БИОДИЗЕЛЬ: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, ВИДЫ, ДОСТОИНСТВА, НЕДОСТАТКИ - ХИМИЯ - 2025

Биодизельное топливо представляет собой природное происхождение , которое получается реагирующих растительных масел или животных жиров с низкой массой спиртов молекул. Эта реакция называется переэтерификацией; то есть новые сложные эфиры жирных кислот (также называемые сложными моноалкиловыми эфирами) образуются из исходных триглицеридов.

В других контекстах вместо использования слова «переэтерификация» говорят, что биомасса подвергается алкоголизу, потому что она обрабатывается спиртами; среди них и преимущественно метанол и этанол. Использование метанола для производства этого биотоплива настолько распространено, что это почти его синоним.

Биодизельный насос B5. Источник: Pxhere.

Биодизель - это экологически чистая альтернатива использованию дизельного топлива, дизельного топлива или нефтедизеля (еще больше подчеркивая, что его состав состоит из нефтяных углеводородов). Однако их свойства и качество с точки зрения производительности в дизельных двигателях не слишком сильно различаются, так что оба топлива смешиваются в разных пропорциях.

Некоторые из этих смесей могут быть богаче биодизелем (например, B100) или богаче нефтедизелем (всего лишь 5-20% биодизеля). Таким образом, потребление дизельного топлива увеличивается по мере появления на рынке биодизеля; не без предварительного решения ряда этических, производственных и экономических проблем.

С простой точки зрения, если можно получить масло как жидкость, способную сжигать и генерировать энергию для движения машин, почему бы не масло природного происхождения? Однако одного этого недостаточно: вы должны пройти химическую обработку, если хотите конкурировать или не отставать от ископаемого топлива.

Когда эта обработка проводится водородом, говорят о рафинировании растительного масла или животного жира; степень его окисления низкая или его молекулы фрагментированы. Тогда как в биодизеле вместо водорода используются спирты (метанол, этанол, пропанол и др.).

история

Реакция переэтерификации

Ответ на первую проблему, с которой столкнется биотопливо, был обнаружен в прошлом. Еще в 1853 году два ученых, Э. Даффи и Дж. Патрик, осуществили первую переэтерификацию растительного масла, даже задолго до того, как Рудольф Дизель запустил свой первый рабочий двигатель.

В этом процессе переэтерификации триглицериды масел и / или жиров реагируют со спиртами, в основном с метанолом и этанолом, с образованием метиловых и этиловых эфиров жирных кислот, а также глицерина в качестве вторичного продукта. Основной катализатор, такой как КОН, используется для ускорения реакции.

Самым важным моментом переэтерификации жиров является то, что восемьдесят лет спустя бельгийский ученый по имени Дж. Шаванн перенаправил эту реакцию на снижение высокой и контрпродуктивной вязкости растительных масел.

Рудольф Дизель и его двигатель

Дизельный двигатель появился в 1890 году, уже в конце 19 века, в ответ на ограничения паровых двигателей. Он объединил в себе все, что вы хотели от двигателя: мощность и долговечность. Он также работал с любым типом топлива; и, к восхищению самого Рудольфа и французского правительства, он умел работать с растительными маслами.

Поскольку триглицериды являются источниками энергии, было логично предположить, что при сжигании они выделяют тепло и энергию, способную производить механическую работу. Дизель поддержал прямое использование этих масел, так как он приветствовал, что фермеры могут перерабатывать собственное топливо в местах, очень удаленных от нефтяных месторождений.

Первая функциональная модель дизельного двигателя имела успех на презентации 10 августа 1893 года в Огасте, Германия. Его двигатель работал на арахисовом масле, поскольку Рудольф Дизель твердо верил, что растительные масла могут конкурировать с ископаемым топливом; но так же, как они были обработаны грубым способом, без последующей обработки.

Тот же самый двигатель, который работал на арахисовом масле, был представлен на Всемирной выставке в Париже в 1900 году. Однако он не привлек столько внимания, поскольку к тому времени масло было гораздо более доступным и дешевым источником топлива.

Petrodiesel

После смерти Дизеля в 1913 году дизельное топливо (дизельное или нефтедизельное) получали при переработке нефти. Поэтому модель дизельного двигателя, предназначенную для арахисового масла, пришлось адаптировать и перестроить для работы с этим новым топливом, которое было менее вязким, чем любое другое растительное масло или масло из биомассы.

Вот почему в течение нескольких десятилетий нефтедизель преобладал как самая дешевая альтернатива. Было просто непрактично засеивать большие гектары овощных масс для сбора их масел, которые в конечном итоге, будучи такими вязкими, в конечном итоге вызывали проблемы для двигателей и не соответствовали той же урожайности, полученной с бензином.

Проблема с этим ископаемым топливом заключалась в том, что оно увеличивало загрязнение атмосферы, а также зависело от экономики и политики нефтяной деятельности. Учитывая невозможность прибегнуть к этому, в некоторых случаях растительные масла использовались для мобилизации тяжелых транспортных средств и техники.

Биотопливо во Второй мировой войне

Когда во время Второй мировой войны нефти стало не хватать в результате конфликта, несколько стран сочли необходимым снова обратиться к растительным маслам; но им пришлось иметь дело с повреждениями сотен тысяч двигателей из-за разницы в вязкости, которую не могла выдержать их конструкция (и даже меньше, если бы они использовали эмульгированную воду).

После войны народы снова забыли о растительных маслах и возобновили сжигание только бензина и нефтедизеля.

Рождение биодизеля

Проблема вязкости была решена в небольшом масштабе бельгийским ученым Г. Шаванном в 1937 году, которому был выдан патент на свой метод получения этиловых эфиров жирных кислот из обработанного этанолом пальмового масла.

Таким образом, можно сказать, что биодизель официально родился в 1937 году; но его посев и массовое производство пришлось отложить до 1985 года, проведенного в австрийском сельскохозяйственном университете.

Подвергнув эти растительные масла переэтерификации, проблема вязкости была окончательно решена, сопоставив характеристики нефтедизеля и даже представив экологичную альтернативу над ним.

свойства

Свойства биодизеля во всем мире зависят от сырья, из которого он был произведен. Он может иметь цвет от золотого до темно-коричневого, внешний вид зависит от производственного процесса.

В целом это топливо с хорошей смазывающей способностью, которое снижает шум двигателя, продлевает срок его службы и требует меньших затрат на техническое обслуживание.

Он имеет точку воспламенения выше 120 ° C, а это означает, что пока внешняя температура не превышает этого, риск возгорания отсутствует; Иначе обстоит дело с дизельным топливом, которое может гореть даже при 52ºC (этого очень легко добиться для зажженной сигареты).

Из-за отсутствия ароматических углеводородов, таких как бензол и толуол, он не представляет канцерогенного риска в случае разлива или длительного воздействия.

Точно так же в его составе нет серы, поэтому он не производит загрязняющих газов SO ₂ или SO ₃ . При смешивании с дизельным топливом он придает ему более смазывающие свойства, чем его природные соединения серы. Фактически, сера является нежелательным элементом, и когда дизельное топливо обессеривается, оно теряет смазку, которую необходимо восстанавливать с помощью биодизеля или других присадок.

Получение и изготовление

Биодизель получают из переэтерифицированных растительных масел или животных жиров. Но какой из них должен составлять сырье? В идеале тот, который генерирует большее количество масла или жира на меньшей площади выращивания; что, если говорить более подходящим языком, это будет количество гектаров, которые занимают ваши сельскохозяйственные угодья.

Хорошее биодизельное топливо должно происходить из урожая (зерна, семян, фруктов и т. Д.), Который дает большие объемы масла с небольших полей; в противном случае их урожай должен был бы охватывать целые страны и был бы экономически невыгоден.

После того, как биомасса собрана, масло необходимо извлекать бесконечным способом; Среди них, например, использование сверхкритических жидкостей для переноса и растворения нефти. После получения масла его подвергают переэтерификации, чтобы снизить его вязкость.

Переэтерификация достигается путем смешивания масла с метанолом и основанием в реакторах периодического действия, либо под действием ультразвука, сверхкритических жидкостей, механического перемешивания и т. Д. Когда вы используете метанол, вы получаете метиловые эфиры жирных кислот (FAME), сокращение от английского: Fatty Acid Methyl Ester.

Если, с другой стороны, использовать этанол, будут получены этиловые эфиры жирных кислот (FAEE). Все эти сложные эфиры и их атомы кислорода характеризуют биодизель.

Метанол и глицерин

Метанол - это спирт, который преимущественно используется в качестве сырья при производстве биодизеля; а глицерин, с другой стороны, является побочным продуктом, который можно использовать для поддержки других промышленных процессов и, следовательно, сделать производство биодизеля более прибыльным.

Глицерин происходит из исходных молекул триглицеридов, которые заменяются метанолом с образованием трех DMARD.

Виды биодизеля

Различные масла или жиры имеют свой собственный профиль жирных кислот; следовательно, каждый биодизель имеет разные моноалкиловые эфиры в результате переэтерификации. Даже в этом случае, поскольку эти сложные эфиры практически не различаются по длине углеродных цепей, полученные топлива не показывают больших колебаний между своими свойствами.

Таким образом, для биодизеля не существует классификации, а скорее отличается его эффективность и рентабельность в зависимости от источника масла или жира, выбранного для его производства. Однако существуют смеси биодизель-нефтодизель, потому что оба топлива можно смешивать и смешивать друг с другом, что обеспечивает их полезные свойства для двигателя.

Говорят, что чистый биодизель - это B100; что равно 0% бензина в его составе. Тогда есть другие смеси:

- В20 (с содержанием нефти 80%).

- В5 (95% бензина).

- В2 (98% бензина).

В автомобилях, выпущенных до 1996 года, нельзя было использовать B100 в своих двигателях без замены определенных компонентов, которые вышли из строя из-за его действия растворителя. Однако даже сегодня есть модели автомобилей, которые не допускают больших концентраций биодизеля по заводским гарантиям, поэтому они рекомендуют использовать смеси ниже B20.

преимущество

Ниже приводится разбивка ряда преимуществ биодизеля перед нефтедизелем, которые делают его зеленой и привлекательной альтернативой:

- Его получают из биомассы, возобновляемого сырья, которое часто теряется как отходы.

- Биоразлагаемый и нетоксичный. Следовательно, он не будет загрязнять почву или моря, если случайно прольется.

- Высокая температура воспламенения делает его более безопасным при хранении и транспортировке.

- Он не производит парниковых газов, потому что выделяемый CO ₂ представляет собой такое же количество, которое поглощается растениями. Благодаря этому он также соответствует Киотскому протоколу.

- Поощряет сельскую деятельность по посадке сельскохозяйственных культур, из которых получают растительное масло.

- Его даже можно приготовить из жареного масла. Этот момент очень благоприятствует вам, потому что переработанное масло, бытовое или полученное в ресторанах, вместо того, чтобы утилизировать и загрязнять грунтовые воды, можно использовать для производства большего количества зеленого топлива.

- Представляет собой способ стать в долгосрочной перспективе независимым от нефти и ее производных.

- Оставляет меньше остатков при горении.

- Бактериальные водоросли, помимо сои и семян подсолнечника, являются многообещающим источником несъедобного (и нежелательного для многих) биодизеля.

Недостатки

Не все идеально с этим топливом. Биодизельное топливо также имеет ограничения, которые необходимо преодолеть, чтобы заменить нефтяное дизельное топливо. Вот некоторые из этих ограничений или неудобств его использования:

- Он имеет более высокую температуру застывания, а это означает, что при низких температурах он становится гелем.

- Его растворяющая способность может разрушить натуральный каучук и пенополиуретан, присутствующие в автомобилях, собранных до 1990 года.

- Он дороже нефтодизеля.

- Повышает цены на зерновые и продукты питания, потому что они содержат добавленную стоимость при использовании в качестве биодизельного сырья.

- В зависимости от биомассы может потребоваться много гектаров возделывания, что будет означать изъятие экосистем, чуждых этой цели, и, следовательно, повлияет на дикую фауну.

- Хотя при сгорании он не выделяет газы серы, он выделяет более высокие концентрации оксидов азота, NO _x .

- Будет использовано большое количество пищи, которая вместо утоления голода будет использоваться для производства биодизеля.

Ссылки

1. Wikipedia. (2019). Биодизель. Получено с: en.wikipedia.org
2. Пенелопа. (28 декабря 2011 г.). Биодизель: достоинства и недостатки. Twenergy. Получено с: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Биодизель. Получено с: Plantasdebiomasa.net
4. Ван Герпен Джон. (03 апреля 2019 г.). История биодизеля. Ферма Энергия. Получено с: farm-energy.extension.org
5. Скотт Хесс. (2019). Как работает биодизель. Как это работает. Получено с: auto.howstuffworks.com
6. Тихоокеанский биодизель. (2019). Биодизель. Получено с: biodiesel.com