Биодизель может стать достойной заменой дизельному топливу, поскольку подходит для всех автомобилей с дизельным двигателем. Название топлива вполне объяснимо — оно экологично, биоразлагаемо и просто в использовании. Тем не менее, для того чтобы максимально эффективно использовать биодизель, необходимо познакомиться с ним поближе.

Производство биодизеля

Биодизель представляет собой комбинацию метиловых или этиловых эфиров жирных кислот с повышенной ненасыщенностью. По сути, это метиловый эфир, полученный в результате химического процесса — этерификации растительных масел или переэтерификации животных и кормовых жиров.

Альтернатива другим источникам топлива

Производство биодизеля стало реальной альтернативой другим способам использования масел и жиров в качестве моторного топлива. Ранее эти материалы просто заливались в бак, но такая практика приводила к ненадежности топливной системы. Это может быть связано с несколькими факторами, такими как неполное сгорание топлива, снижение смазывающих свойств топлива из-за смешивания с другими смазочными материалами, повышение вязкости масла, приводящее к образованию отложений на форсунках, кольцах и поршнях.

Проблемы использования растительного масла в дизельных двигателях

Логично спросить, почему нельзя использовать растительные масла в дизельных двигателях, но во многих странах такие попытки предпринимались. К сожалению, есть проблемы, которые не удается преодолеть. Масло не сгорает полностью, поэтому оно не подходит для длительного использования в двигателях с непосредственным впрыском.

Сырье

В качестве сырья для получения биодизеля можно использовать любое растительное масло или животный жир. Рапсовое — самое дешевое, поэтому оно наиболее распространено. С 150 га земли, засеянной рапсом, можно получить более 180 т масла, из которого получается 198 тыс. л биодизеля. Рапс популярен в Европе, в США используется соя, в Бразилии — касторовое масло, в Канаде — рапс, в Индонезии — пальмовое масло.

Различные масла для биотоплива

Помимо рапсового, для создания биотоплива используются и другие вещества. К ним относятся, в частности, пальмовое, арахисовое, хлопковое, касторовое, подсолнечное, кунжутное, горчичное и кукурузное масла. В зависимости от исходного сырья биотопливо можно разделить на три поколения. Первое поколение производится из сельскохозяйственных культур, второе — из жиросодержащих отходов, третье — из липидов микроводорослей.

Производство биодизеля: Процесс переэтерификации

Технология производства биодизельного топлива основана на процессе переэтерификации. Для этого процесса необходим катализатор, как правило, один из алкоголятов щелочных металлов — метилат натрия. Растительное масло состоит из триглицеридов, глицерина и C3H8O3. Глицерин является фактором, обеспечивающим вязкость масла. Для получения биотоплива глицерин необходимо удалить, заменив его спиртом, что называется этерификацией.

Производство биодизеля

Для производства биодизельного топлива необходимо выполнить следующие действия:

1. В реакторной колонне смешиваются масло и щелочной катализатор (метиловый спирт). Соотношение метанола и масла может варьироваться от 1:4 до 1:20.

2. Смесь нагревается до 50–60°С.

3. Смесь отстаивается и охлаждается, разделяясь на две части: легкий эфир (биодизель) с цетановым числом 56–85 (для сравнения, у минерального дизельного топлива оно составляет 50–52) и улучшенной воспламеняемостью и тяжелую глицериновую фазу, которая служит побочным продуктом в некоторых областях.

Очистка метилового эфира

Затем метиловый эфир направляется на промывку, чтобы обеспечить его тщательную очистку от продуктов омыления. В противном случае топливо может засорить фильтр и привести к образованию углеродистых отложений и смол в камере сгорания. Последним этапом является сушка метиловых эфиров — она крайне важна, поскольку исключает возможность образования в биодизеле микроорганизмов. При разделении смеси на тяжелые фракции образуется глицерин. Его необходимо направить на установку дистилляции метанола для доведения до уровня глицерина, иначе хранение и утилизация продукта могут быть затруднены из-за повышенной щелочности и высокого содержания метанола.

Биодизель против дизельного топлива: Сравнение

Биодизельное и дизельное топливо похожи и часто сравниваются по своим основным характеристикам и свойствам. Однако важно отметить, что их составы, свойства и области применения существенно различаются.

Характеристики и состав

Биодизельное топливо состоит из смеси моноалкиловых эфиров жирных кислот, чего нет в дизельном топливе. Несмотря на иной состав, оно может смешиваться с любой маркой дизельного топлива и использоваться во всех типах дизельных двигателей.

Продукты сгорания биотоплива

Продукты сгорания биотоплива существенно отличаются от продуктов сгорания обычного дизельного топлива. Они имеют:

1. Значительно меньшее количество серы — 0,005% по сравнению с 0,2% в обычном дизельном топливе;

2. На 50% меньше сажи;

3. На 8–10% снижено содержание оксида углерода.

Стандарт производства биотоплива

Производство биодизельного топлива контролируется стандартом ГОСТ Р 53605−2009, эквивалентным EN 14214:2003. Согласно этому документу, качество биодизельного топлива должно соответствовать следующим критериям:

Преимущества использования биодизеля в качестве топлива

Биодизель — экологически чистое топливо, обладающее множеством преимуществ. Оно полностью исключает выделение диоксида серы и снижает выбросы углекислого газа на 80%, а также устраняет его запах. Кроме того, оно имеет массовую долю сложных эфиров 96,5%, плотность 860–900 кг/м3 при 15°С, температуру вспышки 120°С, содержание серы не более 10 мг/кг, кинематическую вязкость 3,5–5 мм2/с и цетановое число 51. Кроме того, общее содержание глицерина в нем составляет 0,25%.

Использование дизельного топлива без усилителей зажигания

Возможно использование дизельного топлива без присадок, стимулирующих воспламенение. При этом обеспечивается предотвращение образования нагара, а сгорание практически не содержит токсичных веществ. Отсутствует неприятный запах, а процесс производства прост, что позволяет развернуть его на небольшой ферме. Кроме того, отходы производственного процесса (жмых, образующийся из масла) используются в качестве корма для животных, что делает его практически безотходным.

Экологически чистая природа

Биодизель нетоксичен и не представляет опасности ни для человека, ни для окружающей среды. Если его разлить, то в течение трех недель оно в значительной степени (99%) разложится, не причинив никакого вреда. Это означает, что загрязнение водоемов при переходе на биодизель может быть снижено. При контакте с водой вещество не наносит вреда ни одному растению или существу.

Возобновляемое сырье

Преимущества биодизельного топлива

Основным преимуществом биодизельного топлива является доступность и дешевизна сырья. В качестве основы для производства может быть использован любой побочный продукт сельского хозяйства. Во многих странах завод получает из ресторанов отработанное растительное масло, которое ранее использовалось для приготовления различных блюд. Производство биодизеля из растительных источников позволило создать возобновляемый источник топлива. Более того, эти ресурсы могут быть быстро восполнены, в отличие от запасов нефти, которые практически невосполнимы. Использование таких возобновляемых ресурсов особенно выгодно для колхозов, специализирующихся на переработке масла. Они могут производить высококачественное топливо из собственных отходов, что позволяет им выйти на полную самоокупаемость.

Преимущества использования биодизеля в качестве смазочного материала

При очистке минерального дизельного топлива от сернистых соединений теряются его смазывающие свойства. Однако биодизель служит отличным смазочным материалом, несмотря на то, что содержание серы в нем ниже, чем в дизельном топливе. Это возможно благодаря наличию в биодизельном топливе кислорода.

Один грузовик из Германии даже попал в Книгу рекордов Гиннесса, проехав на своем оригинальном биодизельном двигателе более 1,25 млн. км! Это является подтверждением эффективности биодизеля как смазочного материала.

Смазка двигателя

При использовании биодизельного топлива происходит одновременная смазка всех рабочих узлов двигателя внутреннего сгорания. В результате срок службы двигателя и топливного насоса увеличивается примерно на 60%.

Противопожарная защита

Благодаря высокой температуре воспламенения биодизель обеспечивает повышенную пожаробезопасность. Горение происходит только при высоких температурах. Биодизель воспламеняется при температуре свыше 150°C, поэтому он считается безопасным соединением.

Недостатки биодизельного топлива

Несмотря на многочисленные преимущества, биодизельное топливо имеет и ряд недостатков. Главный из них — низкий срок хранения, который составляет всего 3 месяца.

Кроме того, растворяющие свойства биодизеля могут привести к быстрому разрушению резиновых деталей двигателя.

К другим недостаткам относятся:

Неэффективность при низких температурах

Несмотря на многочисленные преимущества, биодизель не может оптимально работать при низких температурах. Это может привести к образованию осадка, кристаллов воска, а при контакте с лакокрасочным покрытием автомобиля оно может быть агрессивным.

Типы биодизельного топлива

Если говорить о классификации биодизельного топлива, то она зависит от сырья, используемого при производстве. Растительное масло уже не является единственным вариантом, новые методы производства предполагают использование генетически модифицированных микроорганизмов. Кроме того, ограниченность ресурсов растительного масла привела к исследованиям по культивированию специальных видов водорослей для производства биодизеля.

Внимание к касторовому маслу

В последние годы производители биодизельного топлива уделяют особое внимание касторовому маслу, относящемуся к семейству малочайных (Malochayaceae). Это связано с тем, что оно может быть получено методом холодного прессования, что позволяет получить одно из самых высоких цетановых чисел.

Области применения биодизеля

Биодизель может применяться в качестве топлива двумя способами: как самостоятельный вариант или в смеси с обычным дизельным топливом. В холодном климате рекомендуется смешивать 20% биодизеля с 80% дизельного топлива, в результате чего получается дизельное топливо B20 (число, обозначающее процентное содержание биодизеля).

Можно ли использовать биодизель в качестве альтернативы дизельному топливу?

Переход на биодизель в качестве источника топлива абсолютно возможен. Однако следует учитывать, что биодизель можно использовать в качестве летнего топлива, так как он имеет свойство замерзать при температуре −5°C.

Поэтому в зимний период биодизель обычно смешивают с минеральным дизельным топливом. В летний период можно использовать чистое биотопливо или смесь биодизеля с минеральным топливом по вашему выбору.

Биодизель в России

Несмотря на то, что единой государственной программы по развитию биодизеля в России пока нет, Минсельхоз России разработал законопроект, направленный на создание условий для активного производства биодизеля в стране. Проект предусматривает производство до 5,5 млн. тонн рапсового масла в год, из которых 2,5 млн. тонн будут использоваться для получения биотоплива.

Перспективы роста производства биодизеля в России

Поскольку в России появляются программы на региональном уровне, такие как Ассоциация производителей рапсового масла в Липецке и Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель», ожидается строительство биодизельных заводов в Волгоградской, Орловской, Ростовской, Новгородской, Омской областях, Краснодарском крае и Татарстане.

Для малого бизнеса производство биодизеля становится очень выгодным и перспективным, поскольку производственный цикл практически безотходный, а сырье для производства можно выращивать на отведенной земле. Единственная проблема заключается в акцизе на биоэтанол в размере 59 ₽ за 1 л, что делает инвестиции в производство биодизеля не столь выгодными, несмотря на растущий с каждым днем спрос на него.