Биодизель (биодизельное топливо): производство из рапсового масла, подсолнечного, водорослей, отходов

Биодизель – это топливо нового поколения, вырабатываемое из растительного сырья и имеющее эксплуатационные характеристики, близкие к дизелю, полученному из сырой нефти. Поскольку последний обладает заметным токсичным эффектом на окружающую среду, технологи рассматривают возможности популяризации биодизеля как надежного и качественного горючего.

Биодизель

Биодизельное топливо представляет собой жидкую субстанцию – сложные эфиры моноалкильной группы, которые образуются во время термической обработки веществ натурального происхождения. К последним, являющимся сырьем для биодизеля, относятся:

• Растительные масла: пальмовое, соевое, тунговое, рапсовое, подсолнечное
• Животные жиры
• Ядра орехов
• Кукуруза
• Картофель
• Микроводоросли (сырье нового поколения)

Правильнее назвать, отвечая на вопрос, из чего производится биодизель, даже не сами растительные культуры, а химические соединения, которыми они обладают и которые делают возможным выделение биодизеля:

• Триацилглицериды – чаще всего экологичный дизель выделяется из данных типов жиров.
• Реже задействуются свободные жирные кислоты.

После химической обработки двух указанных выше соединений и получается биодизельное топливо, которое, обращаясь к химическому составу, является метиловым эфиром. Ниже – подробнее о технологическом процессе выделения эфиров.

Производство биодизеля

Получение моноалкильных эфиров – результат переэтерификации. Простыми словами, это спровоцированный обмен между жирнокислотными группами с образованием новых структурных связей. Стандартная технология производства биодизеля от и до выглядит следующим образом:

1. Осуществляется сбор натурального сырья, выращиваемого на сельскохозяйственных площадях (чаще всего, есть исключения, например, для микроводорослей имитируется их естественная среда обитания).
2. Сырье очищается от примесей, которые попадают в него в процессе транспортировки.
3. Начинается процесс переэтерификации – добавляется катализатор метанол.
4. Смесь нагревается и охлаждается.
5. Происходит фрагментация состава на две группы соединений – трехатомный спирт C3H5(OH)3 и метиловый эфир – последний как раз и является биодизелем.

Биодизель из рапсового масла

Таблица 1. Эффективность получения масла для биодизеля из различных растительных культур

Как видно из представленной информации, именно рапсовое масло – подходящая трава для биодизеля, обладающая наибольшим потенциалом по объемам переработки. Тонна рапсовых семян дает почти 340 литров масла, а это потенциально – более 260 литров экологичного горючего.

Производство рапса налажено в европейских странах и России. В Европе это основной источник для выработки биодизеля, а в России – моторного топлива для сельскохозяйственной техники.

Поскольку рапс как растение поглощает диоксид углерода, даже в переработанном виде он не выделяет токсичных веществ при сжигании в ДВС.

Из подсолнечного масла

Потенциал подсолнечного масла ниже рапсового лишь ненамного. Его несложно выращивать, урожай как правило большой. Недостатки по сравнению с рапсовым маслом:

• Меньшая стойкость к взаимодействию с кислородом и дальнейшему окислению.
• Высокое содержание Iodum (йода), что не соответствует современным жестким экологическим стандартам.

Подсолнечное масло, переработанное и модифицированное в биодизель, не используют в качестве горючего в чистом виде. Его смешивают с другими ГСМ, увеличивая сопротивляемость вещества образованию коррозии.

Биодизель из водорослей

Если рапсовое масло можно получить в объеме одной тонны с одного гектара, то та же площадь даст почти семь тонн водорослей, пригодных для выработки биодизеля нового поколения. Эксперты считают, что потенциал данного сырья составляет 40 тонн.

Липиды микроводорослей образуются посредством удаления 1,2,3-пропантриола из масляной субстанции – технология выделения биодизеля такая же, как и с растительными маслами. Топливо активно производится в Германии и США, хотя данные страны не единственные с подходящим солнечным и теплым климатом. Все дело – в правильном оборудовании. Имитация условий размножения водрослей (H2O, CO2 и достаточная инсоляция) в промышленных масштабах позволяет непрерывно получать гигантские объемы готового биодизеля.

Из отходов

Интересно, как делают в ресторанах Европы и США, поддерживающих имидж заботы об окружающей среде – они собирают отработанное подсолнечное масло (на котором жарили еду) для оперативной передачи его на химическую обработку.

Недостатка в отработанном масле нет – только в США крупные сети быстрого питания, в которых в режиме 24/7 происходит обжарка картофеля во фритюре, обеспечивают более 4 тонн вещества, что равнозначно 4 гектарам земли, засеянным рапсом. По статистике, только 40% прожаренного масла утилизируется, остальное – идет на нужды автопрома.

Подобные программы стартуют и в России, причем операторы готовы вывозить отработанное масло бесплатно (до определенных объемов). Однако, поскольку биодизель, можно сказать, массово совсем не востребован в России в качестве топлива, сырье уходит либо на экспорт, либо на разработку альтернативных типов горючего.

Страна-лидер по производству биодизеля

Таблица 2. Государства – лидеры по производству биодизеля. Рейтинг стран по выпуску жидкого горючего экологичного типа.

Номинально лидером по производству биодизеля является США, однако суммарно страны Евросоюза из первой десятки дают минимум 107,5 тысяч баррелей вещества в сутки или 3566 тысяч баррелей в год.

Налаживание массового выпуска экологичного топлива происходит только благодаря оборудованию. Площадь сельскохозяйственных угодий отходит на второй план, когда можно получать отработанное масло из общепита или выращивать водоросли в искусственной среде. Если 20 лет назад 80% биодизельного горючего выделывалось из рапсового масла, то сегодня очевиден сдвиг в сторону сырья нового поколения.

Так, в европейских странах суммарно работает более 215 технологических площадок по выпуску биодизеля, в США – больше 160.

Будучи одним из экспортеров рапса, Россия производит биодизель для сельхоз нужд, однако как питание моторов транспортного средства топливо не рассматривается перспективным. Любой производитель биодизеля в России сталкивается с проблемами в поисках инвестора.

Внедрение экологичного горючего усложняется непредсказуемостью ежегодного урожая в стране из-за нестабильного климата, а также из-за опасений роста цен, вызванным ожидаемым повышенным спросом на рапсовое и подсолнечное масла.

Биодизель своими руками

Некоторые автолюбители действительно получают биодизель в домашних условиях, однако предпочитают не заливать его в топливный бак в полном объеме, а добавлять в «стандартный» дизель в отношении 10% био к 90% дизеля. Алгоритм выделки топлива такой:

1. Используется подсолнечное, реже – кукурузное и рапсовое масла.
2. В чистый миксер добавляется 0,2 кг метанола, добавляется 3,5 г щелочи NaOH (делать это нужно быстро и быстро закрывать крышки всех емкостей). Через 2 минуты щелочь растворится. Если щелочь попала на кожу, тут же нейтрализуйте ее небольшим количеством уксуса и затем – водой.
3. Сразу же подогрейте масло до +55 градусов. Не перегревайте. Добавьте в щелочную смесь. Мешайте полчаса.
4. Перелейте в стеклянный резервуар, остудите. Пусть смесь постоит, не перемещайте ее.
5. Вы увидите, что вещество расслоилось на 2 компонента. Верхний – биодизель. Нижний – глицерол. Его можно отсортировать в отходы, а можно использовать как ингредиент для создания косметических средств.

Естественно, мини производство нужно осуществлять в хорошо вентилируемом помещении, использовать чистые резервуары (которые более нигде не применяются, особенно в пищевых целях), надеть халат, перчатки и респиратор. Будьте осторожны с метанолом – это вещество крайне горюче и при активном и длительном вдыхании оказывает негативное влияние на легкие, зрение и нервную систему.

Биодизель ТАНЕКО

Компания «Татнефть», один из лидеров топливного рынка России, заинтересовалась перспективами биотоплива как конкурентного вещества в области реализации ГСМ, и готова реализовать проекты по налаживанию технологического производства составов.

Производственное предприятие разместиться в Республике Татарстан и будет осуществлено как комплексное преобразование нефтеперерабатывающего кластера ТАНЕКО.

В рамках программы планируется и выпуск биоэтанола (в том числе вещества с полным осушением, то есть абсолютно без молекул воды). Здесь же будет осуществляться выпуск присадки МТБЭ с улучшенными свойствами.

Татнефть уже выпускает биологически чистое горючее для морских судов с максимально низким содержанием серы, а также зарегистрировала несколько биомарок горючего, базированного на неэтилированном бензине.

Биодизельное топливо: достоинства

Главное преимущество биодизеля – минимизирование токсичного воздействия отработанных газов на окружающую среду. Так, выброс диоксида углерода сокращен на 80%, а сажевого и зольного – на 50%. Состав вещества может содержать только до 10 мг/кг серы. Кроме того, как топливо растительного происхождения биодизель быстро разлагается, не загрязняя пласты земли и воздух.

Другие преимущества биотоплива:

1. Простое получение, не нужно оснащать производственные мощности сложными техническими комплексами. Задействован всего один технологический процесс – переэтерификация, который достаточно легок в исполнении.
2. Увеличиваются посевные площади, отмечается рост сельского хозяйства как сектора экономики, создаются новые рабочие места. Есть и обратная сторона – осуществляется вырубка лесов для использования площадей в качестве угодий, что нарушает экологический баланс.
3. Минимум отходов после выработки биодизеля; глицерин как побочный продукт может использоваться в химпроизводстве и далее.
4. Высокое цетановое число. Показатель варьируется от 52 пунктов (для топлива растительного происхождения) до 60 пунктов (базированное на животных жирах). Для сравнения – цетановое число дизеля равно 40…55 единиц, то есть биодизель обладает быстрым воспламенением.
5. Поскольку изготавливается из масляных субстанций, имеет отличные эксплуатационные характеристики в качестве уплотнителя для трущихся деталей автомобильных механизмов и как смазочного компонента для моторных узлов. Уменьшает образование нагара и в целом обеспечивает стабильную и безопасную работу ДВС, уменьшая износ на 50% и более.
6. Может заливаться в баки транспортных средств, оснащенных стандартных дизельным двигателем. Это справедливо как при полном переходе на биотопливо, так и относительно его добавления в стандартный дизель.
7. Содержание кислорода в составе вещества обеспечивает плавное и стабильное сгорание субстанции.

Биодизельное топливо: недостатки

Казалось бы, биогорючее обладает весомыми плюсами, однако что-то мешает массовому переходу на питание ТС экологичным топливом. И это не только климатические условия или консервативность технологий изготовления топлива – объективно, биодизель имеет свои минусы.

1. Расход биогорючего больше, чем дизеля, до 8%.
2. Минимум на 6% падает КПД мотора (что частично компенсируется увеличением его износостойкости).
3. Сложные эфиры, присутствующие в составе, вступают в химические реакции с резиновыми шлангами и патрубками, они также разрушают лаки и краски – финишные покрытия поверхностей.
4. Биодизель, как и обычный дизель, склонен к сгущению при снижении температурных значений. Если обычный дизель начинает парафинизироваться, то в биотопливе образуется воск. Результат один и тот же – проблемы в старте мотора в холодное время года, снижение и полная блокировка пропускной способности топливных магистралей, засорение фильтров, перегрев топливного насоса высокого давления.
5.  В выхлопе наблюдается увеличение NO на 10%.
6. Небольшой предельный срок хранения – всего 3 месяца, далее биодизель не пригоден к заливке в баки ТС.
7. Автолюбители отмечают наличие остатков вещества в конце цикла сгорания.

Чем меньше биодизеля в составе смеси, тем меньшее влияние недостатков на автомашины. 5% биодизеля в сочетании с дизелем достаточно безопасны, поэтому в Европе часто практикуется такое соотношение на АЗС. Полноценное влияние как плюсов, так и минусов биотоплива определяется при соотношении минимум 70% биодизеля и более по отношению к обычному дизелю.