Какое растение позволяет получить биодизель

9

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.

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.

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.

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.

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/м 3 .
• Температура вспышки в закрытом тигле — 120 °C.
• Содержание серы — не более 10 мг/кг.
• Кинематическая вязкость —3,5-5 мм 2 /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.

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

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 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.

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.

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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

Крупнейший 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.

Производство биодизеля в домашних условиях

В последние десятилетия развитые страны мира уделяют все больше внимания замене традиционного дизельного топлива альтернативным, биологическим. Это горючее, называемое биодизелем, получают из масел различных технических (рапс) и естественных (пальма) культур по сравнительно простой технологии. Неудивительно, что разные мастера – умельцы быстро подхватили эту идею и организовали у себя дома небольшое производство биодизеля для личных нужд. Разберемся же, как происходит переработка растительных масел в горючее, и каким образом можно наладить данный процесс в домашних условиях.

Как производится дизельное биотопливо?

Сырьем для этого вида топлива могут служить любые культуры, из которых получают большое количество растительного масла. Чаще всего это рапс и соя, их переработка дает максимальный выход сырья и, соответственно, конечного продукта в виде биодизеля.

В дело идут и животные жиры, являющиеся отходами мясокомбинатов, кожевенных заводов и других предприятий. Также годятся перегоревшие растительные масла из ресторанов и прочих заведений общественного питания.

Следует отметить, что биодизель из масла растительного и животного происхождения производится по относительно простой технологии. Основные этапы технологического процесса выглядят следующим образом:

• грубая и тонкая очистка сырья (масла) от мельчайших примесей;
• смешивание масла и метилового спирта с добавлением щелочного катализатора в реакторе. Пропорции сырья и метанола – 9 : 1, катализатором служит гидроксид натрия или калия;
• нагрев до 60 °С и перемешивание при этой температуре в течении примерно 2 часов. Этап носит название этерификации;
• полученная субстанция отстаивается в отдельной емкости и расслаивается на 2 вещества – глицериновая фракция и собственно биодизель;
• вещества разделяются в сепараторе, после чего горючее проходит термическую обработку с целью выпаривания из него воды.

Примечание. Глицериновая фаза – это еще не чистый глицерин, для его выделения субстанцию надо дополнительно переработать. Так что схема полного цикла выглядит куда сложнее:

Технологическое оборудование для производства биодизеля тоже не отличается высокой сложностью и представляет собой несколько емкостей, соединенных между собой трубопроводами, а также насосы – главный и несколько дозирующих. Поскольку на предприятиях все этапы автоматизированы, то реактор и другие резервуары оборудованы датчиками температуры и уровня, а насосами управляет контроллер. Все данные о протекающем процессе выводятся на дисплей оператора.

Производство в домашних условиях

Первая и одна из главных проблем – где взять достаточное количество сырья. Хорошо, если вы фермер и выращиваете рапс либо являетесь владельцем ресторана, где остаются отходы растительных жиров. Если же доступа к источнику недорогого сырья у вас нет, то и делать биодизель своими руками вы не сможете. Покупать масла будет нерентабельно, особенно учитывая проблему вторую – качество топлива.

Чтобы смело использовать в любых автомобилях или отопительных котлах произведенный в домашних условиях биодизель, надо обеспечить качество продукта. Иначе вы столкнетесь с бесконечными ремонтами и очистками ваших двигателей и форсунок котлов. А для этого технология должна быть организована и выверена на высоком, а не кустарном уровне. В свою очередь, это приведет к тем же затратам, чья окупаемость – под вопросом.

С низким качеством биодизеля могут на долгое время примириться старые автомобили и трактора с неприхотливыми двигателями и топливными системами. То же касается отопительных капельных печей и котлов с горелкой Баббингтона, нетребовательных к качеству горючего. На этот случай подойдет простейшая установка для производства биодизеля, при других раскладах технологию придется усложнить. Итак, для сборки установки потребуется:

• 3 емкости из пластика, 2 из них большие и одна поменьше;
• 5 шаровых кранов;
• трубы и фитинги (тройники, колена);
• электрический ТЭН с терморегулятором;
• насос.

Чтобы освоить производство биодизеля в домашних условиях, надо установить емкости на металлические подставки горловиной вниз, а сверху проделать закрывающиеся отверстия для заливки компонентов. Можно использовать и металлические бочки или самодельные баки из стальных труб большого диаметра. Внизу каждого сосуда надо приделать штуцер, а к нему прикрутить кран, после чего соединить все элементы между собой трубами, как показано на рисунке:

Средняя емкость будет служить реактором, куда необходимо встроить ТЭН. В другой большой бак заливается масло, а в малый – метиловый спирт. Предварительно к метанолу добавляется каустическая сода, играющая роль катализатора. Открыв краны таким образом, чтобы вещества из вспомогательных емкостей попадали в реактор, включается насос и ТЭН, чей термостат настроен на температуру 60 °С.

В видеоролике ведущий программы Top Gear Джереми Кларксон рассказывает и показывает, как сделать биодизель в домашних условиях :

О плюсах и минусах биодизеля

Основная масса достоинств этого вида горючего относится к снижению выбросов в окружающую среду. Если смотреть на вопрос глобально, то количество углекислого газа, образовавшегося при сгорании топлива, теоретически равняется тому объему, что потребили из воздуха масличные культуры. Можно считать, что выдерживается баланс, но только при сжигании биодизеля в котлах, их КПД довольно высок. А вот эффективность ДВС – всего 60%, там помимо углекислого образуется и угарный газ, загрязняющий атмосферу.

В составе топлива очень мало серы, из-за чего использование биодизеля наносит куда меньший вред окружающей среде. При попадании в воду горючее не загрязняет ее, а постепенно разлагается микроорганизмами. Ну и двигатель на растительной солярке работает лучше, ибо его цетановое число (51) выше, чем нефтяного топлива (42—45). Из минусов стоит отметить:

• более высокую стоимость по сравнению с традиционным горючим;
• невозможность длительного хранения, спустя 3 месяца начинается процесс его разложения;
• большие посевные площади для выращивания сырья.

При производстве своими руками образуются технологические отходы биодизеля в виде глицериновой фазы, которые невозможно переработать в домашних условиях. Да и само топливо, добытое дома, не сравнится по качеству с заводским и может создать много проблем во время эксплуатации ДВС. Поэтому умельцам, занимающимся этим делом, можно посоветовать как можно тщательнее фильтровать масло перед загрузкой в бак, это касается и конечного продукта.

Заключение

Как выяснилось, изготовление биодизеля не такое уж и простое дело, как может показаться. Особенно если ориентироваться на советы, взятые из интернета. Это вовсе не значит, что домашнее производство горючего невозможно, просто оно потребует значительных вложений и усилий.

Особенности производства биодизеля

Необходимо отметить, что на данный момент практически не идет речи о двигателе, который бы полностью работал на биоэтаноле. Это объясняется целым рядом объективных ограничений, для преодоления которых еще не найдено эффективных решений.
На сегодняшний день биотэанол применяется для заправки автомобилей, главным образом, в смеси с традиционными видами топлива – бензином и соляркой. Работать на таком топливе могут только транспортные средства с двигателем типа FFV (Flexible-fuel vehicle – гибкий выбор топлива).

Мотор типа FFV представляет собой двигатель внутреннего сгорания, который имеет некоторые отличия от традиционных двигателей. Так, основными отличительными особенностями являются:

• наличие специального датчика кислорода;
• применение особого материала для изготовления ряда прокладок;
• программное обеспечение ЭБУ, позволяющее определять процент содержания спирта в топливе и соответствующим образом корректировать работу мотора;
• некоторые изменения в конструкции для увеличения степени сжатия, что необходимо в связи с более высоким октановым числом этанола, по сравнению с бензином.

Сегодня автомобильное топливо с содержанием биоэтанола пользуется достаточно высокой популярностью в целом ряде стран. Лидерами здесь выступают США и Бразилия. В Бразилии сегодня практически невозможно купить бензин, в котором содержание биоэтанола было бы менее 20 %. Популярна данная технология и в ряде стран Европы, особенно в скандинавских странах.

Преимущества и недостатки

Биоэтанол как топливо имеет как существенные преимущества, так и существенные недостатки. Основные плюсы биотоплива относятся, прежде всего, к экологическим показателям.
Биоэтанол – это нетоксичный вид топлива, который полностью растворяется в воде. При его сгорании не образуется опасных для окружающей среды и здоровья людей соединений. Добавление биоэтанола в бензин позволяет сократить количество вредных выбросов до 30 % и более. Кроме того, биоэтанол производится из натурального возобновляемого сырья. Зачастую он является побочным продуктом безотходного производства других видов продукции.

Кроме того, благодаря высокому октановому числу применение биоэтанола позволяет улучшить некоторые характеристики двигателя внутреннего сгорания. В том числе увеличивается его КПД.

Одним из основных недостатков биотоплива является его неустойчивость к низким температурам. На морозе он может расслаиваться с образованием пленки из парафинов на поверхности. Это обуславливает затрудненный пуск в зимний период. Для преодоления этого недостатка приходится оснащать автомобили подогревателем топлива или небольшим бензобаком, предназначенным специально для холодного пуска.

Еще один важный недостаток заключается в слабой теплотворной способности. При сгорании биоэтанола выделяется на 37-40 % меньше тепловой энергии, по сравнению с традиционными видами автомобильного топлива. Это ощутимо ограничивает мощностные характеристики двигателя.

Двигатели на биотопливе имеют существенные преимущества, но им есть куда развиваться.

Свойства биодизеля

Биотопливо обладает поистине удивительными свойствами. Так, обыкновенная поваренная соль в 10 раз более токсичная по сравнению с биодизелем.

Также следует отметить и чрезвычайно высокую температуру воспламенения биотоплива – 150 градусов против 50 градусов по Цельсию у обычного бензина. Данное обстоятельство делает биодизель значительно более безопасным при транспортировке и хранении.

При сжигании такого топлива не образуется неприятных запахов. Вместо привычной вони чувствуется приятный аромат заморских растений.

Применение биодизеля не ухудшает рабочих характеристик силового агрегата: мощность и крутящий момент не меняются. При этом еще и увеличивается срок полезной эксплуатации ДВС.

Технические характеристики

Сера считается вредной примесью и служит основным источником загрязнения окружающей среды при сгорании. Исходное минеральное углеводородное сырье (нефть) для производства традиционных видов топлива содержит довольно много фосфора. Этот загрязнитель удаляется всеми доступными способами. Следует сказать, что современные технологии позволяют проводить очистку весьма эффективно. И все бы хорошо. Да вот только при снижении концентрации фосфора резко падают антифрикционные свойства вещества. В отличие от обычного топлива, биодизельное не нуждается в проведении очистки по фосфору, так как его там практически нет. Биодизель обладает очень хорошим антифрикционным воздействием при попадании на трущиеся поверхности в месте контакта.

Реальный случай, который попал в книгу рекордов Гиннеса: трак (грузовой магистральный автомобиль) проехал значительно более одного миллиона километров на биодизельном топливе с двигателем от производителя. Звучит просто фантастически, но это правда. Дело в том, что при использовании такого топлива последнее осуществляет еще и функцию сказки трущихся частей. Это приводит к тому, что износ изделий происходит значительно позже. Существенное увеличение полезного срока эксплуатации изделий – важное направление повышения эффективности экономической деятельности субъектов хозяйствования.

Биодизель

Так как на нашем сайте в разделе пищевая отрасль мы доказали своими результатами, что на аппарате вихревого слоя можно проводить процесс гидратации рапсового масла и при этом происходит снижение фосфора. То в этом разделе мы расскажем как это необходимо для производства биодизеля из рапсового масла.

В российском рапсе очень высокое содержание фосфора, что зачастую не соответствует требованиям европейских покупателей. «В России по ГОСТу фосфор в 2,5 раза выше, чем хотят получить покупатели в Европе: 700 РРМ против 300 PPM (parts per million — одна миллионная). Поэтому рапсовое масло у нас экспортируют крупные предприятия, которые имеют возможность производить гидратацию, в этом случае содержание фосфора получается в пределах нормы». Все остальное масло, полученное прессовым способом, за рубежом не востребовано.

Фосфаты

Кроме того, что выбросы фосфора из биодизеля (в котором он содержится в жидкой форме в виде различных фосфолипидов) регулируется стандартами ЕРА, фосфор может иметь негативный эффект на физические характеристики и сырья, и произведенного из него биодизеля.

Фосфолипиды (в повышенных количествах) могут выделяться из масла и жира при хранении и транспортировке, что приводит к образованию желеобразного слоя, который трудно поддается удалению, у дна емкостей. Если в процессе производства биодизеля присутствуют большие количества фосфолипидов (или других подобных эмульгаторов), они могут негативно влиять на производство, если технология не приспособлена к таким условиям.

Фосфолипиды (и подобные нефорсфатные соединения) имеют высокую вязкость и способствуют образованию эмульсии. Высокое содержание эмульгаторов в процессе перэтерификации может затруднить разделение метилового эфира и слоев, насыщенных глицерином.

Если разделение фаз происходит успешно, большая часть фосфорсодержащих соединений удаляются с глицериновой фазой. Во многих случаях формируется эмульсионный «средний слой», содержащий значительное количество биодизеля, глицерина, мыла и смол. Если не производится предварительная гидратация масла, производители биодизеля используют многоступенчатую перэтерификацию для минимизации потери продукта из-за образования эмульсии.

Влияние на стоимость сырья

Масло с очень высоким содержанием фосфатов чаще всего не продается коммерчески, поскольку почти все крупные производители пищевого масла проводят гидратацию продукции. Во многих случаях, те же компании продают менее рафинированные версии масел/жиров по более низкой стоимости. При покупке таких материалов следует проявлять осторожность, если вам не известно, как на них отреагирует технологический процесс.

Влияние на производство биодизеля

Присутствие фосфолипидов в готовом биодизеле может привести к невозможности пройти тест на холодную фильтрацию. Многие технологии (холодная фильтрация, разделение на фракции и дистилляция, среди прочих) могут быть использованы для удаления этих примесей и улучшения времени холодной фильтрации топлива.

«Использованные» масла могут содержать повышенные количества вредных эмульгаторов. Не фосфорсодержащие эмульгаторы могут содержать железо или другие металлы, которые будут иметь равно негативный эффект на производителя биодизеля.

При использовании гетерогенной этерификации, гидратация масла – критически важный этап для сохранения активности катализатора и общей экономичности процесса.

Научные статьи и патенты

• Моделирование процесса метанолиза растительных масел в аппарате вихревого слоя ферромагнитных частиц
• Моделирование гидродинамики в реакторе с вихревым слоем ферромагнитных частиц при синтезе биотоплива
• Аппарат вихревого слоя для производства биодизельного топлива
• Использование аппарата вихревого слоя в технологической линии производства биодизеля из микроводоросли хлорелла
• Технология получения липидов из микроводорослей

Варианты использования биотоплива

Подобное топливо допускается заливать в бак автомобиля. При этом оно ничуть не уступает традиционному дизелю, а по некоторым параметрам даже и превосходит таковой. Многие владельцы авто и тяжелой техники (грузовики, комбайны, спецтехника) не могут отважиться на такой шаг. Но по многочисленным свидетельствам водителей биодизельное топливо не причиняет вреда двигателю и не загрязняет систему впрыска.

Иногда биодизель смешивается в определенных пропорциях с традиционными видами топлива и заливается в бак транспортного средства. Подобный опыт еще недостаточно хорошо изучен. Но, судя по отзывам, такая методика также имеет право на жизнь.

О плюсах и минусах биодизеля

Основная масса достоинств этого вида горючего относится к снижению выбросов в окружающую среду. Если смотреть на вопрос глобально, то количество углекислого газа, образовавшегося при сгорании топлива, теоретически равняется тому объему, что потребили из воздуха масличные культуры. Можно считать, что выдерживается баланс, но только при сжигании биодизеля в котлах, их КПД довольно высок. А вот эффективность ДВС – всего 60%, там помимо углекислого образуется и угарный газ, загрязняющий атмосферу.

В составе топлива очень мало серы, из-за чего использование биодизеля наносит куда меньший вред окружающей среде. При попадании в воду горючее не загрязняет ее, а постепенно разлагается микроорганизмами. Ну и двигатель на растительной солярке работает лучше, ибо его цетановое число (51) выше, чем нефтяного топлива (42—45). Из минусов стоит отметить:

• более высокую стоимость по сравнению с традиционным горючим;
• невозможность длительного хранения, спустя 3 месяца начинается процесс его разложения;
• большие посевные площади для выращивания сырья.

При производстве своими руками образуются технологические отходы биодизеля в виде глицериновой фазы, которые невозможно переработать в домашних условиях. Да и само топливо, добытое дома, не сравнится по качеству с заводским и может создать много проблем во время эксплуатации ДВС. Поэтому умельцам, занимающимся этим делом, можно посоветовать как можно тщательнее фильтровать масло перед загрузкой в бак, это касается и конечного продукта.

Преимущества биодизельного топлива

Биодизель как топливо имеет следующие преимущества:

• уменьшается выброс в атмосферу сульфатов, углекислого газа, твердых частиц;
• сгорает практически без выброса в окружающую среду токсичных и канцерогенных веществ;
• почти в 2 раза уменьшается количество копоти;
• не обладает резким запахом;
• при попадании на землю разлагается микроорганизмами в течение 3-х недель;
• малое содержание серы;
• высокий уровень воспламеняемости (менее горюч);
• хорошие смазочные характеристики.

Особенности производства биодизеля

Биодизель является альтернативным видом топлива для дизельных двигателей.

Биодизель (дизельное биотопливо) представляет собой сложный метиловый эфир с качеством дизельного топлива, производимый из масла растительного или животного происхождения и используемый в качестве биотоплива. Химическая формула – С13Н24. Технология производства Механизм получения биодизеля заключается в проведении реакции этерификации – взаимодействия жирных кислот с метиловым спиртом в присутствии катализатора (щелочного или кислотного).

Соотношение растительного масла и метанола составляет приблизительно 9:1.

Рисунок. Технология производства биодизеля

Реакция начинается медленно и в зависимости от перемешивания занимает всего 3–6 минут. Чтобы получить хороший выход биодизеля ее необходимо провести дважды. Затем все это декантируется: глицерин – на дне, и верхняя фракция – эфир – передается на вторую стадию реакции. Снова простое смешивание с метанолом и катализатором в течение нескольких минут завершит процесс этерификации, и второй статический декантер разделит фракции глицерина и эфира.

Реакция идет при любой температуре, т. е. диапазон от 20 oС до 90 oС является приемлемым. Каждые 10 oС удваивают скорость реакции, некоторые источники рекомендуют температуру 55 oС для повышенной безопасности процесса, так как метанол закипает при 65 oС.

Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.

Сырье

Для производства биодизеля подходят любые растительные масла, твердые масла животного происхождения, отходы масложирового производства или скотобоен.

В качестве растительных масел могут использоваться подсолнечное, рапсовое, льняное и др. В зависимости от используемого сырья качественные показатели биотоплива разнятся. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но быстро замерзает при относительно высоких температурах. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод.

Таблица. Объем производства растительного масла с 1 га некоторых сельхозкультур

Оптимальным сырьем для производства биодизеля служит рапс. Процент выхода дизельного топлива из 1 т рапсового масла – 96%.

По удельному весу в мировом производстве масличных культур рапс занимает третье место после сои и хлопка, опередив подсолнечник.

Различают рапс двух сортов – озимый и яровой с несколько различными показателями урожайности и масличности. Урожайность маслосемян сортов озимого рапса может достигать 60 ц с га, а яровых сортов – 45 ц с га. Среднее содержание масла в семенях – 40–50%.

Рапс является отличной культурой для севооборота с пшеницей. Он хорошо структурирует почву, в результате повышение урожайности зерновых, посеянных после рапса, составляет до 10–15 ц с га.

Организация производства Производство биодизеля отличается более простой в сравнении с биоэтанолом технологической цепочкой. В результате некоторые фермерские хозяйства имеют пару бочек для проведения химических реакций между растительным маслом и метиловым спиртом в качестве эксперимента. В процессе производства биодизеля на каждый его галлон требуется затратить 0.083 кВт/ч электроэнергии и 10 Ккал тепловой энергии, получаемой от сжигания природного газа.

Оценку основных параметров организации производства биодизеля можно провести на примере испанского завода:

Мощность: 21 000 м3 биодизеля в год Инвестиции: 8.2 млн евро Персонал: 18 человек Территория: 6 000 м2 (здания — 2,300 м2) Число реакторов: 3 Сырье: соевое масло, пальмовое масло Хранение масла: 300 м3 Емкости для метанола: 60 м3 Емкости для готового биодизеля (B100): 400 м3 Емкости для глицерина: 100 м3

По экспертным оценкам, стоимость строительства заводов по производству биодизеля – от 0.2 до 0.5 доллара на литр мощности.

При организации производства биодизеля — дополнительную прибыль можно получить от реализации получаемого глицерина.

Более подробная информация об особенностях производства биодизеля в условиях российского рынка представлена в отчете «Маркетинговое исследование рынка биотоплива»
Источник: Cleandex.ru/Research.Techart

Как производится дизельное биотопливо?

Сырьем для этого вида топлива могут служить любые культуры, из которых получают большое количество растительного масла. Чаще всего это рапс и соя, их переработка дает максимальный выход сырья и, соответственно, конечного продукта в виде биодизеля.

В дело идут и животные жиры, являющиеся отходами мясокомбинатов, кожевенных заводов и других предприятий. Также годятся перегоревшие растительные масла из ресторанов и прочих заведений общественного питания.

Следует отметить, что биодизель из масла растительного и животного происхождения производится по относительно простой технологии. Основные этапы технологического процесса выглядят следующим образом:

• грубая и тонкая очистка сырья (масла) от мельчайших примесей;
• смешивание масла и метилового спирта с добавлением щелочного катализатора в реакторе. Пропорции сырья и метанола – 9 : 1, катализатором служит гидроксид натрия или калия;
• нагрев до 60 °С и перемешивание при этой температуре в течении примерно 2 часов. Этап носит название этерификации;
• полученная субстанция отстаивается в отдельной емкости и расслаивается на 2 вещества – глицериновая фракция и собственно биодизель;
• вещества разделяются в сепараторе, после чего горючее проходит термическую обработку с целью выпаривания из него воды.

Примечание. Глицериновая фаза – это еще не чистый глицерин, для его выделения субстанцию надо дополнительно переработать. Так что схема полного цикла выглядит куда сложнее:

Технологическое оборудование для производства биодизеля тоже не отличается высокой сложностью и представляет собой несколько емкостей, соединенных между собой трубопроводами, а также насосы – главный и несколько дозирующих. Поскольку на предприятиях все этапы автоматизированы, то реактор и другие резервуары оборудованы датчиками температуры и уровня, а насосами управляет контроллер. Все данные о протекающем процессе выводятся на дисплей оператора.

Из чего получают биотопливо

Ответить на вопрос, что такое биодизель, можно достаточно просто. Материалом для получения этого топлива выступают любые виды растительного масла или животные жиры. Подходит подсолнечное, соевое, рапсовое, арахисовое, льняное, пальмовое, кукурузное, конопляное, кунжутное и другие масла. Наибольшее распространение для изготовления биодизеля получил рапс. Рапсовое масло самое дешевое и доступное, что и привело к появлению так называемого рапсового биодизеля.

Стоит отметить, что биодизельное топливо, изготовленное из того или иного масла, получает характерные отличия. Биодизель, который изготовлен на основе рапсового масла, отличается наибольшей температурой застывания и фильтруемости, но дизельный двигатель на таком топливе менее производителен.

Биодизель, приготовленный из пальмового масла, позволяет обеспечить лучшую отдачу от мотора, но его показатель фильтруемости не подходит для стран, где отмечаются постоянные или сезонные низкие температуры.

Как осуществляется производство биодизеля?

В качестве сырья могут быть успешно использованы самые разные растительные культуры, позволяющие получить большое количество растительного масла. Среди наиболее популярных видов сырья следует отметить рапс и сою. Именно из этих растительных культур чаще всего производится биодизель.

Ещё одним неплохим сырьём являются животные жиры, которые чаще всего образуются как побочный продукт на всевозможных мясоперерабатывающих предприятиях.

Технология производства биодизеля как в случае с растительными культурами, так и в случае с использованием животных жиров для этих целей, довольно проста. В этой технологии можно выделить следующие этапы:

• Очистка сырья, при этом нельзя допускать наличия даже мельчайших примесей.
• Смесь двух компонентов: масла и метилового спирта (9 к 1), а также добавление в полученную смесь щелочного катализатора.
• Выполняется этерификация, то есть нагрев полученной смеси до температуры 60 С. В таком состоянии смесь должна находиться в течение 2 часов.
• Полученное вещество после процесса этерификации, разделяется на два компонента: биодизель и глицериновую фракцию.
• Прохождение биодизелем термической обработки, задачей которой является выпаривание воды.

Используемое оборудование для производства биодизеля не отличается большой сложностью. В большинстве случаев используется некоторое количество ёмкостей, которые соединены между собой специальными трубами, а также несколько насосов, среди которых выделяется один главный, а все остальные являются дозирующими.

Если производство биодизеля выполняется на специальных предприятиях, то всем процессом руководит автоматика, а на ёмкостях установлены специальные датчики температуры.

Технология производства

Механизм получения биодизеля заключается в проведении реакции этерификации – взаимодействия жирных кислот с метиловым спиртом в присутствии катализатора (щелочного или кислотного). Соотношение растительного масла и метанола составляет приблизительно 9:1.

Реакция начинается медленно и в зависимости от перемешивания занимает всего 3–6 минут. Чтобы получить хороший выход биодизеля ее необходимо провести дважды. Затем все это декантируется: глицерин – на дне, и верхняя фракция – эфир – передается на вторую стадию реакции. Снова простое смешивание с метанолом и катализатором в течение нескольких минут завершит процесс этерификации, и второй статический декантер разделит фракции глицерина и эфира. Реакция идет при любой температуре, т. е. диапазон от 20 oС до 90 oС является приемлемым. Каждые 10 oС удваивают скорость реакции, некоторые источники рекомендуют температуру 55 oС для повышенной безопасности процесса, так как метанол закипает при 65 oС. Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.

Сырье

Для производства биодизеля подходят любые растительные масла, твердые масла животного происхождения, отходы масложирового производства или скотобоен. В качестве растительных масел могут использоваться подсолнечное, рапсовое, льняное и др. В зависимости от используемого сырья качественные показатели биотоплива разнятся. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но быстро замерзает при относительно высоких температурах. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод. Таблица. Объем производства растительного масла с 1 га некоторых сельхозкультур

Оптимальным сырьем для производства биодизеля служит рапс. Процент выхода дизельного топлива из 1 т рапсового масла – 96%. По удельному весу в мировом производстве масличных культур рапс занимает третье место после сои и хлопка, опередив подсолнечник. Различают рапс двух сортов – озимый и яровой с несколько различными показателями урожайности и масличности. Урожайность маслосемян сортов озимого рапса может достигать 60 ц с га, а яровых сортов – 45 ц с га. Среднее содержание масла в семенях – 40–50%. Рапс является отличной культурой для севооборота с пшеницей. Он хорошо структурирует почву, в результате повышение урожайности зерновых, посеянных после рапса, составляет до 10–15 ц с га.

Требования при производстве биодизеля

Чтобы полученное топливо соответствовало высоким стандартам качества, необходимо выполнять определенные требования:

• по завершению переэтерификации метиловые эфиры должны находиться в топливе в размере не более 96%;
• необходима дополнительная очистка метиловых эфиров от метила. Это обусловлено тем, что последний обычно берется в избытке с целью более быстрой и полной переэтерификации;
• необходима очистка метиловых эфиров от продуктов омыления в случае использования топлива в дизельной технике. Если подобных манипуляций не проводить, то мыло достаточно быстро засорит фильтр. В результате начнут образовываться смолы и нагар. Методы сепарации и центрифугирования не способны дать необходимый результат, поэтому рекомендуется применять воду или сорбенты;
• метиловые эфиры жирных кислот должны быть высушены. Вода провоцирует развитие микроорганизмов и образование жирных кислот, что существенно снижает качество биодизельного топлива;
• хранение биодизеля должно длиться не более трех месяцев. Если этот срок был превышен, то возможно разложение топлива.

Химический процесс получения биодизеля

Для получения биодизеля используют любые виды растительных масел — подсолнечное, рапсовое, льняное и т.д. При этом биодизель полученный из разных масел имеет некоторые отличия. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но и самую высокую температуру фильтруемости и застывания. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод, потому более всего подходит для европейских стран и России. Химически биодизель — это метиловый эфир, являющийся продуктом реакции этерификации растительного масла при температуре около 50 C в присутствии катализатора. Сам процесс, в принципе, достаточно прост. Нужно уменьшить вязкость растительного масла, чего можно достичь различными способами. Любое растительное масло — это смесь триглицеридов, т. е. эфиров, соединенных с молекулой глицерина с — трехатомным спиртом (C3H8O3
). Именно глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу. Задача при приготовлении биодизеля — удалить глицерин, заместив его на спирт. Этот процесс называется
трансэтерификацией
. Реакция в целом выглядит так:
CH2OC=OR1 | CHOC=OR2 + 3 CH3OH > (CH2OH)2CH-OH + CH3COO-R1 + CH3COO-R2 + CH3OC=O-R3 | CH2COOR3 |
Триглицериды+метанол> глицерол+эфиры, МА «Навигатор» Технологии и оборудование по производству биодизельного топлива 10 Где R1, R2, R3 : алкильные группы. В результате применения метанола образуется метиловый эфир, в результате использования этанола — этиловый эфир. Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина. В качестве щелочи берется гидроксид калия КОН или гироксид натрия — NaOH. Для начинающих рекомендуется использовать именно NaOH.

Применение биодизельного топлива

Биодизельное топливо может применяться как в чистом виде, так и в виде смеси с дизельным топливом. В США маркировка смесевых топлив осуществляется следующим образом: сначала идет буква «В» – это общее обозначение, а дальше указывается процентное соодержание биодизеля. Например, марка топлива В2 означает, что в нем присутствует 98% дизельного топлива и 2% биодизеля. Использование качественных смесевых топлив не требует внесения каких-либо конструктивных изменений в действующие автомобильные двигатели.

Что касается цетанового числа, то для биодизеля оно должно быть не менее 51. Для минерального дизельного топлива этот показатель составляет 42-45.

Воздействие на экологию

Удивительно, но данный вид топлива абсолютно безвреден для природы и его попадание в окружающую среду не вызывает никаких негативных последствий для флоры и фауны. Этого не скажешь о нефти и нефтепродуктах. Общеизвестным является тот факт, что всего лишь один литр бензина или топлива загрязняет не менее миллиона литров воды в мировом океане и приводит к гибели множества живых организмов и микроорганизмов. Одним из важнейших свойств биодизельного топлива является его быстрый период распада: в течение одного месяца микроорганизмы уничтожат практически весь объем топлива. Таким образом, если перевести речной и морской виды транспорта на инновационное топливо, то вредные последствия аварий и утечек дизеля можно свести к минимуму.

Выбросы вредных веществ в атмосферу

Пониженное количество выбросов углекислого газа при сгорании – большой плюс биодизельного топлива. По заверениям научных сотрудников, которые занимаются данными вопросами, объемы выбросов CO2 при сжигании биодизеля не превышают объемов переработки углекислого газа теми растениями, которые послужили источником сырья для производства топлива на протяжении всего жизненного цикла.

И все же выбросы при сгорании топлива имеют место. Именно поэтому называть биодизель экологически чистым видом топлива не совсем корректно. Хотя некоторые полагают, что объемы выработки углекислого газа настолько малы, что ими можно пренебречь. Это утверждение весьма спорное.

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.

Статья в тему: Что из себя представляет аккумуляторная батарея

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.

Производство биодизеля своими руками

Биодизель в домашних условиях сделать вполне реально и даже несложно, однако у этого мероприятия есть своя экономическая подоплёка. Одной из самых главных задач в этом случае будет поиск необходимого количества сырья. Если вы являетесь фермером, который выращивает рапс, тогда у вас, скорее всего, не возникнет с этим никаких проблем. Однако если у вас нет источников дешёвого сырья, для того чтобы создавать биодизель и увеличивать его производство, процесс может быть невыгодным с экономической точки зрения.

Для изготовления биодизеля необходимо растительное масло (рапсовое, соевое, подсолнечное и т. д.), а также метанол. Что касается метанола, то здесь очень большое значение имеет его чистота, так как необходимо использовать только чистый метанол. Ещё одним необходимым компонентом является катализтор, в качестве которого вполне можно использовать обыкновенную соду.

Важно учитывать тот момент, что при производстве биодизеля в домашних условиях довольно сложно получить действительно чистое топливо, так как при получении его в заводских условиях используются фильтры, которые позволяют задерживать лишние примеси в топливе размерами в 20% от толщины человеческого волоса. Именно такая установка по производству биодизеля вряд ли может быть создана в домашних условиях. Однако получить биодизель, который можно смело использовать для отопительных установок в доме, вполне реально.

Что касается оборудования для производства биодизеля из рапса или других растительных культур, то легче всего просто его приобрести, чем делать самостоятельно. Стоимость такого оборудования находится в районе 10 тысяч рублей, что, согласитесь, не так и дорого.

Осуществить изготовление биодизеля в домашних условиях можно следующим образом:

• Берём растительное масло и нагреваем его, при этом температура не должно быть больше 60 С, идеальной температурой является 55–58 С.
• Растворяем соду в метаноле, после чего добавляем образовавшуюся смесь в нагретое растительное масло.
• Поддерживаем температуру масла на текущем уровне в течение 40 минут, не забывая при этом помешивать субстанцию.
• Даём биотопливу отстояться, через некоторое время глицерин осядет, после чего можно будет выполнить его слив.

Важной особенностью использования специального оборудования является то, что все используемые компоненты в нём смешиваются в нужной пропорции.

В том же случае, если вы не будете использовать специальное оборудование, необходимо учитывать следующие пропорции: на 0,98 кг используемого масла следует брать 0,125 кг метанола, 0,024 кг соды, которую нужно растворить в метаноле. Из этой смеси должно получиться примерно 1 кг топлива и 0,12 кг глицерина.

Таким вот образом можно изготовить биодизель в домашних условиях. Как видите, ничего особенно сложного в этом нет.

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.

В каких странах используют биодизель?

В настоящее время уже 48 стран мира нормативно закрепили и активно развивают производство «чистой» энергии биологического типа. Активно используются возобновляемые источники энергии из сельхозсырья в США, Бразилии, Японии, Китае, Индии, Канаде, странах ЕС.

Производство биодизеля в России

В России пока не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива. Минсельхоз России разработал законопроект, согласно которому в России будут созданы условия для развития сектора биоиндустрии.

В ведомстве полагают, что потенциально в России можно ежегодно производить до 5,5 миллиона тонн рапсового масла:

– 0,5 миллиона тонн можно направлять для продовольственных нужд; – около 2 миллионов тонн поставлять на экспорт в виде метилэфира; – 2,5 миллиона тонн использовать внутри страны как биотопливо.

Согласно планам министерства, в 2021 году в России биотопливо должно увеличить свою долю на рынке с нуля до 8 % и составить 6–6,5 млн тонн. Препятствием на пути развития нового продукта может стать не решённый вопрос с акцизами, которыми в России облагается биоэтанол. Литр спирта в нашей стране облагается акцизом в размере 59 рублей, что пока лишает смысла инвестировать средства в производство такого вида топлива.