Historia, właściwości, rodzaje, zalety, wady biodiesla

1889
Simon Doyle

Plik biodiesel Jest to paliwo pochodzenia naturalnego otrzymywane w wyniku reakcji olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych z alkoholami niskocząsteczkowymi. Ta reakcja nazywa się transestryfikacją; to znaczy, nowe estry kwasów tłuszczowych (zwane także estrami monoalkilowymi) powstają z oryginalnych trójglicerydów.

W innych kontekstach zamiast słowa „transestryfikacja” mówi się, że biomasa ulega alkoholizie, ponieważ jest poddawana działaniu alkoholi; wśród nich głównie metanol i etanol. Wykorzystanie metanolu do produkcji tego biopaliwa jest tak powszechne, że jest z nim prawie synonimem.

Dozownik biodiesla B5. Źródło: Pxhere.

Biodiesel jest zieloną alternatywą dla stosowania oleju napędowego, oleju napędowego lub benzyny (co jeszcze bardziej podkreśla, że ​​jego skład składa się z węglowodorów ropopochodnych). Jednak ich właściwości i jakość pod względem osiągów w silnikach diesla nie różnią się zbytnio, więc oba paliwa są mieszane w różnych proporcjach.

Niektóre z tych mieszanek mogą być bogatsze w biodiesel (na przykład B100) lub bogatsze w petrodiesel (tylko z 5-20% biodiesla). W ten sposób zużycie oleju napędowego rośnie wraz z wprowadzaniem na rynek biodiesla; nie bez uprzedniego przezwyciężenia szeregu problemów etycznych, produktywnych i ekonomicznych.

Z prostego punktu widzenia, jeśli olej można otrzymać jako ciecz zdolną do spalania i wytwarzania energii do poruszania maszyn, dlaczego nie olej pochodzenia naturalnego? Jednak samo to nie wystarczy: jeśli chcesz konkurować lub nadążać za paliwami kopalnymi, musisz poddać się obróbce chemicznej..

Kiedy tę obróbkę przeprowadza się wodorem, mówi się o rafinacji oleju roślinnego lub tłuszczu zwierzęcego; jego stopień utlenienia jest niski lub jego cząsteczki są rozdrobnione. Podczas gdy w biodieslu zamiast wodoru stosuje się alkohole (metanol, etanol, propanol itp.).

Indeks artykułów

  • 1 Historia
    • 1.1 Reakcja transestryfikacji
    • 1.2 Rudolf Diesel i jego silnik
    • 1.3 Biopaliwa w czasie II wojny światowej
    • 1.4 Narodziny biodiesla
  • 2 Właściwości
  • 3 Pozyskiwanie i produkcja
    • 3.1 Metanol i gliceryna
  • 4 Rodzaje biodiesla
  • 5 Zalety
  • 6 Wady
  • 7 Referencje

Fabuła

Reakcja transestryfikacyjna

Odpowiedź na pierwszy problem, z jakim borykają się biopaliwa, została odkryta w przeszłości. W 1853 r. Dwóch naukowców, E. Duffy i J. Patrick, dokonało pierwszej transestryfikacji oleju roślinnego, na długo przed tym, jak Rudolf Diesel uruchomił swój pierwszy funkcjonalny silnik..

W tym procesie transestryfikacji triglicerydy olejów i / lub tłuszczów reagują z alkoholami, głównie metanolem i etanolem, w celu wytworzenia estrów metylowych i etylowych kwasów tłuszczowych, oprócz glicerolu jako produktu wtórnego. Do przyspieszenia reakcji stosuje się katalizator zasadowy, taki jak KOH.

Najważniejszym punktem transestryfikacji tłuszczów jest to, że osiemdziesiąt lat później belgijski naukowiec o nazwisku G. Chavanne przekierował tę reakcję na zmniejszenie wysokiej lepkości olejów roślinnych, przynoszącej efekt przeciwny do zamierzonego..

Rudolf Diesel i jego silnik

Silnik Diesla pojawił się w 1890 roku, już pod koniec XIX wieku, jako odpowiedź na ograniczenia silników parowych. Łączy w sobie wszystko, czego chciałeś od silnika: moc i trwałość. Działał również z każdym rodzajem paliwa; i ku podziwowi samego Rudolfa i rządu francuskiego potrafił pracować z olejami roślinnymi.

Będąc źródłem energii z trójglicerydów, logiczne było sądzić, że spalone uwolnią ciepło i energię zdolną do wytworzenia pracy mechanicznej. Olej napędowy wspierał bezpośrednie wykorzystanie tych olejów, ponieważ cieszył się, że rolnicy mogą przetwarzać własne paliwa w miejscach bardzo odległych od pól naftowych..

Pierwszy funkcjonalny model silnika wysokoprężnego odniósł sukces, gdy został zaprezentowany 10 sierpnia 1893 roku w Augusta w Niemczech. Jego silnik pracował na oleju arachidowym, ponieważ Rudolf Diesel był głęboko przekonany, że oleje roślinne mogą konkurować z paliwami kopalnymi; ale ponieważ zostały przetworzone w surowy sposób, bez późniejszej obróbki.

Ten sam silnik zasilany olejem arachidowym został zaprezentowany na Wystawie Światowej w Paryżu w 1900 roku. Nie wzbudził on jednak tak dużego zainteresowania, ponieważ do tego czasu ropa była znacznie bardziej dostępnym i tańszym źródłem paliwa..

Petrodiesel

Po śmierci Diesla w 1913 r. Olej napędowy (diesel lub ropa naftowa) uzyskiwano z rafinacji ropy naftowej. Dlatego model silnika wysokoprężnego zaprojektowany dla oleju arachidowego musiał zostać dostosowany i przebudowany do pracy z tym nowym paliwem, które było mniej lepkie niż jakikolwiek inny olej roślinny lub olej z biomasy..

W ten sposób przez kilka dziesięcioleci dominował petrodiesel jako najtańsza alternatywa. Po prostu niepraktyczne było zasianie dużych hektarów masy roślinnej w celu zebrania ich olejów, które ostatecznie, z powodu ich tak dużej lepkości, powodowały problemy dla silników i nie dorównywały tym samym osiągom, jakie uzyskuje się z benzyną..

Problem z tym paliwem kopalnym polegał na tym, że zwiększało zanieczyszczenie atmosfery, a także zależało od ekonomii i polityki działalności związanej z ropą naftową. Biorąc pod uwagę niemożność skorzystania z niego, w niektórych kontekstach oleje roślinne były używane do mobilizacji ciężkich pojazdów i maszyn..

Biopaliwo w czasie II wojny światowej

Kiedy w wyniku konfliktu w II wojnie światowej zaczęło brakować ropy naftowej, kilka krajów uznało za konieczne ponowne sięgnięcie po oleje roślinne; ale musieli poradzić sobie z uszkodzeniami setek tysięcy silników z powodu różnicy lepkości, której ich konstrukcja nie mogła tolerować (a nawet mniej, gdyby miały zemulgowaną wodę).

Po wojnie narody ponownie zapomniały o olejach roślinnych i powróciły do ​​praktyki spalania wyłącznie benzyny i ropy naftowej..

Narodziny biodiesla

Problem lepkości został rozwiązany na małą skalę przez belgijskiego naukowca G.Chavanne'a w 1937 roku, który uzyskał patent na metodę otrzymywania estrów etylowych kwasów tłuszczowych z oleju palmowego poddanego działaniu etanolu..

Można zatem powiedzieć, że biodiesel urodził się formalnie w 1937 r .; ale jego sadzenie i masowa produkcja musiała poczekać do 1985 r. na austriackim uniwersytecie rolniczym.

Poddając te oleje roślinne transestryfikacji, problem lepkości został ostatecznie rozwiązany, dorównując wydajności petrodiesel, a nawet stanowiąc ekologiczną alternatywę ponad nim..

Nieruchomości

Właściwości biodiesla zależą na całym świecie od surowca, z którego został wyprodukowany. Może mieć różne kolory od złotego do ciemnobrązowego, a wygląd fizyczny zależy od procesu produkcji.

Ogólnie rzecz biorąc, jest to paliwo o dobrej smarności, które zmniejsza hałas silnika, wydłuża jego żywotność i wymaga mniejszych nakładów na konserwację..

Ma temperaturę zapłonu wyższą niż 120ºC, co oznacza, że ​​dopóki temperatura zewnętrzna nie przekracza tej wartości, nie ma ryzyka pożaru; coś co nie dzieje się z olejem napędowym, który może spalić się nawet przy 52ºC (bardzo łatwo to osiągnąć jak na zapalonego papierosa).

Ze względu na brak węglowodorów aromatycznych, takich jak benzen i toluen, nie stanowi zagrożenia rakotwórczego w przypadku rozlania lub długotrwałego narażenia..

Podobnie nie ma w swoim składzie siarki, dzięki czemu nie wytwarza zanieczyszczających gazów SOdwa ani tak3. Zmieszany z olejem napędowym nadaje mu bardziej smarny charakter niż jego naturalne związki siarki. W rzeczywistości siarka jest niepożądanym pierwiastkiem, a gdy olej napędowy jest odsiarczany, traci smar, który należy odzyskać za pomocą biodiesla lub innych dodatków..

Pozyskiwanie i produkcja

Biodiesel jest otrzymywany z transestryfikowanych olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych. Ale który z nich powinien stanowić surowiec? Idealnie taki, który wytwarza większe ilości oleju lub tłuszczu z mniejszego obszaru uprawy; że w bardziej odpowiednim ujęciu byłaby to liczba hektarów zajmowanych przez jego pole uprawne.

Dobry biodiesel musi pochodzić z uprawy (zboża, nasiona, owoce itp.), Która wytwarza duże ilości oleju z małych pól; w przeciwnym razie ich uprawy musiałyby pokrywać całe kraje i nie byłyby ekonomicznie opłacalne.

Po zebraniu biomasy olej należy ekstrahować w nieskończonych procesach; wśród nich, na przykład, jest stosowanie płynów nadkrytycznych do porywania i rozpuszczania oleju. Otrzymany olej poddaje się transestryfikacji w celu zmniejszenia jego lepkości..

Transestryfikację osiąga się przez zmieszanie oleju z metanolem i bazą w reaktorach okresowych, albo pod wpływem ultradźwięków, płynów nadkrytycznych, mieszania mechanicznego itp. W przypadku stosowania metanolu otrzymuje się estry metylowe kwasów tłuszczowych (FAME): Ester metylowy kwasów tłuszczowych).

Z drugiej strony, jeśli zostanie użyty etanol, otrzymane zostaną estry etylowe kwasów tłuszczowych (FAEE). To wszystkie te estry i ich atomy tlenu charakteryzują biodiesel.

Metanol i gliceryna

Metanol jest alkoholem używanym głównie jako surowiec do produkcji biodiesla; natomiast glicerol jest produktem ubocznym, który mógłby zostać wykorzystany do wsparcia innych procesów przemysłowych, a tym samym uczynić produkcję biodiesla bardziej opłacalną.

Glicerol pochodzi z oryginalnych cząsteczek trójglicerydów, które są zastępowane metanolem, tworząc trzy DMARD.

Rodzaje biodiesla

Różne oleje i tłuszcze mają własne profile kwasów tłuszczowych; dlatego każdy biodiesel ma inne estry mono-alkilowe w wyniku transestryfikacji. Mimo to, ponieważ te estry prawie nie różnią się długością łańcuchów węglowych, otrzymane paliwa nie wykazują dużych wahań między ich właściwościami..

Nie ma więc klasyfikacji na biodiesel, a raczej inną wydajność i opłacalność w zależności od źródła oleju lub tłuszczu, które jest wybierane do jego produkcji. Istnieją jednak mieszanki biodiesla z ropą naftową, ponieważ oba paliwa można mieszać i mieszać ze sobą, co zapewnia ich korzystne właściwości dla silnika..

Mówi się, że czysty biodiesel to B100; który w swoim składzie odpowiada 0% petrodiesel. Następnie są inne mieszanki:

- B20 (z 80% benzyny).

- B5 (z 95% benzyną).

- B2 (z 98% benzyny).

Samochody wyprodukowane przed 1996 rokiem nie mogły używać B100 w swoich silnikach bez konieczności wymiany niektórych elementów, które uległy pogorszeniu w wyniku działania rozpuszczalnika. Jednak nawet dziś istnieją modele samochodów, które nie pozwalają na duże stężenia biodiesla w swoich gwarancjach fabrycznych, dlatego zalecają stosowanie mieszanin niższych niż B20.

Korzyść

Poniżej znajduje się zestawienie szeregu zalet, które biodiesel ma w stosunku do petrododiesla i które sprawiają, że jest to ekologiczna i atrakcyjna alternatywa:

- Otrzymywany jest z biomasy, surowca odnawialnego i często traconego jako odpad.

- Jest biodegradowalny i nietoksyczny. Dlatego nie zanieczyszcza gleb ani mórz, jeśli przypadkowo się rozleje.

- Wysoka temperatura zapłonu sprawia, że ​​jest bezpieczniejszy w przechowywaniu i transporcie..

- Nie wytwarza gazów cieplarnianych, ponieważ COdwa uwolniona reprezentuje taką samą ilość wchłoniętą przez rośliny. Dzięki temu jest również zgodny z protokołem z Kioto.

- Zachęca do uprawiania roślin uprawnych na wsi, z których pozyskuje się olej roślinny.

- Można go nawet wyprodukować ze smażonego oleju. Ten punkt bardzo mu sprzyja, ponieważ olej z recyklingu, pochodzący z gospodarstw domowych lub z restauracji, zamiast go usuwać i zanieczyszczać wody gruntowe, może być używany do produkcji bardziej ekologicznego paliwa.

- Reprezentuje sposób na uniezależnienie się w dłuższej perspektywie od ropy naftowej i jej pochodnych.

- Pozostawia mniej osadu podczas spalania.

- Algi bakteryjne są, oprócz soi i nasion słonecznika, obiecującym źródłem niejadalnego (i niepożądanego dla wielu) biodiesla.

Wady

Z tym paliwem nie wszystko jest idealne. Biodiesel ma również ograniczenia, które należy przezwyciężyć, jeśli ma zastąpić ropopochodny olej napędowy. Niektóre z tych ograniczeń lub wad jego stosowania to:

- Ma wyższą temperaturę krzepnięcia, co oznacza, że ​​w niskich temperaturach przechodzi w żel.

- Jego moc rozpuszczalnika może zniszczyć naturalną gumę i piankę poliuretanową obecne w samochodach montowanych przed 1990 rokiem.

- Jest droższy niż petrodiesel.

- Zwiększa ceny upraw i żywności, ponieważ zawierają wartość dodaną, gdy są wykorzystywane jako surowiec do biodiesla.

- W zależności od biomasy może wymagać wielu hektarów uprawy, co oznaczałoby zajęcie ekosystemów obcych do tego celu, a tym samym wpłynęłoby na dziką faunę.

- Chociaż podczas spalania nie wytwarza gazów siarkowych, to jednak uwalnia wyższe stężenia tlenków azotu, NOx.

- Zużywane byłyby duże ilości żywności, która zamiast sycić głód, byłaby wykorzystywana do produkcji biodiesla.

Bibliografia

  1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Odzyskane z: en.wikipedia.org
  2. Penelopa. (28 grudnia 2011). Biodiesel: zalety i wady. Twenergy. Odzyskany z: twenergy.com
  3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Odzyskany z: Plantasdebiomasa.net
  4. Van Gerpen Jon. (03 kwietnia 2019). Historia biodiesla. Farm Energy. Odzyskany z: farm-energy.extension.org
  5. Scott Hess. (2019). Jak działa biodiesel. Jak działają rzeczy. Odzyskany z: auto.howstuffworks.com
  6. Pacific Biodiesel. (2019). Biodiesel. Odzyskany z: biodiesel.com

Jeszcze bez komentarzy