БІОДИЗЕЛЬ: ІСТОРІЯ, ВЛАСТИВОСТІ, ВИДИ, ПЕРЕВАГИ, НЕДОЛІКИ - ХІМІЯ - 2025

Біодизельне паливо являє собою природне походження , яке виходить реагують рослинних олій або тваринних жирів з низькою масою спиртів молекул. Цю реакцію називають переетерифікацією; тобто нові ефіри жирних кислот (їх також називають моноалкіловими ефірами) утворюються з вихідних тригліцеридів.

В інших контекстах замість того, щоб вживати слово «переетерифікація», кажуть, що біомаса піддається алкоголізу, оскільки вона обробляється спиртами; серед них і переважно метанол та етанол. Використання метанолу для отримання цього біопалива настільки поширене, що майже не є його синонімом.

Біодизельний насос B5. Джерело: Pxhere.

Біодизель є зеленою альтернативою для використання дизельного палива, дизеля або нафтодизеля (ще більше підкреслюючи, що його склад складається з нафтових вуглеводнів). Однак їх властивості та якість з точки зору продуктивності в дизельних двигунах не надто відрізняються, тому обидва види палива змішуються в різних пропорціях.

Деякі з цих сумішей можуть бути багатшими на біодизель (наприклад, B100) або багатшими на нафтодизель (лише 5-20% біодизеля). Таким чином, споживання дизеля поширюється в міру впровадження біодизеля на ринок; не без попереднього подолання низки етичних, продуктивних та економічних проблем.

З простої точки зору, якщо олія може бути отримана як рідина, здатна горіти і генерувати енергію для переміщення машин, чому б не олія природного походження? Однак цього лише недостатньо: ви повинні пройти хімічну обробку, якщо хочете конкурувати або не відставати від викопних палив.

Коли ця обробка проводиться воднем, можна говорити про очищення рослинної олії або тваринного жиру; ступінь його окислення низький або молекули його фрагментовані. Тоді як у біодизелі замість водню використовуються спирти (метанол, етанол, пропанол тощо).

Історія

Реакція переестерифікації

Відповідь на першу проблему, з якою зіткнуться біопаливо, було знайдено в минулому. Ще в 1853 році двоє вчених, Е. Даффі та Дж. Патрік, досягли першої переетерифікації рослинного масла, ще задовго до того, як Рудольф Дізель запустив свій перший працюючий двигун.

У цьому процесі переетерифікації тригліцериди олій та / або жирів реагують із спиртами, переважно метанолом та етанолом, з отриманням метилових та етилових ефірів жирних кислот, а також гліцерину як вторинного продукту. Для прискорення реакції використовується основний каталізатор, такий як KOH.

Найважливішим моментом переетерифікації жирів є те, що через вісімдесят років бельгійський вчений на ім'я Г. Шаван перенаправив цю реакцію на зменшення високої та контрпродуктивної в'язкості рослинних олій.

Рудольф Дизель та його двигун

Дизельний двигун з'явився в 1890 році, вже в кінці 19 століття, у відповідь на обмеження парових машин. Це об'єднало все, що ви хотіли від двигуна: потужність і довговічність. Він також працював з будь-яким типом палива; і на захоплення самого Рудольфа та французького уряду він міг працювати з рослинними оліями.

Будучи джерелами енергії тригліцеридів, було логічно думати, що при спалюванні вони виділять тепло і енергію, здатну виробляти механічну роботу. Дизель підтримував пряме використання цих масел, оскільки він вітав, що фермери можуть переробляти власне паливо в місцях, дуже віддалених від нафтових родовищ.

Перша функціональна модель дизельного двигуна мала успіх на його презентації 10 серпня 1893 року в місті Огаста, Німеччина. Його двигун працював на арахісовій олії, оскільки Рудольф Дізель твердо вірив, що рослинні олії можуть конкурувати з викопними паливами; але так само, як вони були оброблені грубо, без наступних обробок.

Цей же двигун, який працював на арахісовій олії, був представлений на Всесвітній ярмарці в Парижі в 1900 р. Однак він не привертав особливої ​​уваги, оскільки на той час нафта була набагато доступнішим і дешевшим джерелом палива.

Петродізель

Після смерті дизеля в 1913 році дизельне паливо (дизельне або нафтодизельне) було отримано при переробці нафти. І тому модель дизельного двигуна, розроблену для арахісової олії, довелося адаптувати та перебудовувати для роботи з цим новим паливом, яке було менш в’язким, ніж будь-яке інше рослинне чи біомасове масло.

Ось як нафтодизель панував протягом декількох десятиліть як найдешевша альтернатива. Просто не було практичним посівом великих гектарів овочевих мас для збору олій, які, врешті-решт, через те, що вони були настільки в'язкими, в кінцевому підсумку спричиняли проблеми для двигунів і не дорівнювали тим самим урожаям, які отримували бензин.

Проблема цього викопного палива полягала в тому, що він збільшував забруднення атмосфери, а також залежав від економіки та політики нафтової діяльності. Враховуючи неможливість вдатися до нього, у деяких контекстах рослинні олії використовувались для мобілізації важких транспортних засобів та техніки.

Біопаливо у Другій світовій війні

Коли в Другій світовій війні в результаті конфлікту нафти почали бракувати, кілька країн виявили необхідним знову звернутися до рослинних олій; але їм довелося мати справу з пошкодженнями сотень тисяч двигунів через різницю в'язкості, яку їх конструкція не переносила (а ще менше, якби вони мали емульговану воду).

Після війни народи знову забули про рослинні олії та відновили практику спалювати лише бензин та петродізель.

Народження біодизеля

Проблема в'язкості була в невеликому масштабі вирішена бельгійським вченим Г. Шаваном у 1937 р., Якому було надано патент на його метод отримання етилових ефірів жирних кислот з обробленої етанолом пальмової олії.

Тому можна сказати, що біодизель офіційно народився в 1937 році; але його посадки та масового виробництва довелося чекати до 1985 року, проведеного в австрійському сільськогосподарському університеті.

Піддаючи ці рослинні олії переетерифікації, нарешті було вирішено проблему в'язкості, що дорівнює нафтодизелю за продуктивністю і навіть представляє зелену альтернативу над ним.

Властивості

Властивості біодизеля в усьому світі залежать від сировини, з якою він був отриманий. Він може мати кольори від золотистого до темно-коричневого, фізичний вигляд, який залежить від виробничого процесу.

Загалом, це паливо з хорошою мастильністю, що зменшує шум двигуна, подовжує його термін експлуатації та потребує менших інвестицій для обслуговування.

Він має температуру займання вище 120ºC, що означає, що поки зовнішня температура не перевищує цю, немає ризику пожежі; Це не так з дизелем, який може горіти навіть при 52ºC (це дуже легко досягти за запалену сигарету).

Через брак ароматичних вуглеводнів, таких як бензол та толуол, він не представляє канцерогенного ризику у разі розливу чи тривалого впливу.

Так само він не має сірки в своєму складі, тому не утворює забруднюючих газів SO ₂ або SO ₃ . При змішуванні з дизелем він надає більшого мастильного характеру, ніж природні сполуки сірки. Насправді сірка є небажаним елементом, і при десульфурації дизеля вона втрачає мастило, яке необхідно відновити біодизелем або іншими добавками.

Отримання та виробництво

Біодизель отримують з переетерифікованих рослинних масел або тваринних жирів. Але хто з них повинен складати сировину? В ідеалі - той, який генерує більшу кількість олії або жиру з меншої площі вирощування; що в більш підходящих термінах це буде кількість гектарів, які займають ваші сільськогосподарські угіддя.

Хороший біодизель повинен виходити з урожаю (зерна, насіння, плодів тощо), який дає невеликі обсяги олії з малих родовищ; в іншому випадку їх врожаї вимагатимуть покриття цілих країн і не будуть економічно вигідними.

Після того, як біомаса буде зібрана, олія повинна бути видобута нескінченними процесами; серед них, наприклад, є використання надкритичних рідин для перенесення та розчинення олії. Після отримання олії її піддають переетерифікації з метою зменшення її в'язкості.

Трансестерифікація досягається змішуванням олії з метанолом і основою в партійних реакторах, або під дією ультразвуку, надкритичних рідин, механічного перемішування тощо. При використанні метанолу отримують метилові ефіри жирних кислот (FAME, їх абревіатура англійською мовою: Fatty Acid Methyl Ester).

Якщо, з іншого боку, буде використаний етанол, будуть отримані етилові ефіри жирної кислоти (FAEE). Саме ці ефіри та їх атоми кисню характеризують біодизель.

Метанол і гліцерин

Метанол - це спирт, який переважно використовується як сировина при виробництві біодизеля; а гліцерин, з іншого боку, є побічним продуктом, який може бути використаний для підтримки інших промислових процесів і тому зробить виробництво біодизеля більш вигідним.

Гліцерин походить від вихідних молекул тригліцеридів, який замінюється метанолом, щоб створити три DMARD.

Види біодизеля

Різні масла або жири мають свої профілі жирних кислот; тому кожен біодизель має різні моно-алкільні складні ефіри внаслідок переетерифікації. Тим не менш, оскільки ці складні ефіри майже не відрізняються по довжині вуглецевих ланцюгів, одержувані види палива не виявляють великих коливань між своїми властивостями.

Таким чином, немає класифікації біодизеля, а різної ефективності та рентабельності залежно від джерела олії або жиру, яке відбирається для його виробництва. Однак існують суміші біодизель-петродизель, оскільки обидва види палива можуть бути змішаними та змішуватися між собою, забезпечуючи свої корисні якості для двигуна.

Чистий біодизель, як кажуть, B100; що дорівнює 0% петродизеля у своєму складі. Потім є інші суміші:

- B20 (з 80% нафтодизеля).

- B5 (з 95% нафтодизеля).

- В2 (із 98% нафтодизеля).

Автомобілі, побудовані до 1996 року, не могли використовувати B100 у своїх двигунах, не потребуючи заміни певних компонентів, які погіршилися через його розчинника. Однак навіть сьогодні існують моделі автомобілів, які не допускають великих концентрацій біодизеля за своїми заводськими гарантіями, тому вони рекомендують використовувати суміші нижче B20.

Перевага

Нижче представлено ряд переваг, які має біодизель перед нафтодизелем і що робить його зеленою та привабливою альтернативою:

- Її отримують з біомаси, сировини, яка відновлюється і часто втрачається як відходи.

- Він є біологічно розкладаним та нетоксичним. Тому він не забруднить ґрунти чи моря, якщо їх випадково проллє.

- Висока температура спалаху робить його більш безпечним при зберіганні та транспортуванні.

- Він не виробляє парникові гази, оскільки виділяється CO ₂ становить стільки ж, скільки поглинається рослинами. Завдяки цьому він також відповідає протоколу Кіотського протоколу.

- заохочує сільські заходи щодо посадки культур, з яких добувають рослинне масло.

- Це навіть можна виготовити із смаженої олії. Цей пункт дуже прихильний до вас, оскільки перероблена олія, побутова або з ресторанів, замість того, щоб утилізувати та забруднювати ґрунтові води, можна використовувати для отримання більше зеленого палива.

- являє собою спосіб стати незалежною в довгостроковій перспективі від нафти та її похідних.

- залишає менше залишку при горінні.

- Бактеріальні водорості є, окрім сої та насіння соняшнику, перспективним джерелом неїстівного (і небажаного для багатьох) біодизеля.

Недоліки

Не все ідеально з цим паливом. Біодизель також має обмеження, які необхідно подолати, якщо він замінить нафтовий дизель. Деякі з цих обмежень або незручностей щодо його використання:

- Він має більш високу температуру затвердіння, а це означає, що при низьких температурах він стає гелем.

- Його розчинник може знищити природну гуму та пінополіуретан, присутні в автомобілях, зібраних до 1990 року.

- Це дорожче, ніж нафтодизель.

- Підвищує ціни на сільськогосподарські культури та продукти харчування, оскільки вони включають додаткову вартість при використанні як біодизельної сировини.

- Залежно від біомаси, може знадобитися багато гектарів обробітку, що означало б зайняття для цієї мети екосистем, а отже, вплине на дику фауну.

- Хоча при згорянні він не утворює сірчаних газів, але він виділяє більш високі концентрації оксидів азоту, NO _x .

- Було б вжито велику кількість їжі, яка замість того, щоб наситити голод, використовувалася б для виробництва біодизеля.

Список літератури

1. Вікіпедія. (2019). Біодизель. Відновлено з: en.wikipedia.org
2. Пенелопа. (28 грудня 2011 р.). Біодизель: переваги та недоліки. Твенергія. Відновлено з: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Біодизель. Відновлено з: Plantasdebiomasa.net
4. Ван Герпен Джон. (03 квітня 2019 р.). Історія біодизеля. Енергія ферми. Відновлено з: farm-energy.extension.org
5. Скотт Гесс. (2019). Як працює біодизель. Яквиробництво. Відновлено з: auto.howstuffworks.com
6. Тихоокеанський біодизель. (2019). Біодизель. Відновлено з: biodiesel.com