соблюдать стандартные правила при хранении горюче-смазочных материалов необходимо — хранить и перевозить только в герметичной таре, которая не воспламеняется. 

Но такой вид горючего долго хранить нельзя, так как он нестабилен. Присутствие кислорода в структуре провоцирует естественный распад. Максимальный срок хранения не превышает трех месяцев.

В каких сферах востребован биодизель

Существует два способа применения — в чистом виде и в качестве примеси к дизельному горючему в соотношении от 5 до 35%. Летом можно использовать биологическое топливо в чистом виде. Это как летнее дизтопливо.

Но в холодное время (при температуре ниже –5°С) использование чистого биодизеля невозможно, поэтому происходит его комбинирование с соляркой.

При добавлении минимального количества (1–2%) выступает в качестве смазывающей составляющей.

Биодизель: особенности биотоплива

В основном биогорючее применяют в странах Евросоюза и США. Так в Соединенных штатах биодизель применяют государственные и федеральные организации:

  • армия США;
  • почтовая служба США;
  • ВС США;
  • департамент энергетики США;
  • электроэнергетический холдинг Duke Energy;
  • НАСА;
  • энергетическая компания Florida Power & Light;
  • городские автобусы Cincinnati Metro и прочие компании.

В США планируют практически полный переход на альтернативный источник в морской отрасли, сельском хозяйстве, отоплении домов.

В России прогнозируют строительство заводов для производства биодизеля. Но проблема заключается в том, что установлен слишком высокий акциз — 59 рублей за 1 л. Себестоимость биодизеля, по сравнению с бензином и соляркой, будет высока. А значит, рядовому покупателю будет невыгодна. Хотя рентабельность для предпринимателей высока. Ведь спрос на такой вид горючего увеличивается с каждым днем.

Что в итоге

Биодизель — это перспективное горючее, для производства которого не требуются большие вложения. Цикл производства практически безотходный — побочные продукты направляют в другие сферы жизнедеятельности. Что позволяет не только получать большие финансовые выгоды от продажи биодизеля, но и практически не наносит вред экологии.

https://www.youtube.com/watch?v=xLFd99LI6EY\u0026pp=ygU_0JHQuNC-0LTQuNC30LXQu9GMOiDQvtGB0L7QsdC10L3QvdC-0YHRgtC4INCx0LjQvtGC0L7Qv9C70LjQstCw

Но оценивая многочисленные положительные стороны биодизеля, необходимо помнить и о двух существенных минусах — повышенные выбросы оксида азота и увеличение посевных площадей под технические культуры.

Сейчас хватает нефтяных запасов, чтобы производить солярку и бензин. Но что будет дальше? Может, пора задуматься и попробовать использовать альтернативные источники? Ведь производство биодизеля — экологически чистый процесс, он экономически выгодней, чем разработка технологий электроавтомобилей.

Пока ученые решают вопрос с альтернативными источниками питания, стоит обратить внимание на топливные карты. Заходите на сайт gpc-store.ru/spisok-kart и подбирайте выгодное предложение. Здесь большой выбор карт, которые позволят получать топливо со скидкой, пользоваться сервисными услугами АЗС и упростить процесс ведения учета и подачи отчетности.

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.

Читайте также:  Что такое скрепер

«Что такое дизельное топливо»

Биодизель: особенности биотоплива

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.

Биодизель: особенности биотоплива 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.

Биодизель: особенности биотоплива 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.

«Сколько стоит дизельное топливо»

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/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%.

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.

Биодизель: особенности биотоплива 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: особенности биотоплива 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.

«При какой температуре застывает дизельное топливо»

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.

Биотопливо: что это, виды, плюсы и минусы | РБК Тренды

2

  • Твердое
  • Жидкое
  • Газообразное

Самый типичный и древний вид твердого биотоплива — дрова. Однако сейчас в чистом виде и в крупных масштабах их уже почти не используют. Наиболее ходовым твердым видом биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота.

Читайте также:  Какое масло лучше: синтетика или полусинтетика

Пеллеты заменяют уголь, дрова и солярку. При сгорании они не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля и дизеля). Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс пеллетов также в минимальном содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Кроме того, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.

Жидкое биотопливо

Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара. Бразилия и США входят в число лидеров по производству биоэтанола.

В США биотопливо на основе этанола производят из кукурузы и обычно смешивают с бензином для получения гибридного топлива. В целом в США на биотопливо приходится 5% от всего энергопотребления.

В Бразилии биотопливо на основе этанола делают из сахарного тростника, а в Англии даже производят из сахарной свеклы.

Биодизель — второе по популярности жидкое биотопливо. Биодизель делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, и в меньшей степени из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Биодизель используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях.

Биобутанол — четырехуглеродный спирт, который также относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол. Преимущества биобутанола по сравнению с биоэтанолом заключаются в том, что биобутанол не смешивается с водой, имеет более высокое содержание энергии и более низкое давление паров, что означает более низкую летучесть в результате испарения.

Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ.

Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше.

К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире.

Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла.

Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток.

Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.

Газообразное биотопливо

Биогаз — это газ, состоящий в основном из метана и углекислого газа в различных пропорциях в зависимости от состава органического вещества, из которого он был получен.

Основными источниками биогаза являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов.

Биогаз образуется в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода (анаэробное сбраживание).

Биоводород — аналог обычного водорода, который получают из биомассы.

Термохимический способ представляет собой нагрев исходного сырья без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород и другие попутные газы.

При биохимическом способе получения биоводорода в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагаются с выделением водорода.

Виды биотоплива и его экологические характеристики

4 марта 2019

Технологии по производству биологического топлива решают проблему с поиском возобновляемых источников энергии с минимальным использованием ценных ресурсов, а также позволяют экологично утилизировать отходы различных производств в промышленных масштабах.

Биотопливо: сырье и технологии

Биотопливо производят из любого органического сырья. Это могут быть отходы жизнедеятельности животных, оболочка и стебли растений, некондиционная древесина, а также отходы пищевой промышленности.

Биомасса дробится, подвергается биологической либо термохимической обработке (нагревание, воздействие различных видов микроорганизмов). После чего образовавшиеся вещества сортируются, очищаются, затем отправляются в коллектор.

Существует классификация биотоплива по типу исходного сырья:

  • Первое поколение топлива производится из растений с высоким содержанием сахаров, жиров, крахмала. Например, соя, рапс, кукуруза, а также сахарная свекла. Выращивание этих культур наносит вред климату.
  • Второе поколение биотопливного сырья: трава, древесина, отходы сельского хозяйства. Подобная биомасса требует более технологичных методов обработки, но решает также проблему утилизации промышленных отходов.
  • Сырьевой базой третьего поколения служат водоросли. Их специально выращивают, но для этого не требуется ни пресной воды, ни земельных площадей. Неприхотливые водоросли позволяют получать топливо без расхода ценных ресурсов.

Разные поколения биотоплива отличаются своими экологическими характеристиками. Наиболее предпочтительным вариантом для топливного производства является биомасса второго-третьего поколений.

Виды биотоплива

Как и другие вещества, биотопливо имеет три разновидности по своему агрегатному состоянию:

  • Твердый тип производится на основе отходов сельского хозяйства либо деревообработки.
  • Жидкий тип представлен биобутанолом, биоэтанолом, диметиловым эфиром, биодизелем.
  • Газообразный тип: биоводород, биометан, биогаз.

Все три разновидности имеют свои специфические особенности, которые рассмотрены ниже.

Твердое биологическое топливо

Самый традиционный пример твердого биотоплива — дрова. С их помощью обогревают жилища уже несколько тысяч лет. Но это далеко не самый экологичный вид топлива, поскольку древесному фонду для возобновления требуются десятки лет.

Альтернативой дровам становятся пеллеты, которые производятся из некондиционной древесины — коры, веток, опилок, обрезков, а также щепы.

Сырье перемалывается, затем из него под воздействием высокого давления и высокой температуры формируются мелкие цилиндрики или брикеты. Из-за правильной формы их удобно хранить.

Кроме того, это прекрасный способ утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности.

Помимо древесной массы для изготовления твердого топлива используют солому, ореховую шелуху, внешние оболочки растений. Такое сырье прессуется и гранулируется.

Не менее часто пеллеты изготавливают из навоза. Современные технологии позволяют устранить неприятный запах из такого вида топлива. Это хороший способ использования отходов жизнедеятельности животных. Кроме того, это дешевое сырье очень быстро возобновляется.

Жидкое биологическое топливо

Жидкое топливо служит альтернативой бензину, либо дополнением к традиционному автомобильному топливу. Различают пять основных видов жидкого биотоплива:

  • Биометанол. В качестве сырья для его производства служат одноклеточные водоросли. Разведение таких водорослей не требует ни пресной воды, ни земельных площадей, а потому это одно из наиболее перспективных направлений развития биотехнологий.
  • Биодизель — основан на смешивании эфиров жирных кислот. Он абсолютно безопасен, хранится три месяца, разлагается за четыре недели. Применяется как альтернативное автомобильное горючее либо как добавка к традиционному топливу.
  • Биобутанол, является аналогом бутанола, но производится из растений: кукурузы, пшеницы, маниока и свеклы. Это вещество способно заменить традиционное автомобильное горючее.
  • Биоэтанол получают из сырья, содержащего сахара и крахмал, путем спиртового брожения. Применяется для топки каминов, поскольку обладает высокой теплоотдачей и не образует побочных продуктов горения. Может использоваться в качестве добавки к автомобильному топливу, поскольку защищает мотор и снижает количество выбросов.
  • Диметиловый эфир производится из отходов бумажного производства. Может применяться для изготовления автомобильного топлива для машин с LPG-двигателями.

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

  • Биоводород — аналог водорода. Получают его из органического сырья двумя способами — термохимическим (нагрев до 800 градусов без доступа кислорода) и биохимическим (легкий подогрев и микроорганизмы). Преимущество этого вида топлива — его возобновляемость. Для сырьевой массы используются органические отходы; бактерии, участвующие в переработке сырья, можно использовать неоднократно.
  • Биогаз является аналогом природного газа. В его состав входит метан, углекислый газ, а также малое количество примесей (водород и сероводород). Если этот газ очистить от углекислоты, то получится биологический метан. Биогаз получается в результате метанового либо водородного брожения. Метановое брожение включает три этапа биологической обработки сырьевой массы: при помощи гидролизных бактерий, а также кислотообразующих и метанообразующих микроорганизмов. В качестве сырья служат отходы жизнедеятельности животных, водоросли, бытовые отходы. Сфера применения такая же, как у природного газа.

Плюсы и минусы биотоплива

Развитие биотехнологий решает проблему утилизации органических отходов, а также замены нефти и газа на альтернативные виды топлива. Но неразумное их использование может вызвать дополнительные проблемы с климатом, а также экосистемами. Рассмотрим несколько ключевых пунктов в развитии этой отрасли:

  • Биотопливо — это возобновляемый источник энергии с дешевым сырьем.
  • Технологии, основанные на переработке органических отходов, применимы везде, где есть люди и производственные комплексы.
  • Производство биологического топлива снижает уровень углекислого газа в атмосфере, а его применение вместо традиционного горючего уменьшает выработку углекислого газа.
  • Выращивание монокультур в больших масштабах (в качестве сырья для биотоплива) приводит к обеднению почвенного состава и снижению биоразнообразия, что оказывает влияние на климат.

Разумный подход к производству биологического топлива способен решить самые острые экологические проблемы окружающей среды.

Сырье для биодизеля и его производство в домашних условиях

Из чего состоит биодизель?

Биодизель представляет собой экологически чистое, альтернативное топливо, которое может быть произведено из внутренних, возобновляемых источников – соевого, рапсового или растительного масла, а также животных жиров. Биодизель не содержит нефти, но его можно смешивать с любой маркой солярки.

Смеси из 20% биодизеля и 80% дизельного топлива могут использоваться почти во всех типах дизельных установок.

Такие низкоуровневые смеси обычно не требуют каких-либо модификаций двигателя (за исключением топливных фильтров, топливных шлангов и уплотнений на некоторых старых марках дизельных двигателей) , однако смеси, содержащие более высокий процент биотоплива (включая и чистый биодизель) уже потребуют незначительной модификации.

https://www.youtube.com/watch?v=xLFd99LI6EY\u0026pp=YAHIAQE%3D

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. Согласно ему, в состав биодизеля входят:

  Дверцы и заслонки для каминов из стекла и других материалов

  1. 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.
  2. Триглицериды.

  3. Моноалкиловые сложные эфиры или метиловые эфиры жирных кислот.
  4. Спирты (этанол или изопропанол; в ограниченных количествах, вследствие своей токсичности, используют также метанол).
  5. 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.

Вернемся к ДВС

При работе в его цилиндрах происходит сгорание бензина или дизельного топлива. То и другое является продуктом переработки нефти, запасы которой ограничены, кроме того, при сжигании этих видов горючего образуются вещества, наносящие вред людям и окружающей среде. Одним из вариантов, позволяющим избежать подобного, является применение биодизеля как топлива для двигателей.

Надо пояснить, что оно собой представляет. Дело в том, что производство биодизеля основано на использовании животных жиров и растительного масла как исходного сырья. Можно провести простую аналогию – из нефти получают бензин и солярку, из масла или жира возможно получение топлива для работы ДВС.

Небольшое уточнение – в качестве горючего для работы моторов могут применяться разные вещества, например тот же самый спирт, получаемый из опилок, но в данном случае мы рассматриваем топливо именно для дизельных двигателей, а сырьем для биодизеля, так называется этот вид горючего, служат масло или остатки жира.

Как можно использовать биологическое топливо?

Использование жира и масла в качестве горючего может осуществляться такими способами:

  • Напрямую, заливая масло в бак. Недостатком такого подхода будет неполное его сгорание, смешивание со смазкой и ухудшение ее смазочных свойств, а также появление отложений на форсунках, кольцах, поршнях из-за повышенной вязкости растительного топлива.
  • Смешивая его с керосином или дизельным топливом.
  • Путем преобразования растительного масла, источником получения которого может быть рапс, кукуруза, подсолнечник и т.д., и в итоге получение биодизеля.

Наиболее сложной из упомянутых считается технология преобразования масла, но тем не менее, она настолько проста, что легко реализуется, благодаря чему можно получить биодизель в домашних условиях.

Так что же такое биодизель?

Фактически биодизель является смесью эфиров, в основном это метиловый эфир, как результат химической реакции. К его достоинствам следует отнести:

  1. растительное происхождение, благодаря возможности выращивания растений мы получаем возобновляемый источник топлива;
  2. биологическая безопасность, биодизель является экологически безвредным, его попадание в окружающую среду не наносит ей никакого вреда;
  3. меньший уровень выбросов двуокиси углерода и других отравляющих веществ;
  4. незначительное содержание серы в выхлопных газах моторов, использующих биодизель;
  5. хорошие смазочные характеристики.

По сути дела, растительное масло – это смесь эфиров с глицерином, который придает ему вязкость. Процесс производства биодизеля основан на том, что надо удалить глицерин и заменить его спиртом. Стоит отметить, что недостатком такого топлива является необходимость его подогрева при низких температурах или применения смеси биодизеля и обычной солярки.

Эксплуатационные моменты

  1. Для хранения бутылей и канистр, наполненных биотопливом, нужно отвести специальное место. При этом оно должно быть максимально защищенным от воздействия высокой температуры.
  2. Розжиг биокамина осуществляется специальным прибором.
  3. Если при заправке очага биотопливо попало на пол, нужно его удалить с помощью сухой тряпки.

Требования по работе с биотопливом:

  1. Горючее для биокамина является легковоспламеняющимся веществом, при контакте с которым нужно быть очень осторожным.
  2. После заправки биокамина емкость с топливом требуется закрыть и поставить в отведенное для нее место. Только после этого можно заняться розжигом очага.
  3. При работающей горелке не допускается выполнение дозаправки топлива.
  4. Чтобы разжечь биокамин, запрещено использовать быстро возгораемые материалы по типу бумаги или дерева.

Технология производства биодизеля

Технология производства биодизеля достаточно проста. Обычно его изготовление осуществляется из различных сортов растительного масла. Для этого может быть использован рапс, соя, кукуруза и т.д.

, общий список веществ, пригодных для получения исходного сырья достаточно значителен. Для производства биодизеля также подходит масло, оставшееся после приготовления пищи.

Схему подобного процесса можно увидеть на приведенном рисунке

https://www.youtube.com/watch?v=ondYpLqu3Js\u0026pp=ygU_0JHQuNC-0LTQuNC30LXQu9GMOiDQvtGB0L7QsdC10L3QvdC-0YHRgtC4INCx0LjQvtGC0L7Qv9C70LjQstCw

Раз мы рассматриваем топливо растительного происхождения, то и технология его изготовления должна охватывать процесс выращивания исходного сырья.

Наиболее подходящим для этого считается рапс, как требующий меньших затрат на получение. Хотя сейчас появляются большие перспективы у биодизеля из водорослей.

При этом не занимается земля для выращивания культуры на топливо, и величина себестоимости биодизеля будет ниже, чем в других случаях.

  Шибер для дымохода: что это такое, задвижка, заслонка

Так вот, семена (рапс, соя, подсолнечник и т.д.) после проверки качества поступают на маслобойку.

Оставшийся после производства масла шрот может быть использован комбикормовой промышленностью, а полученное масло, как предусматривает технология, идет на дальнейшую обработку.

Она называется этерификацией, и после ее проведения, метиловых эфиров в составе биодизеля должно содержаться более девяноста шести процентов.

Сама технология проста, что делает возможным организацию производства биодизеля в домашних условиях. К маслу добавляется метанол (9:1), и в качестве катализатора – небольшое количество щелочи.

Метанол может быть получен из опилок, а также вместо него допускается применять изопропиловый спирт или этанол. Процедура этерификации проходит в условиях повышенной температуры и занимает до нескольких часов.

После окончания реакции в емкости наблюдается расслоение жидкости – сверху биодизель, внизу глицерин.

Глицерин удаляется (сливается снизу) и может использоваться в качестве сырья в каких-то других процессах. Получившийся биодизель надо очистить, порой вполне достаточно бывает выпаривания, отстаивания и последующей фильтрации. Подробней промышленный процесс производства приведен на видео.

Предпочтение сахарам

Наибольшие государственные и частные инвестиции сумел привлечь вариант, в основе которого лежит традиционный механизм — получение из растений сахаров, а затем ферментация этих сахаров в этанол или другие виды биотоплива.

Исследователи опробовали десятки возможных способов расщепления устойчивых к переработке целлюлозы и гемицеллюлозы — последняя представляет собой волокна, которые скрепляют целлюлозу внутри клетки (рис. выше «Клеточный каркас целлюлозы»), — на составляющие их сахара.

Достичь этой цели можно нагреванием биомассы, воздействием на нее гамма-излучения, перемалыванием в мелкий порошок или действием высокотемпературного пара. Можно также обрабатывать ее концентрированными кислотами и щелочами или погружать в растворители.

Благодаря генной инженерии возможно даже создание новых микробов, которые будут, поглощая, разрушать такую целлюлозу.

К сожалению, многие способы, эффективные в лаборатории, не имеют шансов на успешное применение в промышленных условиях.

Для достижения коммерческой жизнеспособности проекта в процессе предварительной обработки сырья требуется вырабатывать значительное количество легко ферментируемых и высококонцентрированных сахаров, не превышая при этом умеренного уровня капитальных затрат.

В таком производстве нельзя использовать токсичные материалы или чрезмерно расходовать электроэнергию. Наконец, по стоимости своего производства грассолин должен выгодно конкурировать с бензином.

Наиболее многообещающие подходы предусматривают воздействие на биомассу крайних значений pH и температуры. В одной из наших лабораторий (лаборатория Брюса Дейла) мы разрабатываем новую методику с использованием такой сильной щелочи, как аммиак. В этом процессе под названием AFEX (ammonia fiber expansion – англ.

разрушение целлюлозы аммиаком) биомасса обрабатывается под давлением в концентрированном растворе аммиака при температуре 100 °C. После снижения давления аммиак испаряется и может быть использован повторно. В результате 90 и более процентов обработанной целлюлозы и гемицеллюлозы превращаются ферментами в сахара.

Столь высокий объем выхода отчасти объясняется тем, что при этой методике к минимуму сводятся потери сахара, которые часто происходят в кислотной или высокотемпературной среде.

Процесс AFEX — это переход «сухого в сухое»: биомасса, которая на начальном этапе представляет собой преимущественно сухое вещество, после подобной предварительной обработки остается такой же сухой, не разбавляясь водой. Благодаря этому из нее можно получать большие объемы высококонцентрированного высокоградусного этанола.

Разрушение целлюлозы аммиаком
При множестве разных способов предварительной обработки растительных волокон для разрушения целлюлозы—наиболее часто упоминается воздействие кислотами и нагреванием — существует процесс AFEX (разрушение целлюлозы аммиаком), который представляет собой уникальное сочетание экономичности, низкой себестоимости продукции и эффективности.

Получение биодизеля в домашних условиях

Как видно из представленного описания, технология производства достаточно проста и позволяет изготавливать биодизель своими руками, вплоть до того, что в домашних условиях можно получать топливо, и порой не только для собственных нужд. Причины, по которым можно взяться за подобную работу, у каждого могут быть разными, но не касаясь их, стоит отметить, что во всем мире потребление биодизеля только растет.

Когда в домашних условиях изготавливают биодизель своими руками, главной проблемой будет не вопрос его производства, а обеспечение качества готовой продукции.

Поставщиками сырья могут стать предприятия общественного питания, у которых в достаточном объеме есть использованное масло, и его можно купить по доступной цене.

Выращиванием рапса стоит заниматься при потреблении биодизеля в большом количестве, например, для реализации на сторону или наличия большого парка техники.

При организации производства в домашних условиях наиболее актуальными будут проблемы:

  • Плохой выход, т.е. из первоначального сырья получается не более девяноста трех процентов готовой продукции. Обусловлено это может быть особенностями используемой в домашних условиях установки или режимами переэтерефикации.
  • Некачественная фильтрация. Подобный процесс достаточно сложный, и для получения в домашних условиях качественного биодизеля, ему надо уделить особое внимание. Для этого используются специальные технологии или адсорбенты.

Непосредственно с установкой по производству подобного топлива, можно ознакомиться на видео. Существуют и другие варианты установок для производства в домашних условиях биодизеля, изготавливаемые промышленным способом.

Перспективы использования биодизеля

Как уже отмечалось, производство такого топлива только растет. И хотя сырьем для этого служит растительное масло, его получают в разных местах из разных культур. В Европе – рапс, в Индонезии – пальмовое масло, в Америке – соя, и т.д.

Однако наиболее перспективным считается получение биодизеля из водорослей. Для их выращивания могут использоваться как отдельные пруды, так и специальные биореакторы, а также участки морского побережья. Кроме того, при этом не только растет производство топлива, но и освобождаются земли для выращивания продуктов питания.

Хотя биодизель изготавливается из растительного масла, а не из опилок, он является отличным заменителем обычной солярки. Особенно в условиях ограниченных запасов нефти.

И кроме того, нельзя исключать такого его достоинства, как возможность производства в домашних условиях.

Несмотря на то, что при промышленном производстве он получается дороже солярки, тем не менее, является отличным альтернативным видом топлива для дизелей.

Что еще стоит почитать

Химический состав бензина аи-92

  Правила монтажа экструдированного пенополистирола на цоколь

  • Классификация масел по вязкости
  • Первый экологический класс автомобиля
  • Автомобили E класса
  • Биотопливо

Характеристика биотоплива

Среди основных преимуществ подобного горючего важно отметить его экологическую составляющую.

При сгорании такого материала копоти, сажи или угарных газов не образуется Это объясняется просто: биотопливо для камина практически полностью состоит из растительного этанола, который при воздействии высокой температуры распадается на две составляющие: воду и углекислоту.

В результате этого при горении образуется пламя синеватого оттенка. Для придания ему большей натуральности биогорючее дополняется специальными присадками, обеспечивающими смену цвета огня с голубого на красный.

В целом сфера применения биологического топлива весьма обширна. Его не только используют для розжига домашних очагов, но и заливают в такие осветительные приборы, как керосиновая лампа. Замена подобной жидкости биогорючим способствует более яркому свечению без образования таких отложений, как копоть и нагар.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector