Биодизель: понятие, преимущества и недостатки

Что такое биодизель?

Фактически биодизель является смесью эфиров, в основном это метиловый эфир, как результат химической реакции. К его достоинствам следует отнести:

✔ растительное происхождение, благодаря возможности выращивания растений мы получаем возобновляемый источник топлива;

✔ биологическая безопасность, биодизель является экологически безвредным, его попадание в окружающую среду не наносит ей никакого вреда;

✔ меньший уровень выбросов двуокиси углерода и других отравляющих веществ;

✔ незначительное содержание серы в выхлопных газах моторов, использующих биодизель;

✔ хорошие смазочные характеристики.

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.

История развития

Переетерификация растительных жиров была осуществлена ​​1853 учеными E. Duffy и J. Patrick, задолго до запуска первого дизельного двигателя. 10 июня 1893 в городе Аугсбург, Германия Рудольф Дизель испытал свой ​​первый одноцилиндровый двигатель, который был длиной 3м и весил 4,5 тонны. Двигатель взорвался и чуть не убил изобретателя. В память о событии 10 июня провозглашен «Международным днем ​​биодизеля». В 1900 году на всемирной выставке в Париже Дизель продемонстрировав свой ​​двигатель получил главную награду.

Дизель верил, что будущее для его двигателей с использованием биотоплива. В 1912 году он сказал «использования растительных жиров для производства топлива может выдаваться несущественным сейчас, но с течением времени такие жиры могут стать столь же важными, как продукты из нефти и угольной смолы в наше время».

В течение -х, производители дизельных двигателей переориентировали свои двигатели на использование дизельного топлива изготовленного из нефти, который имеет меньшую вязкость по сравнению с растительными жирами. Нефтяная промышленность смогла осуществить вторжение на топливный рынок поскольку производство топлива из нефти была значительно дешевле чем из биологического сырья. Как следствие многолетний упадок производства биотоплива. Лишь недавно на фоне обеспокоенность состоянием окружающей среды и уменьшение разницы в стоимости, биотопливо такое как биодизель стало реальной альтернативой.

Исследования в области использования переетерификованои подсолнечного масла и повышение ее качества стандартам обычного дизельного топлива начались в ЮАР в 1979. До 1983 результаты исследований были опубликованы. Технологический процесс позволял изготавливать биодизель, качество которого соответствовала нормам обычного дизельного топлива. Австралийская компания Gaskoks, получила технологию от южноафриканских исследователей, и построила первый пилотный завод для производства биодизеля в ноябре 1987, а первый завод для массового производства в апреле 1989 (с способностью перерабатывать 30 000 тонн рапса в год).

В течение -х, заводы были сооружении во многих европейских странах, в частности Чехии, Германии и Швеции. Франция начала собственное производство биодизеля из рапсового масла в обычное дизельное топливо добавляется 5% биодизеля, а в дизельное топливо используемое общественным транспортом 30%. Продолжаются эксперименты с использованием 50% биодизеля. Между тем, страны во всем мире начинают развивать собственное производство: в 1998 Австрийский Биодизельный Институт определил 21 страну где есть коммерческие проекты по производству биодизеля.

В сентябре Миннесота стала первым штатом США в котором законодательно установленная норма согласно которой разрешена продажа только дизельного топлива содержание биодизеля в котором не меньше 2%.

Из чего состоит

Экологичное горючее делают в основном из растительного масла или использованного животного жира. Изготовление биодизеля высокой калорийности возможно из пальмового масла. Такой продукт нельзя использовать при низких температурах, поскольку он замерзает. Его применяют на Юге, где круглый год температура выше 0.

Незамерзающее биотопливо получается из рапса. Это обусловлено тем, что продукт переработки растения низкокалорийный. Горючее используют при очень низких температурах. Рапс популярен по причине простоты взращивания и ухода, растение не мешает росту других культур.

Помимо рапса и пальмового масла, топливо для дизельных двигателей изготавливают из:

• маслянистых растений;
• жиров;
• масел животного происхождения.

Свойства

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.

Разновидности и преимущества

На сегодняшний день, существует 3 вида биотоплива:

Жидкое

В основном к нему относится древесина (отходы деревообработки и топливные гранулы, брикеты). Источником для их получения служат как правило, леса, где растут трава, кустарники и деревья.

Газообразное топливо

Относятся биогаз, водород.

Также, биотопливо можно классифицировать по поколениям. Существуют биотоплива 1, 2, 3 и 4 поколений:

1. К 1 поколению относится биотопливо, полученное в результате переработки сельхоз растений в биодизель и этанол.
2. 2 поколение — биотопливо, полученное от отходов продуктов питания.
3. К 3 поколению биотоплива относится биотопливо, полученное при использовании внедренных технологий в результате разрушения биомасс.
4. 4 поколение биотоплива производится на землях непригодных для занятия сельским хозяйством и без разрушения биомасс.

Производство биодизельного топлива

Исходным сырьем для производства такого топлива могут служить очень многие сельскохозяйственные культуры. В зависимости от климатического пояса это может быть соя, семена кукурузы и подсолнечника, рапс. И это далеко неполный список. Некоторые умельцы умудряются наладить производство биодизельного топлива в домашних условиях из остатков подсолнечного масла.

Рапсовые культуры являются наиболее подходящими, так как они быстро растут и не прихотливы к погодным и другим условиям. Но в последнее время активно обсуждается возможность производства топлива из водорослей. По предварительным оценкам, такое сырье в недалеком будущем потеснит рапсовые культуры. Это обусловлено тем, что для выращивания водорослей нет необходимости занимать посевные площади. Кроме того, результат будет иметь и лучшие технико-экономические показатели.

Ресурсы на изготовление

На объём одного литра чистого растительного масла (рапсовое, кукурузное, соевое) потребуется 3,5 грамма гидроксида натрия. Гидроксид натрия (каустическая сода) широко применяется в составе очистительных жидкостей.

Однако нельзя путать это вещество с другим веществом — гипохлоритом кальция, которое также содержится в составе некоторых чистящих средств. Также потребуется 200 миллилитров метанола (метилового спирта).

Химический (токсичный) компонент — метанол, одна из составляющих списка компонентов, необходимых для производства биодизеля своими руками в домашних условиях

Из механического «производственного» оборудования нужен блендер. Оптимальный вариант — аппарат, где есть режим тихого хода. Следует отметить, что приёмной ёмкостью блендера для приготовления биодизеля следует использовать стеклянную, не пластиковую.

Метанол, применяемый для изготовления биодизеля, способен вступать в реакцию с пластиком. Кроме того, потребуются:

• цифровые весы для точного измерения,
• стеклянный контейнер на 200 миллилитров (маркированный по уровням),
• стеклянный (пластиковый) контейнер (1 л) с маркировкой по уровням,
• открытый стеклянный (пластиковый) сосуд (1,5 литра),
• очки защитные,
• перчатки с фартуком.

Меры предосторожности

Внимание! Применяемые вещества — гидроксид натрия и метанол, при попадании на кожу приводят к плачевным результатам. Также опасными являются пары этих химических компонентов, учитывая степень токсичности.

Метанол легко и быстро впитывается в организм через кожу, поэтому необходимо исключить попадание вещества на руки. Гидроксид натрия относится к едким химическим компонентам, способен вызвать химический ожог.

Ещё один важный компонент, который требуется под приготовление биодизеля на основе растительного масла — гидроксид натрия или в простой интерпретации — каустическая сода

Отсюда вывод — готовить биодизель своими руками следует в условиях хорошо проветриваемого помещения. Если случайно пролит любой из химических компонентов с попаданием на кожу, нужно немедленно промыть место контакта водой.

Вся посуда, используемая в эесперименте, по умолчанию становится «токсичной», а потому может применяться исключительно для производства биодизеля.

Технология производства

Как и при организации любого технологического процесса, в самом начале осуществляется входной контроль поступающего исходного сырья. В данном случае осуществляется выборочная проверка зерен. По качеству семян судят о качестве всей партии поставки.

Следующий этап — получение масла. Для чего сырье отправляют на маслобойку. Жмыхи, полученные после выдавливания масел, не выбрасываются, используются для производства корма для скота.

Масла подвергается последующей обработке (так называемая этерификация). Она заключается в обогащении масла метиловыми эфирами. Общее содержание данных веществ по всему объему должно быть не менее 96 %.

Суть технологии довольно простая: необходимо добавить метанол и активатор химических процессов (любая щелочь). Источником метанола обычно служат древесные опилки. Однако можно и упростить задачу. Вместо того, чтобы выделять метанол, можно разбавить масло необходимым количеством изопропилового спирта или этанола.

Для протекания процессов этерификации необходимо нагреть масло до высоких температур. По времени это занимает обычно до двух часов. При этом необходимо постоянно наблюдать за процессом и не отвлекаться: даже незначительное повышение температуры может привести к воспламенению масла.

О завершении химической реакции свидетельствует получение глицеринового осадка на дне и образование двух слоев в емкости. Поэтому желательно, чтобы для этих процессов использовалась прозрачная емкость: в таком случае визуально можно безошибочно определить, когда процесс завершен, что избавит от необходимости последующих доработок и предотвратит получения брака.

Оборудование для производства

На российском рынке существует большое количество предложений по продаже установок для производства биодизеля от отечественных и зарубежных изготовителей. Оборудование различается, в зависимости от исходного сырья и планируемых объемов производства. Рассмотрим комплект оборудования производства России для получения метилового эфира (биодизеля) из растительных масел.

Площадь готовой к работе установки — около 15 кв. м. В эту площадь не включено место, отведенное для емкостей, так как их количество зависит от потребностей конкретного предприятия. Установка для производства биодизеля компактная и мобильная, может помещаться в контейнер (20 футов), и перевозиться. Производительность оборудования зависит от выбранного сырья, поэтому ее можно указать приблизительно: 2 куб. м. в 1 ч. работы оборудования.

На 1 куб. м. биотоплива затрачивается 1 т. масла, 110 л. метанола и 10 кг. каустической соды. В комплекте установки для получения метилового эфира нет сосудов, работающих под давлением, поэтому специальное разрешение на эксплуатацию не требуется. В стандартный комплект оборудования входит:

• реактор-смеситель для производства биотоплива;
• комплект соединений;
• запорная арматура;
• шкаф управления;
• насосы;
• контейнер.

Дополнительное оборудование:

• емкости для сырья и готового продукта;
• дизельный генератор автономного электроснабжения (работает на своем биотопливе);
• фильтры для очистки масел от примесей (при необходимости такой очистки);
• оборудование для рафинации растительного масла.

Предполагаемые рынки сбыта

Большой штат для обслуживания установки не нужен, достаточно  – 1-го оператора. Для России производство биодизеля — это новая отрасль, которая только начала развиваться.

Поэтому, прогнозируемые рынки сбыта для такой продукции — это европейские страны, где применение биотоплива активно поддерживается на государственном уровне. В частности, такие страны как Германия и Австрия на сегодняшний день заинтересованы в покупке биодизеля в России. К 2020 году Еврокомиссией планируется увеличить потребление биодизеля в 2 раза. Так, что она должна составить не менее 10% от общего потребления бензина.

Сколько стоит открыть производство биодизеля?

На примере испанского завода, общий объем инвестиций в организацию производства метилового эфира в целом составят 11,3 млн. долларов.

Согласно подсчетам российских экономистов, при запланированной производительности 500 т. в месяц, потребуются первоначальные инвестиции в 700 тыс. долларов. При таких объемах, прибыль предприятия, за вычетом налогов и всех затрат, составит около 85,5 тыс. долларов.

По расчету экспертов, финансовые вложения при строительстве завода составят около 0,5 доллара на литр биотоплива. Чтобы запустить бизнес, потребуется вложить около 4 млн. долларов. Продажа побочного продукта — технического глицерина — открывает возможности получить дополнительный доход. Прогнозы по окупаемости производства метилового эфира разные: экономисты называют период от 15 месяцев до 5 лет.

Варианты использования

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.

Преимущества

Самое главное преимущество — использование в качестве исходного сырья возобновляемых ресурсов, что в перспективе может обеспечить энергетическую безопасность всего мира. Несмотря на бурный рост популярности транспортных средств на электрической тяге, двигатель внутреннего сгорания еще очень долго будет играть решающую роль в мировой экономике. Да вряд ли крупные океанские корабли даже в отдаленной перспективе смогут быть переведены на электрическую тягу.

Потенциальными производителями биодизельного топлива в нашей стране являются фермерские хозяйства и колхозы. Ведь обеспеченность топливо данных субъектов — чрезвычайно острый вопрос в преддверии посевных кампаний. Если оснастить хозяйства необходимым технологическим оборудованием и предоставить специалистов, то они вполне могли бы выйти на самообеспечение топливом. Это мероприятие положительно сказалось бы на динамике роста цен. В результате этого комплекса мер существенно возрастет конкурентоспособность предприятия.

Немаловажной особенностью биодизельного топлива является то, что оно производится из растительного сырья. Причем взращивание этих культур не истощает землю, а положительно сказывается на ее плодородности. Так, для производства топлива могут использоваться арахисовое, рапсовое, горчичное, рапсовое, соевое и другие масла. Появляются сообщения о попытках производства биодизеля из животных жиров. Только вот пока не совсем понятно, насколько это экономически целесообразно.

Недостатки

Основным минусом биодизельного топлива является его высокая себестоимость. Пока цена на нефтепродукты явно более конкурентная по сравнению с этим инновационным продуктом. Еще один значительный недостаток — маленький срок годности готового к применению биотоплива: если в течение трех месяцев его не использовать по назначению, то топливо придет в негодность (разложится). И завершающий аккорд — необходимость изымать из оборота значительные посевные площади, пригодные для выращивания продовольственной продукции. В условиях дефицита продовольствия на планете это обстоятельство постепенно приобретает все большее значение.

Чем биодизль лучше салярки из нефти

Биодизель не загрязняет планету.

Если речь идет о покупке готового топлива, то с экономической точки зрения обычная солярка, которую делают из нефти, будет выгоднее, так как она дешевле. Если делать биодизель в домашних условиях из покупного масла, то это тоже дорого. Единственный вариант, когда биотопливо производить выгодно — наличие собственного масла. Если этого нет — покупайте обычную солярку и топите ею.

Сильные стороны использования биотоплива для обогрева дома:

• запас энергоносителя хранить намного безопаснее — температура воспламенения 100 градусов, в то время как обычная солярка загорается при 60 градусах;
• биодизель не засоряет природу, минимальное содержание серы;
• биодизель выделяет мало углекислого газа.

То, что хранить биотопливо безопаснее — это хорошо, но и здесь не все идеально. Через три месяца биодизель начинает распадаться на составляющие части, а это накладывает некоторые ограничения.

Не всегда, когда радиатор перестает греть требуется ремонт батарей отопления. Иногда достаточно промыть систему.

Если шумит насос отопления, то это явный признак его неисправности. Как починить читайте здесь.

Сроки годности и стабильность продукта

Независимо от вида, любое топливо имеет срок годности. Этот срок напрямую связан с химическим составом продукта и условиями хранения. Стоит отметить: химическая стабильность биологически чистого дизеля напрямую зависит от вида масла, на основе которого продукт получен.

Продукт на основе масел, естественно содержащих антиоксидант токоферол, а также витамин «Е», остаётся пригодным для использования дольше, чем продукт, полученный на основе прочих видов растительных масел.

По мнению специалистов, стабильность топливного продукта на основе растительных масел заметно снижается через 10 дней. Срок годности истекает через два месяца. Также оказывает влияние на стабильность продукта температура, учитывая насколько критические температуры способны денатурировать топливо.

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.