BIODIESEL: HISTORIA, WŁAŚCIWOŚCI, RODZAJE, ZALETY, WADY - CHEMIA - 2026

Biodiesla paliwa pochodzenia naturalnego, które uzyskuje się przez poddanie reakcji olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych, z alkoholami o niskiej masie cząsteczkowej. Ta reakcja nazywa się transestryfikacją; to znaczy, nowe estry kwasów tłuszczowych (zwane także estrami monoalkilowymi) powstają z oryginalnych triglicerydów.

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

Pompa 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 wysokoprężnych nie różnią się zbytnio, przez co 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 zwiększa się 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. Natomiast w biodieslu zamiast wodoru stosuje się alkohole (metanol, etanol, propanol itp.).

Historia

Reakcja transestryfikacyjna

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

W tym procesie transestryfikacji triglicerydy olejów i / lub tłuszczów reagują z alkoholami, głównie metanolem i etanolem, tworząc estry metylowe i etylowe kwasów tłuszczowych, a także glicerol jako produkt wtórny. Do przyspieszenia reakcji stosuje się katalizator zasadowy, taki jak KOH.

Najważniejszym punktem transestryfikacji tłuszczów jest to, że osiemdziesiąt lat później belgijski naukowiec, nazwiskiem G. Chavanne, przekieruje 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, w odpowiedzi na ograniczenia silników parowych. Łączy w sobie wszystko, czego chciałeś od silnika: moc i trwałość. Pracował również z każdym rodzajem paliwa; 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. Diesel wspierał bezpośrednie wykorzystanie tych olejów, ponieważ z zadowoleniem przyjął fakt, że rolnicy mogą przetwarzać własne paliwa w miejscach oddalonych od pól naftowych.

Pierwszy funkcjonalny model silnika wysokoprężnego odniósł sukces podczas prezentacji 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 tak, jak 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 tamtej pory ropa była dużo 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 też 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 zasiewanie dużych hektarów mas roślinnych w celu zebrania ich olejów, które ostatecznie, będąc tak lepkie, powodowały problemy dla silników i nie dorównywały tym samym plonom uzyskiwanym 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 niej, w niektórych kontekstach oleje roślinne były używane do mobilizacji ciężkich pojazdów i maszyn.

Biopaliwo w czasie II wojny światowej

Kiedy w wyniku konfliktu w wyniku konfliktu 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, jeśli miały zemulgowaną wodę).

Po wojnie narody po raz kolejny 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 swoją metodę otrzymywania estrów etylowych kwasów tłuszczowych z oleju palmowego traktowanego etanolem.

Można zatem powiedzieć, że biodiesel powstał formalnie w 1937 r .; ale jego sadzenie i masowa produkcja musiała poczekać do 1985 r., na austriackiej uczelni rolniczej.

Poddając te oleje roślinne transestryfikacji, problem lepkości został ostatecznie rozwiązany, dopasowując wydajność petrodiesel, a nawet stanowiąc zieloną alternatywę ponad nim.

Nieruchomości

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

Ogólnie 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 zagrożenia pożarem; Inaczej jest w przypadku oleju napędowego, który może spalać 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 gazów zanieczyszczających SO ₂ ani SO ₃ . Zmieszany z olejem napędowym nadaje mu bardziej smarny charakter niż jego naturalne związki siarki. W rzeczywistości siarka jest pierwiastkiem niepożądanym, a gdy olej napędowy jest odsiarczany, traci smarowanie, które 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 twoje pola 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 przenoszenia i rozpuszczania oleju. Otrzymany olej poddaje się transestryfikacji w celu obniżenia 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, akronim w języku angielskim: Fatty Acid Methyl Ester).

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

Metanol i glicerol

Metanol jest alkoholem używanym głównie jako surowiec do produkcji biodiesla; z drugiej strony glicerol jest produktem ubocznym, który można wykorzystać do wspierania innych procesów przemysłowych, a tym samym zwiększyć opłacalność produkcji biodiesla.

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 petrodiesel i które czynią go zieloną i atrakcyjną alternatywą:

- Jest pozyskiwany z biomasy, surowca odnawialnego i często traconego jako odpad.

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

- Wysoka temperatura zapłonu sprawia, że ​​jest bezpieczniejszy podczas przechowywania i transportu.

- Nie wytwarza gazów cieplarnianych, ponieważ uwolniony CO ₂ stanowi taką samą ilość, jaka została pochłonięta przez rośliny. Dzięki temu jest również zgodny z protokołem z Kioto.

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

- Można go nawet wyprodukować ze smażonego oleju. Ta kwestia jest dla ciebie bardzo korzystna, 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.

- Glony 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 niedogodności związanych z jego użytkowaniem 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 używane jako surowiec do produkcji 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, NO _x .

- 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