Биодизель

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Биодизель — биотопливо на основе растительных или животных жиров (масел), а также продуктов их этерификации.

Технология производства[править | править вики-текст]

Образец биодизеля

Растительное масло переэтерифицируется метанолом, реже этанолом или изопропиловым спиртом (приблизительно в пропорции на 1 т масла 200 кг метанола + гидроксид калия или натрия) при температуре 60°С и нормальном давлении.

Для получения качественного продукта необходимо выдержать ряд требований:

  1. После прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %.
  2. Для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него.
  3. Использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо. Мыло засорит фильтр и образует нагар, смолы в камере сгорания. При этом сепарации и центрифугирования недостаточно. Для очистки необходима вода или сорбент.
  4. Заключительный этап — сушка метиловых эфиров жирных кислот. Так как вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей.
  5. Хранить биодизель более 3 месяцев не рекомендуется — разлагается.

Transesterificazione esempio.PNG

Блок-схема производства биодизеля

Применение[править | править вики-текст]

Применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; число после буквы означает процентное содержание биодизеля. В2 — 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 — 100 % биодизеля.

Применение смесей не требует внесения изменений в двигатель.

Цетановое число[править | править вики-текст]

  • Для минерального дизтоплива 42-45,
  • Для биодизеля (метиловый эфир) не менее 51.

Сырьё для производства[править | править вики-текст]

Сырьём для производства биодизеля служат жирные, реже — эфирные масла различных растений или водорослей.

Европа — рапс;

США — соя;

Канада — канола (разновидность рапса);

Индонезия, Филиппины — пальмовое масло;

Филиппины — кокосовое масло;

Индия — ятрофа, (Jatropha);

Африка — соя, ятрофа;

Бразилия — касторовое масло.

Также применяется отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир и т. д.

Производство масла из различного сырья с одного гектара земли в год

Сырьё кг масла/га литров масла/га
Кукуруза 145 172
Кешью 148 176
Овёс 183 217
Люпин 195 232
Календула 256 305
Хлопок 273 325
Конопля 305 363
Соя 375 446
Кофе 386 459
Лён 402 478
Лесной орех 405 482
Семена тыквы 449 534
Кориандр 450 536
Семена горчицы 481 572
Семена рыжика 490 583
Кунжут 585 696
Сафлор красильный 655 779
Рис 696 828
Подсолнечник 800 952
Какао 863 1026
Арахис 890 1059
Мак 978 1163
Рапс 1000 1190
Олива 1019 1212
Клещевина 1188 1413
Пекан 1505 1791
Жожоба 1528 1818
Ятрофа 1590 1892
Макадамия 1887 2246
Бразильский орех 2010 2392
Авокадо 2217 2638
Кокос 2260 2689
Масличная пальма 5000 5950
Сальное дерево 5500 [1]
Водоросли 95000

Данные The Global Petroleum Club

Производство биодизеля[править | править вики-текст]

Страна 2004 г., тыс. т 2005 г., тыс. т 2006 г., тыс. т 2007 г., тыс. т 2008 г., тыс. т 2009 г., тыс. т[1]
Австрия 57 85 123 267 213 310
Бельгия - 1 25 166 277 416
Кипр - 1 1 1 9 9
Чехия 60 133 107 61 104 164
Дания 70 71 80 85 231
(Дания+Швеция)
233
(Дания+Швеция)
Эстония - 7 1 0 0 24
Франция 348 492 743 872 1815 1959
Германия 1035 1669 2662 2890 2819 2539
Греция - 3 42 100 107 77
Венгрия - - 0 7 105 133
Италия 320 396 447 363 595 737
Великобритания 9 51 192 150 192 137
Латвия - 5 7 9 30 44
Литва 5 7 10 26 66 98
Мальта - 2 2 1 1 1
Польша - 100 116 80 275 332
Португалия - 1 91 175 268 250
Словакия 15 78 82 46 146 101
Словения - 8 11 11 9 9
Испания 13 73 99 168 207 859
Швеция 1,4 1 13 63 231
(Дания+Швеция)
233
(Дания+Швеция)
Болгария - - - - 11 25
Финляндия - - - - 85 220
Всего по странам Евросоюза 1933,4 3184 4890 5713 7755 9046


Страна 2004 г., млн л 2005 г., млн л 2006 г., млн л 2007 г., млн л 2008 г., млн л 2009 г., млн л 2010 г., млн л
США 94,5 283,5 2200 - 2611,98[2] -
Аргентина - 25 50 - - - 2100
Бразилия - - - 450 - - 2300


В 2004 году около 80 % европейского биодизеля было произведено из рапсового масла, при этом примерно треть урожая рапса в 2004 года было использовано именно для производства биотоплива.

В странах Евросоюза биодизель начал производиться в 1992 году. К концу первой половины 2008 года в странах Евросоюза было построено 214 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 16 млн тонн биодизеля в год[3]. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн.

В США на октябрь 2004 года установленные мощности составляли примерно 567 млн литров в год (150 млн. галлонов). В середине 2008 года в США работали 149 заводов суммарной мощностью примерно 7,669 млрд литров в год (2029 млн. галлонов). Строилось 10 заводов суммарной мощностью примерно 808,9 млн литров в год (214 млн галлонов).

В Канаде в конце 2006 года работали 4 завода суммарной мощностью примерно 196,5 млн литров год (52 млн. галлонов).

В 2010 году мировое производство биодизеля выросло на 12 % в сравнении с 2009 годом и достигло 19 миллиардов литров[4].

Стандарты[править | править вики-текст]

Для биодизеля Европейской организацией стандартов разработан стандарт EN14214. Кроме него существуют стандарты EN590 (или EN590:2000) и DIN 51606. Первый описывает физические свойства всех видов дизельного топлива, реализуемого в ЕС, Исландии, Норвегии и Швейцарии. Этот стандарт допускает содержание 5 % биодизеля в минеральном дизеле; в некоторых странах (например, во Франции) все дизтопливо содержит 5 % биодизеля. DIN 51606 — германский стандарт, разработанный с учетом совместимости с двигателями почти всех ведущих автопроизводителей, поэтому он является самым строгим. Большинство видов биодизеля, производимых для коммерческих целей на Западе, соответствует ему или даже превосходит.

Экологические аспекты применения и производства[править | править вики-текст]

Заправочная станция, продающая биодизель, Испания

Применение[править | править вики-текст]

Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр.

Сокращение выбросов СО2. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. Это хорошо с точки зрения экологии.

Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 100 °С, что позволяет назвать биотопливо относительно безопасным веществом.

Производство[править | править вики-текст]

Под производство сырья для биодизеля отчуждаются большие земельные площади, на которых нередко используют повышенные дозы средств защиты растений. Это приводит к биодеградации грунтов и снижению качества почв.

С другой стороны, жмых, получаемый в процессе производства растительного масла, используется в качестве корма для скота, что позволяет более полно утилизировать биомассу растения.

Производство биодизеля позволяет ввести в оборот неиспользуемые с/х земли, создать новые рабочие места в сельском хозяйстве, машиностроении, строительстве и т. д. Например, в России с 1995 г. по 2005 г. посевные площади сократились на 25,06 млн. гектаров. США на свободных землях ежегодно могут выращивать 1,3 млрд тонн биомассы.

При производстве биодизеля в результате реакции этерификации получается смесь, которой дают отстояться. Легкие верхние фракции продукта и являются рапсовым метил-эфиром, или биодизельным топливом. Нижние фракции являются так называемой глицериновой фазой, которую часто неправильно называют глицерином. На самом деле до чистого глицерина её ещё нужно «довести», без чего её хранение и утилизация представляют серьёзную проблему из-за повышенной щелочности и содержания метанола. Те же проблемы возникают при использовании для этерификации этанола. Впрочем, биодизель на этаноле производить менее выгодно из-за большей плотности.

Многие публикации энтузиастов альтернативных видов топлива посвящены производству биодизеля кустарным способом — буквально в гараже. Но такие технологии, кроме проблемы вышеупомянутой глицериновой фазы, не могут также гарантировать надлежащего качества топлива, а, следовательно, и сохранности двигателя. Это объясняется недостаточным очищением такого топлива от различных примесей, которые просто забивают мотор. Кроме того, в случае кустарного производства проблематично закупать метанол, который производят немногие крупные химзаводы. Метанол производится из природного газа, поэтому цена одного из ингредиентов для производства биотоплива оказывается жестко привязанной к ценам на газ, хотя сырьем для метанола может служить также шахтный газ (метан), биогаз и даже водород.

Достоинства[править | править вики-текст]

  • Хорошие смазочные характеристики. Минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель, несмотря на значительно меньшее содержание серы, характеризуется хорошими смазочными свойствами, что продлевает срок жизни двигателя. Это вызвано его химическим составом и содержанием в нём кислорода. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.
  • Более высокое Цетановое число
    • Для минерального дизтоплива 42-45,
    • Для биодизеля (метиловый эфир) не менее 51.
  • Увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60 %. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.
  • Высокая температура воспламенения. Точка воспламенения для биодизеля превышает 150°С, что делает биогорючее сравнительно безопасным веществом.
  • Побочный продукт производства — глицерин, имеющий широкое применение в промышленности. Очищенный глицерин используют для производства технических моющих средств (например, мыла). После глубокой очистки получают фармакологический глицерин, тонна которого на рынке стоит порядка 1 тыс. евро. При добавлении фосфорной кислоты к глицерину можно получить фосфорные удобрения.

Недостатки[править | править вики-текст]

  • В холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки марки В20.
  • Долго не хранится (около 3 месяцев)
  • Производство топлива из растений занимает сельскохозяйственные площади.

Действующие биодизельные программы[править | править вики-текст]

В разных странах действуют различные стандарты применения биодизеля:

Страна Требование
Миннесота, США 5 % содержание биодизеля в дизельном топливе с мая 2009 года[5]
Миссури, США 5 % содержание биодизеля в дизельном топливе с июля 2010 г.
Франция 7 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Европейский союз 5,75 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Австралия 350 млн литров биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Бразилия 2 % с 1 января 2008, 4 % с 1 июля 2009 года[6], 5 % с 2010 года[7];
Зимбабве 10 % биодизеля от общего потребления дизельного топлива;
Малайзия 20 % биодизеля от общего потребления дизельного топлива;
Таиланд 5 % биодизеля в дизельном топливе к 2011 году, 10 % к 2012 году;
Новая Зеландия 5 % биотоплив к 2008 году (этанол + биодизель);
Индия 20 % биотоплив к 2017 году (этанол + биодизель)[8]
Китай производить ежегодно 8 млн тонн к 2020 году;
Индонезия 10 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель);
Южная Корея 0,5 % биодизеля от общего потребления дизельного топлива с 2006 года, 5 % с 2008 года;
Канада 2 % биодизеля в автомобильном и печном топливе к 2012 году;
Япония с марта 2007 года разрешено 5 % содержание биодизеля в дизельном автомобильном топливе;
Филиппины 1 % биодизеля в автомобильном и топливе с 2007 года, 2 % с 2008 года;
Германия 5 % в автомобильном топливе с 1 января 2007 года;
Ирландия 5,75 % биотоплив к 2009 году (этанол + биодизель). 10 % биотоплив к 2020 году;
Дания 10 % биотоплив к 2020 году;
Тайвань 1 % в автомобильном топливе с 2008 года 2 % с 2010 года[9];
Португалия 10 % в автомобильном топливе с 2010 года.
Колумбия 5 % в автомобильном топливе. 10 % с 2010 года, 20 % с 2012 года.
Аргентина 5 % в автомобильном топливе к 2010 году.
Чили разрешено 5 % содержание в автомобильном топливе.
Мексика 3,2 % биотоплив в автомобильном топливе к 2012 году[10].

Биодизель в России[править | править вики-текст]

В России не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива, но создаются региональные программы, например Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». В Липецкой области создана Ассоциация Производителей Рапсового Масла.

Планируется строительство заводов по производству биодизеля в: Липецкой области, Татарстане, Алтайском крае, Ростовской области, Волгоградской области, Орловской области, Краснодарском крае, Омской области.

ОАО «РЖД» в 20062007 годах провела испытания биодизеля из рапсового масла на тепловозах депо Воронеж-Курский Юго-Восточной железной дороги. Представители РЖД заявили о готовности использовать биодизель в промышленных масштабах на своих тепловозах[11].

Производство биодизеля из водорослей[править | править вики-текст]

Наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля являются водоросли. По оценкам Департамента Энергетики США с одного акра (4047м² ~ 0,4га) земли можно получить 255 литров соевого масла, или 2400 литров пальмового масла. С такой же площади водной поверхности можно производить до 3570 барреля бионефти (1 баррель = 159 литров). По оценкам компании Green Star Products с 1 акра земли можно получить 48 галлонов соевого масла, 140 галлонов масла канолы и 10000 галлонов из водорослей.

Департамент Энергетики США с 1978 года по 1996 год исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program»[12]. Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м². Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 граммов водорослей с 1 м² в день. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США. 200 тыс. гектаров — это менее 0,1 % земель США, пригодных для выращивания водорослей. У технологии ещё остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит пустынный климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур. В конце 90-х годов технология не попала в промышленное производство из-за низкой стоимости нефти.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77 % потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.

В 2006 году несколько компаний объявили о строительстве заводов по производству биодизеля из водорослей:

Другие био-топлива на основе биодизеля[править | править вики-текст]

  • O2Diesel — смесь 7,7 % этанола, 1 % цетаноповышающая присадка, дизельное топливо.

Производит компания O2Diesel (США).

Применяется в США, Бразилии, Индии.

  • Смесь биодизеля и водорода. Так называемое, «Биотопливо второго поколения». Производится финской компанией Neste Oil под торговой маркой NExBTL.
  • Альтернативой биодизелю является добавление в обычное дизельное топливо 20 % воды и 1 % эмульгатора с обработкой смеси в диспергаторе. Смесь можно использовать в обычных дизелях без их переделки. Цвет смеси — мутно белый. Срок хранения после приготовления — около 3-х месяцев. Технология применяется в Германии. Возможность добавления воды и эмульгатора в биодизель не изучена.

См. также[править | править вики-текст]

Биотопливо

Примечания[править | править вики-текст]

Ссылки[править | править вики-текст]