Биодизель

Ведущий раздел этой статьи может быть слишком коротким, чтобы адекватно резюмировать ее ключевые моменты . Пожалуйста, рассмотрите возможность расширения лид, чтобы предоставить доступный обзор всех важных аспектов статьи. ( Ноябрь 2020 г. )

Автобус в Небраске, работающий на биодизеле

Модель, заполняющая пространство метиллинолеата или метилового эфира линолевой кислоты, обычного метилового эфира, полученного из соевого или канолового масла и метанола.

Модель, заполняющая пространство этилстеарата или этилового эфира стеариновой кислоты, этилового эфира, полученного из соевого или канолового масла и этанола

Биодизель - это разновидность дизельного топлива, получаемого из растений или животных и состоящего из сложных эфиров длинноцепочечных жирных кислот . Обычно его получают путем химической реакции липидов, таких как животный жир ( жир ), ^[1] соевое масло , ^[2] или какое-либо другое растительное масло, со спиртом, с образованием метилового , этилового или пропилового эфира.

В отличие от растительных масел и отработанных масел, используемых в преобразованных дизельных двигателях, биодизель является биотопливом , который можно использовать только в качестве топлива , что означает, что он совместим с существующими дизельными двигателями и инфраструктурой распределения. Биодизель можно использовать отдельно или в смеси с бензином в любых пропорциях. ^[3] Смеси биодизеля также могут использоваться в качестве топочного мазута .

США Национальный совет биодизеля определяет «биодизель» как моно-алкил сложный эфир. ^[4]

Смеси [ править ]

Смеси биодизеля и обычного дизельного топлива на углеводородной основе чаще всего распространяются для использования на розничном рынке дизельного топлива. Большая часть мира использует систему, известную как фактор «B», для определения количества биодизеля в любой топливной смеси: ^[5]

• 100% биодизель обозначается как B100.
• 20% биодизеля, 80% бензина маркируются как B20 ^[3]
• 5% биодизель, 95% петродизель имеют маркировку B5.
• 2% биодизеля, 98% петродизеля имеет маркировку B2.

Смеси с содержанием биодизеля 20% и ниже могут использоваться в дизельном оборудовании без каких-либо модификаций или с незначительными модификациями ^[6], хотя некоторые производители не расширяют гарантийное покрытие, если оборудование повреждено этими смесями. Смеси от B6 до B20 подпадают под спецификацию ASTM D7467. ^[7] Биодизель можно также использовать в чистом виде (B100), но может потребоваться определенная модификация двигателя, чтобы избежать проблем с техническим обслуживанием и производительностью. ^[8] Смешивание B100 с нефтяным дизельным топливом может быть выполнено путем:

• Смешивание в резервуарах на производственном участке перед доставкой в ​​автоцистерну
• Смешивание брызг в автоцистерне (добавление определенных процентов биодизеля и нефтяного дизельного топлива)
• Потоковое смешивание, два компонента одновременно поступают в автоцистерну.
• Дозируемый насос для смешивания, счетчики нефтяного дизельного топлива и биодизеля настроены на X общий объем,

Приложения [ править ]

Биодизель может использоваться в чистом виде (B100) или может быть смешан с нефтяным дизельным топливом в любой концентрации в большинстве дизельных двигателей с ТНВД. Новые двигатели с системой Common Rail для сверхвысокого давления (29 000 фунтов на кв. Дюйм) имеют строгие заводские ограничения B5 или B20, в зависимости от производителя. ^[9] Биодизель имеет свойства растворителя, отличные от свойств бензина, и ухудшает качество прокладок и шлангов из натурального каучука в транспортных средствах (в основном транспортных средствах, выпущенных до 1992 года), хотя они, как правило, изнашиваются естественным путем и, скорее всего, уже были заменены на FKM , который не реагирует. на биодизель. Биодизель, как известно, разрушает отложения остатков в топливных магистралях, в которых использовалось нефтяное дизельное топливо.^[10] В результате топливные фильтры могут забиться твердыми частицами, если будет произведен быстрый переход на чистое биодизельное топливо. Поэтому рекомендуется заменять топливные фильтры на двигателях и обогревателях вскоре после первого перехода на смесь биодизеля. ^[11]

Распространение [ править ]

После принятия Закона об энергетической политике 2005 года использование биодизеля в Соединенных Штатах увеличилось. ^[12] В Великобритании Обязательство по возобновляемому транспортному топливу обязывает поставщиков включать 5% возобновляемого топлива во все транспортное топливо, продаваемое в Великобритании к 2010 году. Для дорожного дизельного топлива это фактически означает 5% биодизеля (B5).

Использование транспортных средств и одобрение производителя [ править ]

В 2005 году компания Chrysler (в то время входившая в состав DaimlerChrysler) выпустила с завода на европейский рынок дизельные двигатели Jeep Liberty CRD с 5% -ным содержанием биодизеля, что свидетельствует о по крайней мере частичном признании биодизеля в качестве приемлемой добавки к дизельному топливу. ^[13] В 2007 году DaimlerChrysler заявил о своем намерении увеличить гарантийное покрытие до 20% биодизельных смесей, если качество биотоплива в Соединенных Штатах может быть стандартизовано. ^[14]

Volkswagen Group выпустила заявление о том , что некоторые из своих автомобилей совместимы с B5 и B100 сделаны из семян рапса масла и совместимы с EN 14214 стандартом. Использование биодизеля указанного типа в автомобилях не отменяет никаких гарантийных обязательств. ^[15]

Mercedes Benz не разрешает использование дизельного топлива, содержащего более 5% биодизеля (B5), из-за опасений по поводу «производственных недостатков». ^[16] Ограниченная гарантия Mercedes-Benz не распространяется на любой ущерб, вызванный использованием такого неразрешенного топлива.

Начиная с 2004 года, город Галифакс, Новая Шотландия, решил обновить свою автобусную систему, чтобы парк городских автобусов мог работать полностью на биодизельном топливе на основе рыбьего жира. Это вызвало у города некоторые начальные механические проблемы, но после нескольких лет доработки весь флот был успешно преобразован. ^{[17] [18] [19]}

В 2007 году британский McDonald's объявил о начале производства биодизеля из отработанного масла в своих ресторанах. Это топливо будет использоваться для работы его флота. ^[20]

Chevy Cruze Clean Turbo Diesel 2014 года, поступающий прямо с завода, будет рассчитан на совместимость с биодизелем до B20 (смесь 20% биодизеля / 80% обычного дизельного топлива) ^[21]

Использование железной дороги [ править ]

Британская железнодорожная компания Virgin Trains West Coast заявила, что запустила первый в Великобритании «поезд на биодизеле», когда класс 220 был переоборудован для работы на 80% нефтяном и 20% биодизельном топливе. ^{[22] [23]}

Британский Королевский поезд 15 сентября 2007 года завершил свой первый когда - либо путешествие работать на 100% биодизельного топлива , поставляемого Green Fuels Ltd. Принц Чарльз и Грин Топлива управляющий директор Джеймс Hygate были первыми пассажирами на поезде топливе полностью биодизельного топлива. С 2007 года Royal Train успешно работает на B100 (100% биодизель). ^[24]

Аналогичным образом, государственная железная дорога короткой линии в Восточном Вашингтоне провела испытание смеси 25% биодизеля и 75% бензина летом 2008 года, закупив топливо у производителя биодизеля, расположенного вдоль железнодорожных путей. ^[25] Поезд будет приводиться в движение биодизелем, частично сделанным из канолы, выращиваемой в сельскохозяйственных регионах, через которые проходит короткая ветка.

Также в 2007 году в Диснейленде начали курсировать парковые поезда на B98 (98% биодизеля). Программа была прекращена в 2008 году из-за проблем с хранением, но в январе 2009 года было объявлено, что в этом парке все поезда будут работать на биодизельном топливе, произведенном из собственных отработанных кулинарных масел. Это переход от работы поездов на биодизельном топливе на основе сои. ^[26]

В 2007 году исторический памятник Mt. Washington Cog Railway пополнила свой парк паровозов первым биодизельным локомотивом. Флот поднимался по западным склонам горы Вашингтон в Нью-Гэмпшире с 1868 года с пиковым вертикальным подъемом 37,4 градуса. ^[27]

8 июля 2014 года ^[28] тогдашний министр железных дорог Индии Д.В. Садананда Говда объявил в железнодорожном бюджете, что 5% биодизеля будет использоваться в дизельных двигателях индийских железных дорог. ^[29]

Использование самолета [ править ]

Испытательный полет совершил чешский реактивный самолет, полностью работающий на биодизеле. ^{[30] Однако в} других недавних полетах реактивных самолетов с использованием биотоплива использовались и другие виды возобновляемого топлива.

7 ноября 2011 года United Airlines совершила первый в мире рейс коммерческой авиации на биотопливе, полученном из микробов, с использованием Solajet ™, возобновляемого реактивного топлива Solazyme, полученного из водорослей. Самолет Eco-skies Boeing 737-800 заправлялся 40-процентным топливом Solajet и 60-процентным нефтяным топливом для реактивных двигателей. Коммерческий рейс 1403 Eco-skies вылетел из аэропорта Хьюстона IAH в 10:30 и приземлился в аэропорту ORD Чикаго в 13:03. ^[31]

В сентябре 2016 года национальный авиаперевозчик Нидерландов KLM заключил контракт с AltAir Fuels на поставку биотоплива на все рейсы KLM, вылетающие из международного аэропорта Лос-Анджелеса. В течение следующих трех лет калифорнийская компания Paramount будет перекачивать биотопливо прямо в аэропорт со своего ближайшего нефтеперерабатывающего завода. ^[32]

Как топочный мазут [ править ]

Биодизель также может использоваться в качестве топлива для отопления в бытовых и коммерческих котельных, смесь топочного мазута и биотоплива, которая стандартизирована и облагается налогом несколько иначе, чем дизельное топливо, используемое для транспорта. Биотопливо представляет собой запатентованную смесь биодизельного топлива и традиционного топочного мазута. Bioheat - зарегистрированная торговая марка Национального совета по биодизелю [NBB] и Национального исследовательского альянса Oilheat [NORA] в США и Columbia Fuels в Канаде. ^[33]Отопительный биодизель доступен в различных смесях. ASTM 396 признает смеси, содержащие до 5 процентов биодизеля, как эквивалент чистого нефтяного печного топлива. Многие потребители используют смеси с более высоким содержанием биотоплива до 20%. В настоящее время проводятся исследования, чтобы определить, влияют ли такие смеси на производительность.

Старые печи могут содержать резиновые детали, на которые могут повлиять свойства растворителя биодизеля, но в противном случае биодизель может сжигаться без необходимости какой-либо конверсии. Необходимо соблюдать осторожность, так как лаки, оставшиеся после нефтепродуктов, высвободятся и могут забить трубы - необходима фильтрация топлива и быстрая замена фильтра. Другой подход состоит в том, чтобы начать использовать биодизельное топливо в качестве смеси, и уменьшение доли нефти с течением времени может позволить лаку соскальзывать более постепенно и снизить вероятность засорения. Благодаря свойствам сильного растворителя биодизеля печь очищается и, как правило, становится более эффективной. ^[34]

Закон, принятый губернатором Массачусетса Девалем Патриком, требует, чтобы все дизельное топливо для домашнего отопления в этом штате составляло 2% биотоплива к 1 июля 2010 г. и 5% биотоплива к 2013 г. ^[35] Город Нью-Йорк принял аналогичный закон.

Очистка разливов нефти [ править ]

Поскольку 80–90% затрат на разливы нефти инвестируются в очистку береговой линии, ведется поиск более эффективных и экономичных методов удаления разливов нефти с береговой линии. ^[36] Биодизель продемонстрировал свою способность значительно растворять сырую нефть, в зависимости от источника жирных кислот. В лабораторных условиях загрязненные отложения, имитирующие загрязненную береговую линию, были обработаны одним слоем биодизеля и подверглись воздействию имитированных приливов. ^[37]Биодизель является эффективным растворителем нефти из-за его компонента сложного метилового эфира, который значительно снижает вязкость сырой нефти. Кроме того, у нее более высокая плавучесть, чем у сырой нефти, что позже способствует ее удалению. В результате 80% нефти было удалено из булыжника и мелкого песка, 50% - из крупного песка и 30% - из гравия. После выхода нефти с береговой линии смесь нефти и биодизеля вручную удаляется с поверхности воды с помощью скиммеров. Любая оставшаяся смесь легко разрушается из-за высокой способности биодизеля к биоразложению и увеличенной площади поверхности смеси.

Биодизель в генераторах [ править ]

В 2001 году UC Riverside установила резервную систему энергоснабжения мощностью 6 мегаватт, которая полностью работает на биодизельном топливе. Резервные генераторы, работающие на дизельном топливе, позволяют компаниям избежать аварийных отключений критических операций за счет высокого уровня загрязнения и выбросов. Используя B100, эти генераторы смогли по существу устранить побочные продукты, которые приводят к выбросам смога, озона и серы. ^[38] Использование этих генераторов в жилых районах вокруг школ, больниц и среди населения приводит к значительному сокращению ядовитого монооксида углерода и твердых частиц. ^[39]

Историческая справка [ править ]

Переэтерификация растительного масла была проведена еще в 1853 году Патриком Даффи, за четыре десятилетия до того, как первый дизельный двигатель заработал. ^{[40] [41]} Основная модель Рудольфа Дизеля , единственный 10-футовый (3,05 м) железный цилиндр с маховиком в основании, впервые заработала на своей собственной мощности в Аугсбурге , Германия, 10 августа 1893 года. ничего, кроме арахисового масла . В память об этом событии 10 августа объявлено « Международным днем ​​биодизеля ». ^[42]

Часто сообщается, что Дизель сконструировал свой двигатель для работы на арахисовом масле, но это не так. Дизель заявил в своих опубликованных статьях: «На Парижской выставке 1900 года ( Exposition Universelle ) компания Отто продемонстрировала небольшой дизельный двигатель, который по просьбе французского правительства работал на арахиде.(земляной или арахисовый) масло (см. биодизель), и работало так гладко, что лишь немногие люди знали об этом. Двигатель был сконструирован для использования минерального масла, а затем работал на растительном масле без каких-либо изменений. Французское правительство в то время подумывало о проверке применимости для производства энергии арахида, или земляного ореха, который в значительных количествах растет в их африканских колониях и может быть легко выращен там ». Сам Дизель позже провел соответствующие тесты и оказал поддержку идеи. ^[43] в речи Дизель сказал, «использование растительных масел для моторных топлив может показаться 1912 незначительны , но сегодня такие масла могут стать, в течение времени, так же важно , как нефть и в угольных смолах продуктов настоящее время ».

Несмотря на широкое использование дизельного топлива, полученного из нефти, интерес к растительным маслам в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания отмечался в нескольких странах в течение 1920-х и 1930-х годов, а затем во время Второй мировой войны . Сообщалось, что Бельгия , Франция, Италия, Великобритания, Португалия , Германия, Бразилия , Аргентина , Япония и Китай в это время тестировали и использовали растительные масла в качестве дизельного топлива. Сообщалось о некоторых эксплуатационных проблемах из-за высокой вязкости растительных масел по сравнению с нефтяным дизельным топливом, что приводит к плохому распылениютоплива в топливной струе и часто приводит к отложению и закоксовыванию форсунок, камеры сгорания и клапанов. Попытки преодолеть эти проблемы включали нагревание растительного масла, его смешивание с дизельным топливом, полученным из нефти или этанолом, пиролиз и крекинг масел.

31 августа 1937 г. Г. Шаванн из Брюссельского университета (Бельгия) получил патент на «Процедуру преобразования растительных масел для их использования в качестве топлива» (фр. « Procédé de Transformation d'Huiles Végétales en Vue de Leur Utilization Com Carburants ") Патент Бельгии 422 877. В этом патенте описан алкоголиз (часто называемый переэтерификацией) растительных масел с использованием этанола (и упоминается метанол) для отделения жирных кислот от глицерина путем замены глицерина короткими линейными спиртами. Похоже, это первый отчет о производстве того, что сегодня известно как «биодизель». ^[44] Это похоже (копия) на запатентованные методы, используемые в 18 веке для изготовления лампового масла, и в некоторых местах может быть вдохновлено некоторыми старинными историческими масляными лампами.

Совсем недавно, в 1977 году, бразильский ученый Экспедито Паренте изобрел и представил на патент первый промышленный процесс производства биодизеля. ^[45] Этот процесс классифицируется как биодизельное топливо по международным нормам, что придает «стандартизированные характеристики и качество. Никакое другое предлагаемое биотопливо не было одобрено автомобильной промышленностью». ^[46] С 2010 года компания Tecbio , принадлежащая Паренте, работает с Boeing и NASA над сертификацией биокверосина (биокеросина), другого продукта, произведенного и запатентованного бразильским ученым. ^[47]

Исследования по использованию переэтерифицированного подсолнечного масла и его переработке до стандартов дизельного топлива были начаты в Южной Африке в 1979 году. К 1983 году процесс производства биодизельного топлива топливного качества, прошедшего испытания на двигателях, был завершен и опубликован на международном уровне. ^[48] Австрийская компания Gaskoks получила технологию от южноафриканских инженеров сельского хозяйства; компания построила первую пилотную установку по производству биодизеля в ноябре 1987 г. и первую промышленную установку в апреле 1989 г. (производительностью 30 000 тонн рапса в год).

На протяжении 1990-х годов заводы были открыты во многих европейских странах, включая Чехию , Германию и Швецию . Франция запустила местное производство биодизельного топлива (называемого диэфиром ) из рапсового масла, которое смешивается с обычным дизельным топливом на уровне 5%, и с дизельным топливом, используемым некоторыми внутренними автопарками (например, общественным транспортом ) на уровне 30%. Рено , Пежои другие производители имеют сертифицированные двигатели для грузовых автомобилей для использования с частичным биодизелем до этого уровня; эксперименты с 50% биодизелем продолжаются. В тот же период страны в других частях мира также увидели начало местного производства биодизеля: к 1998 году Австрийский институт биотоплива выявил 21 страну с коммерческими проектами по производству биодизеля. 100% биодизель теперь доступен на многих обычных заправочных станциях по всей Европе.

Свойства [ править ]

Биодизель имеет многообещающие смазочные свойства и цетановое число по сравнению с дизельным топливом с низким содержанием серы. ^[49] Топливо с более высокой смазывающей способностью может увеличить срок службы оборудования для впрыска топлива под высоким давлением, смазка которого зависит от топлива. В зависимости от двигателя это могут быть насосы высокого давления, насос-форсунки (также называемые насос-форсунками ) и топливные форсунки .

Теплотворная биодизельного топлива составляет около 37.27 МДж / кг. ^[50] Это на 9% ниже, чем у обычного бензина № 2. Вариации плотности энергии биодизеля больше зависят от используемого сырья, чем от производственного процесса. И все же эти вариации меньше, чем для нефтедизеля. ^[51] Было заявлено, что биодизельное топливо обеспечивает лучшую смазывающую способность и более полное сгорание, таким образом увеличивая выходную мощность двигателя и частично компенсируя более высокую удельную энергию бензина. ^[52]

Цвет биодизеля варьируется от золотистого до темно-коричневого, в зависимости от метода производства. Он слабо смешивается с водой, имеет высокую температуру кипения и низкое давление пара . Температура вспышки биодизеля превышает 130 ° C (266 ° F) ^{[53], что} значительно выше, чем у нефтяного дизельного топлива, которое может достигать 52 ° C (126 ° F). ^{[54] [55]} Биодизель имеет плотность ~ 0,88 г / см³, что выше, чем у петродизеля (~ 0,85 г / см³). ^{[54] [55]}

Биодизельное топливо практически не содержит серы ^[56] и часто используется в качестве добавки к дизельному топливу со сверхнизким содержанием серы (ULSD) для улучшения смазки, поскольку соединения серы в нефтяном дизельном топливе обеспечивают большую смазывающую способность.

Топливная эффективность [ править ]

Выходная мощность биодизеля зависит от его смеси, качества и условий нагрузки, при которых топливо сгорает. Тепловой коэффициент полезного действия , например , из B100 по сравнению с B20 будет изменяться в связи с разным содержанием энергии различных смесей. Тепловой КПД топлива частично основан на таких характеристиках топлива, как вязкость , удельная плотность и температура вспышки ; эти характеристики будут меняться по мере изменения смесей, а также качества биодизеля. Американское общество по испытанию материалов установили стандарты для того , чтобы судить о качестве данного образца топлива. ^[57]

Одно исследование показало, что термический КПД тормозов B40 превосходит традиционный нефтяной аналог при более высоких степенях сжатия (этот более высокий тепловой КПД тормозов был зарегистрирован при степенях сжатия 21: 1). Было отмечено, что по мере увеличения степени сжатия эффективность всех видов топлива, а также тестируемых смесей возрастала; хотя было обнаружено, что смесь B40 была наиболее экономичной при степени сжатия 21: 1 по сравнению со всеми другими смесями. Исследование показало, что это повышение эффективности было связано с плотностью топлива, вязкостью и теплотворной способностью топлива. ^[58]

Сжигание [ править ]

Топливные системы некоторых современных дизельных двигателей не предназначены для работы с биодизелем, в то время как многие двигатели для тяжелых условий эксплуатации могут работать на смесях биодизеля до B20. ^[3] Традиционные топливные системы с непосредственным впрыском работают при давлении около 3000 фунтов на квадратный дюйм на кончике форсунки, в то время как современные системы Common Railтопливная система работает под давлением свыше 30 000 фунтов на квадратный дюйм на наконечнике форсунки. Компоненты предназначены для работы в широком диапазоне температур, от ниже нуля до более 1000 ° F (560 ° C). Ожидается, что дизельное топливо будет эффективно сгорать и производить как можно меньше выбросов. Поскольку стандарты выбросов вводятся для дизельных двигателей, необходимость контроля вредных выбросов закладывается в параметры топливных систем дизельных двигателей. Традиционная линейная система впрыска более снисходительна к топливу более низкого качества, чем топливная система с общей топливораспределительной рампой. Более высокое давление и более жесткие допуски системы Common Rail позволяют лучше контролировать распыление и время впрыска. Этот контроль распыления, а также сгорания позволяет повысить эффективность современных дизельных двигателей, а также лучше контролировать выбросы.Компоненты дизельной топливной системы взаимодействуют с топливом таким образом, чтобы обеспечить эффективную работу топливной системы и, следовательно, двигателя. Если топливо, не отвечающее техническим требованиям, вводится в систему, которая имеет определенные параметры работы, целостность всей топливной системы может быть нарушена. Некоторые из этих параметров, такие как форма распыления и распыление, напрямую связаны с синхронизацией впрыска.^[59]

Одно исследование показало, что во время распыления биодизельное топливо и его смеси производят капли большего диаметра, чем капли, производимые традиционным нефтяным дизелем. Меньшие капли объясняются более низкой вязкостью и поверхностным натяжением традиционного дизельного топлива. Было обнаружено, что капли на периферии рисунка распыления были больше по диаметру, чем капли в центре. Это было связано с более быстрым падением давления на краю формы распыления; существует пропорциональная зависимость между размером капли и расстоянием от наконечника инжектора. Было обнаружено, что B100 имел наибольшую проницаемость для распыления, это было связано с большей плотностью B100. ^[60]Наличие капель большего размера может привести к снижению эффективности сгорания, увеличению выбросов и снижению мощности в лошадиных силах. В другом исследовании было обнаружено, что при впрыске биодизеля наблюдается короткая задержка впрыска. Эта задержка впрыска объяснялась большей вязкостью биодизеля. Было отмечено, что более высокая вязкость и более высокое цетановое число биодизеля по сравнению с традиционным нефтяным дизельным топливом приводят к плохому распылению, а также к проникновению смеси с воздухом в течение периода задержки воспламенения. ^[61] Другое исследование отметило, что эта задержка воспламенения может способствовать снижению выбросов NOx . ^[62]

Выбросы [ править ]

Выбросы связаны с сжиганием дизельного топлива, которое регулируется Агентством по охране окружающей среды США ( EPA ). Поскольку эти выбросы являются побочным продуктом процесса сгорания, для обеспечения соответствия EPA топливная система должна быть способна контролировать сжигание топлива, а также уменьшать выбросы. В настоящее время внедряется ряд новых технологий для контроля выбросов дизельных двигателей. Система рециркуляции выхлопных газов EGR и сажевый фильтр DPF предназначены для уменьшения образования вредных выбросов. ^[63]

Исследование, проведенное Национальным университетом Чонбук, пришло к выводу, что смесь биодизеля B30 снижает выбросы окиси углерода примерно на 83% и выбросы твердых частиц примерно на 33%. Однако было обнаружено, что выбросы NOx увеличиваются без применения системы рециркуляции отработавших газов. Исследование также пришло к выводу, что с EGR, смесь биодизеля B20 значительно снижает выбросы двигателя. ^[64] Кроме того, анализ Калифорнийского совета по воздушным ресурсам показал, что биодизельное топливо имеет самые низкие выбросы углерода из всех протестированных видов топлива, среди которых дизельное топливо со сверхнизким содержанием серы , бензин, этанол на основе кукурузы ,сжатый природный газ и пять типов биодизеля из различного сырья. Их выводы также показали, что выбросы углерода от биодизеля сильно различаются в зависимости от используемого сырья. Из сои , сала , канолы , кукурузы и отработанного кулинарного масла соя показала самые высокие выбросы углерода, а использованное кулинарное масло - самое низкое. ^[65]

При изучении влияния биодизельного топлива на сажевые фильтры было обнаружено, что, хотя присутствие карбонатов натрия и калия способствует каталитической конверсии золы, так как частицы дизельного топлива катализируются, они могут скапливаться внутри DPF и, таким образом, мешать зазорам. фильтра. ^{[ требуется пояснение ]} Это может вызвать засорение фильтра и помешать процессу регенерации. ^[66] В исследовании влияния скорости рециркуляции отработавших газов со смесями биодизельного топлива ятропа было показано, что было снижение топливной эффективности и выходного крутящего момента из-за использования биодизеля в дизельном двигателе, разработанном с системой рециркуляции отработавших газов. Было обнаружено, что CO и CO2выбросы увеличились с увеличением рециркуляции выхлопных газов, но уровни NOx снизились. Уровень непрозрачности смесей ятропы находился в приемлемом диапазоне, тогда как традиционное дизельное топливо не соответствовало приемлемым стандартам. Было показано, что снижение выбросов NOx может быть достигнуто с помощью системы рециркуляции отработавших газов. Это исследование показало преимущество перед традиционным дизельным двигателем в определенном рабочем диапазоне системы рециркуляции отработавших газов. ^[67]

С 2017 года смешанное биодизельное топливо (особенно B5, B8 и B20) регулярно используется во многих транспортных средствах большой грузоподъемности, особенно в транзитных автобусах в городах США. Определение характеристик выбросов выхлопных газов показало значительное сокращение выбросов по сравнению с обычным дизельным двигателем. ^[3]

Совместимость материалов [ править ]

• Пластмассы: полиэтилен высокой плотности (HDPE) совместим, но поливинилхлорид (PVC) медленно разлагается. ^[5] Полистирол растворяется при контакте с биодизелем.
• Металлы: биодизель (например, метанол ) влияет на материалы на основе меди (например, латунь), а также на цинк, олово, свинец и чугун. ^[5] Нержавеющие стали (316 и 304) и алюминий не подвержены воздействию.
• Резина: Биодизель также влияет на типы натуральной резины, содержащиеся в некоторых старых компонентах двигателей. Исследования также показали, что фторированные эластомеры (FKM), отвержденные пероксидом и оксидами цветных металлов, могут разлагаться, когда биодизельное топливо теряет стабильность из-за окисления. Было обнаружено, что обычно используемые синтетические каучуки FKM-GBL-S и FKM-GF-S, используемые в современных транспортных средствах, работают с биодизелем в любых условиях. ^[68]

Технические стандарты [ править ]

Биодизель имеет ряд стандартов качества, включая европейский стандарт EN 14214 , ASTM International D6751 и другие.

Желирование при низких температурах [ править ]

Когда биодизельное топливо охлаждается ниже определенной точки, некоторые молекулы объединяются и образуют кристаллы. Топливо начинает казаться мутным, когда кристаллы становятся больше одной четверти длины волны видимого света - это точка помутнения (CP). По мере дальнейшего охлаждения топлива эти кристаллы становятся больше. Самая низкая температура, при которой топливо может проходить через фильтр диаметром 45 микрометров, - это точка закупоривания холодного фильтра (CFPP). ^[69]По мере дальнейшего охлаждения биодизельное топливо превращается в гель, а затем затвердевает. В Европе существуют различия в требованиях CFPP между странами. Это отражено в различных национальных стандартах этих стран. Температура, при которой чистый (B100) биодизель начинает превращаться в гель, значительно варьируется и зависит от смеси сложных эфиров и, следовательно, исходного масла, используемого для производства биодизельного топлива. Например, биодизельное топливо, произведенное из семян канолы с низким содержанием эруковой кислоты (RME), начинает гелеобразование примерно при -10 ° C (14 ° F). Биодизельное топливо, произведенное из говяжьего жира и пальмового масла, имеет тенденцию к гелеобразованию при температуре около 16 ° C (61 ° F) и 13 ° C (55 ° F) соответственно. ^[70]Существует ряд коммерчески доступных добавок, которые значительно снижают температуру застывания и точку закупоривания холодного фильтра чистого биодизельного топлива. Зимняя эксплуатация также возможна путем смешивания биодизельного топлива с другими видами жидкого топлива, включая дизельное топливо с низким содержанием серы №2 и дизельное топливо / керосин №1 .

Другой подход для облегчения использования биодизеля в холодных условиях заключается в использовании второго топливного бака для биодизеля в дополнение к стандартному дизельному топливу. Второй топливный бак может быть изолирован, и через него пропущен нагревательный змеевик с охлаждающей жидкостью двигателя . Топливные баки можно переключать, когда топливо достаточно прогрето. Аналогичный метод можно использовать для эксплуатации дизельных автомобилей на прямом растительном масле.

Загрязнение водой [ править ]

Биодизель может содержать небольшое, но проблематичное количество воды. Хотя он слабо смешивается с водой, он гигроскопичен . ^[71] Одной из причин, по которой биодизельное топливо может поглощать воду, является стойкость моно- и диглицеридов, оставшихся от незавершенной реакции. Эти молекулы могут действовать как эмульгатор, позволяя воде смешиваться с биодизелем. ^{[ необходима цитата ]} Кроме того, может присутствовать вода, остающаяся после обработки или образовавшаяся в результате конденсации в резервуаре для хранения . Присутствие воды является проблемой, потому что:

• Вода снижает теплоту сгорания топлива , вызывая задымление, затрудняя запуск и снижая мощность .
• Вода вызывает коррозию компонентов топливной системы (насосы, топливопроводы и т. Д.).
• Микробы в воде вызывают гниение и выход из строя бумажных фильтров в системе, что приводит к выходу из строя топливного насоса из-за попадания внутрь крупных частиц.
• Вода замерзает с образованием кристаллов льда, которые обеспечивают места для зародышеобразования , ускоряя гелеобразование топлива.
• Вода вызывает точечную коррозию поршней.

Ранее количество воды, загрязняющей биодизельное топливо, было трудно измерить путем отбора проб, поскольку вода и масло разделялись. Однако теперь можно измерять содержание воды с помощью датчиков воды в масле. ^[72]

Загрязнение воды также является потенциальной проблемой при использовании определенных химических катализаторов, участвующих в производственном процессе, существенно снижая каталитическую эффективность основных (с высоким pH) катализаторов, таких как гидроксид калия . Однако было показано, что методология производства сверхкритического метанола, согласно которой процесс переэтерификации нефтяного сырья и метанола осуществляется при высокой температуре и давлении, в значительной степени не зависит от загрязнения водой во время фазы производства.

Наличие и цены [ править ]

В 2005 году мировое производство биодизеля достигло 3,8 миллиона тонн. Примерно 85% производства биодизеля приходится на Европейский Союз. ^{[ необходима цитата ] [73]}

В 2007 году в Соединенных Штатах средние розничные цены на бензин , включая федеральные и государственные налоги на топливо , в размере B2 / B5 были ниже, чем на нефтяное дизельное топливо, примерно на 12 центов, а смеси B20 были такими же, как и на нефтяное дизельное топливо. ^[74] Однако в связи с резким изменением цен на дизельное топливо к июлю 2009 года Министерство энергетики США сообщило о средних затратах на B20 на 15 центов за галлон выше, чем на нефтяное дизельное топливо (2,69 доллара за галлон против 2,54 доллара за галлон). ^[75] B99 и B100 обычно стоят больше, чем бензин, за исключением случаев, когда местные органы власти предоставляют налоговые льготы или субсидии. В октябре 2016 года цена на биодизель (B20) была на 2 цента ниже за галлон, чем на нефтедизель. ^[76]

Производство [ править ]

Биодизель обычно получают путем переэтерификации исходного сырья растительного масла или животного жира и другого непищевого сырья, такого как масло для жарки и т. Д. Существует несколько методов проведения этой реакции переэтерификации, включая обычный периодический процесс, гетерогенные катализаторы, ^{[ 77]} сверхкритические процессы, ультразвуковые методы и даже микроволновые методы.

Химически, Трансэтерифицированный биодизель содержит смесь моно- алкильных эфиров длинноцепочечных жирных кислот . Наиболее распространенная форма использует метанол (преобразованный в метоксид натрия) для производства метиловых эфиров (обычно называемых метиловым эфиром жирных кислот - FAME), поскольку это самый дешевый из доступных спиртов, хотя этанол можно использовать для производства этилового эфира (обычно называемого как этиловый эфир жирной кислоты (FAEE), биодизельное топливо и высшие спирты, такие как изопропанол и бутанолтакже использовались. Использование спиртов с более высокой молекулярной массой улучшает свойства хладотекучести получаемого сложного эфира за счет менее эффективной реакции переэтерификации. Липидный переэтерификации производственный процесс используется для преобразования базового масла до желаемых эфиров. Любые свободные жирные кислоты (СЖК) в базовом масле либо превращаются в мыло и удаляются из процесса, либо они этерифицируются (с получением большего количества биодизеля) с использованием кислотного катализатора. После этой обработки, в отличие от обычного растительного масла , биодизельное топливо имеет свойства горения, очень похожие на свойства нефтяного дизельного топлива, и может заменить его в большинстве современных применений.

Метанол, используемый в большинстве процессов производства биодизеля, производится с использованием ископаемых видов топлива. Однако есть источники возобновляемого метанола, которые производятся с использованием диоксида углерода или биомассы в качестве сырья, что делает их производственные процессы свободными от ископаемого топлива. ^[78]

Побочным продуктом процесса переэтерификации является производство глицерина . На каждую 1 тонну произведенного биодизеля производится 100 кг глицерина. Первоначально существовал ценный рынок для глицерина, который помогал экономике процесса в целом. Однако с увеличением мирового производства биодизеля рыночная цена на этот сырой глицерин (содержащий 20% воды и остатков катализатора) резко упала. Во всем мире проводятся исследования по использованию этого глицерина в качестве строительного химического элемента (см. Химический промежуточный продукт в статье Википедии « Глицерин »). Одна из инициатив в Великобритании - Glycerol Challenge. ^[79]

Обычно этот сырой глицерин необходимо очищать, обычно путем вакуумной перегонки. Это довольно энергоемко. Очищенный глицерин (чистота 98% +) затем можно использовать напрямую или превратить в другие продукты. В 2007 году были сделаны следующие объявления: совместное предприятие Ashland Inc. и Cargill объявило о планах производить пропиленгликоль в Европе из глицерина ^[80], а Dow Chemical объявила о аналогичных планах для Северной Америки. ^[81] Dow также планирует построить в Китае завод по производству эпихлоргидрина из глицерина. ^[82] Эпихлоргидрин является сырьем для эпоксидных смол .

Уровни производства [ править ]

В 2007 году производственные мощности по производству биодизеля росли быстрыми темпами, при этом среднегодовые темпы роста с 2002 по 2006 год превышали 40%. ^[83] В 2006 году, последнем, по которому можно было получить фактические данные о производстве, общее мировое производство биодизеля составило около 5-6 миллионов тонн, при этом 4,9 миллиона тонн были переработаны в Европе (из которых 2,7 миллиона тонн были из Германии), а большая часть остальных из США. В 2008 году производство только в Европе выросло до 7,8 миллиона тонн. ^[84] В июле 2009 года на импорт биодизеля из Америки в Европейский Союз была добавлена ​​пошлина, чтобы уравновесить конкуренцию со стороны европейских, особенно немецких производителей. ^{[85] [86]} Мощность на 2008 год в Европе составила 16 миллионов тонн. Для сравнения: общий спрос на дизельное топливо в США и Европе составляет примерно 490 миллионов тонн (147 миллиардов галлонов). ^[87] Общее мировое производство растительного масла для всех целей в 2005/06 году составило около 110 миллионов тонн, из которых примерно по 34 миллиона тонн приходилось на пальмовое и соевое масла . ^[88] По состоянию на 2018 год Индонезия является крупнейшим в мире поставщиком биотоплива на основе пальмового масла с годовым объемом производства 3,5 миллиона тонн, ^{[89] [90]} и, как ожидается, будет экспортировать около 1 миллиона тонн биодизеля. ^[91]

Производство биодизеля в США в 2011 году вывело отрасль на новую веху. В соответствии со Стандартом по возобновляемым источникам топлива Агентства по охране окружающей среды для заводов по производству биодизеля были реализованы целевые показатели, позволяющие отслеживать и документировать уровни производства по сравнению с общим спросом. Согласно данным на конец года, опубликованным EPA, производство биодизеля в 2011 году превысило 1 миллиард галлонов. Этот объем производства намного превысил целевой показатель в 800 миллионов галлонов, установленный EPA. Прогнозируемый объем производства на 2020 год составляет почти 12 миллиардов галлонов. ^[92]

Сырье для биодизеля [ править ]

Для производства биодизеля можно использовать самые разные масла. К ним относятся:

• Сырье для первичного масла - чаще всего используются рапсовое и соевое масла , соевое масло ^[3] составляет около половины производства в США. ^[93] Его также можно получить из понгамии , полевого кресс-салата и ятрофы и других культур, таких как горчица , жожоба , лен , подсолнечник , пальмовое масло , кокос и конопля (дополнительную информацию см. В списке растительных масел для биотоплива );
• Отработанное растительное масло (WVO);
• Животные жиры, включая жир , сало , желтый жир , куриный жир ^[94] и побочные продукты производства жирных кислот Омега-3 из рыбьего жира.
• Водоросли , которые можно выращивать, используя отходы, такие как сточные воды ^[95], без замещения земель, используемых в настоящее время для производства продуктов питания.
• Масло из галофитов, таких как Salicornia bigelovii , которое можно выращивать с использованием соленой воды в прибрежных районах, где невозможно выращивать обычные культуры, с урожайностью, равной урожайности соевых бобов и других масличных культур, выращиваемых с использованием орошения пресной водой ^[96]
• Осадок сточных вод - область преобразования сточных вод в биотопливо вызывает интерес со стороны крупных компаний, таких как Waste Management, и таких стартапов, как InfoSpi, которые делают ставку на то, что возобновляемое биодизельное топливо для сточных вод может стать конкурентоспособным по цене с дизельным топливом. ^[97]

Многие защитники предполагают, что отработанное растительное масло является лучшим источником масла для производства биодизеля, но поскольку доступное количество топлива значительно меньше количества топлива на нефтяной основе, которое сжигается для транспортировки и отопления домов в мире, это местное решение не может масштабировать до текущего уровня потребления.

Животные жиры являются побочным продуктом производства мяса и приготовления пищи. Хотя было бы неэффективно разводить животных (или ловить рыбу) только из-за их жира, использование побочных продуктов увеличивает стоимость животноводческой отрасли (свиней, крупного рогатого скота, птицы). Сегодня предприятия по производству биодизельного топлива с несколькими видами сырья производят высококачественное биодизельное топливо на основе животных жиров. ^{[2] [1]} В настоящее время в США строится завод стоимостью 5 миллионов долларов, который будет производить 11,4 миллиона литров (3 миллиона галлонов) биодизеля из примерно 1 миллиарда кг (2,2 миллиарда фунтов) курицы. жир ^[98], производимый ежегодно на местной птицефабрике Тайсон. ^[94] Аналогичным образом, некоторые небольшие заводы по производству биодизеля используют отработанный рыбий жир в качестве сырья. ^{[99] [100]} Проект, финансируемый ЕС (ENERFISH), предполагает, что на вьетнамском заводе по производству биодизеля из сома (баса, также известного как пангасиус) из 81 тонны рыбных отходов можно производить 13 тонн биодизеля в день (в результате от 130 тонн рыбы). В этом проекте биодизельное топливо используется в качестве топлива для когенерационной установки на рыбоперерабатывающем заводе, в основном для питания завода по заморозке рыбы. ^[101]

Требуемое количество исходного сырья [ править ]

Текущее мировое производство растительного масла и животного жира недостаточно для замены жидкого ископаемого топлива. Кроме того, некоторые возражают против огромного количества фермерских хозяйств и связанных с этим удобрений , использования пестицидов и преобразования землепользования, которые потребуются для производства дополнительного растительного масла. По оценкам Управления энергетической информации Министерства энергетики США , в США используется дизельное топливо для транспортных средств и мазут для отопления домов, которые составляют около 160 миллионов тонн (350 миллиардов фунтов) . ^[102]В Соединенных Штатах расчетное производство растительного масла для всех видов использования составляет около 11 миллионов тонн (24 миллиарда фунтов), а оценочное производство животного жира - 5,3 миллиона тонн (12 миллиардов фунтов). ^[103]

Если бы вся пахотная площадь США (470 миллионов акров или 1,9 миллиона квадратных километров) была посвящена производству биодизеля из сои, это примерно обеспечило бы необходимые 160 миллионов тонн (при оптимистичных 98 галлонах США на акр биодизеля). . Эта площадь суши в принципе может быть значительно уменьшена с помощью водорослей, если удастся преодолеть препятствия. По оценкам Министерства энергетики США , если бы топливо из водорослей заменило все нефтяное топливо в Соединенных Штатах, для этого потребовалось бы 15 000 квадратных миль (39 000 квадратных километров), что на несколько тысяч квадратных миль больше, чем Мэриленд , или на 30% больше, чем площадь Бельгии. , ^{[104] [105]}при урожайности 140 тонн / га (15 000 галлонов США / акр). Учитывая более реалистичную урожайность в 36 тонн / га (3834 галлона США / акр), необходимая площадь составляет около 152 000 квадратных километров, или примерно равна площади штата Джорджия или Англии и Уэльса. Преимущества водорослей заключаются в том, что их можно выращивать на непахотных землях, таких как пустыни или в морской среде, а потенциальные урожаи масла намного выше, чем у растений.

Доходность [ править ]

Эффективность выхода сырья на единицу площади влияет на возможность наращивания производства до огромных промышленных уровней, необходимых для питания значительного процента транспортных средств.

Урожайность топлива из водорослей еще точно не определена, но, по сообщениям Министерства энергетики, водоросли дают в 30 раз больше энергии на акр, чем наземные культуры, такие как соя. ^[107] Урожайность 36 тонн с гектара считается практичной Ами Бен-Амоц из Института океанографии в Хайфе , которая занимается коммерческим выращиванием водорослей более 20 лет. ^[108]

Ятрофа считается высокоурожайным источником биодизеля, но урожайность сильно зависит от климатических и почвенных условий. По нижним оценкам урожайность составляет около 200 галлонов США / акр (1,5–2 тонны с гектара) с урожая; в более благоприятном климате было получено два или более урожая в год. ^[109] Он выращивается на Филиппинах , в Мали и Индии , устойчив к засухе и может делить пространство с другими товарными культурами, такими как кофе, сахар, фрукты и овощи. ^[110] По мнению его сторонников, он хорошо подходит для полузасушливых земель и может способствовать замедлению процесса опустынивания . ^[111]

Эффективность и экономические аргументы [ править ]

Согласно исследованию Drs. Ван Дайн и Реймер из Управления долины Теннесси , средняя ферма в США потребляет топлива из расчета 82 литра на гектар (8,75 галлона США / акр) земли для получения одного урожая. Однако средние урожаи рапса дают масло в среднем 1029 л / га (110 галлонов США / акр), а высокопродуктивные поля рапса дают около 1356 л / га (145 галлонов США / акр). Соотношение входных и выходных данных в этих случаях составляет примерно 1: 12,5 и 1: 16,5. Фотосинтез , как известно, имеют показатель эффективности около 3-6% от суммарной солнечной радиации ^[112] и , если вся масса урожая используется для производства энергии, общая эффективность этой цепи в настоящее время около 1% ^[113] While это может не сравниться с солнечными батареямиВ сочетании с электроприводом биодизельное топливо дешевле в развертывании (солнечные элементы стоят примерно 250 долларов США за квадратный метр) и транспортировке (для электромобилей требуются батареи, которые в настоящее время имеют гораздо более низкую плотность энергии, чем жидкое топливо). Исследование 2005 года показало, что для производства биодизеля с использованием соевых бобов требуется на 27% больше ископаемой энергии, чем для производства биодизеля, и на 118% больше энергии с использованием подсолнечника. ^[114]

Однако одной этой статистики недостаточно, чтобы показать, имеет ли такое изменение экономический смысл. Необходимо учитывать дополнительные факторы, такие как: топливный эквивалент энергии, необходимой для обработки, выход топлива из сырого масла, отдача от выращивания продуктов питания, влияние биодизеля на цены на продукты питания и относительная стоимость биодизеля по сравнению с нефтедизель, загрязнение воды от стоков с ферм, истощение почвы, ^{[ цитата необходима ]} и внешние издержки политического и военного вмешательства в нефтедобывающие страны, направленные на контроль цен на нефтедизель.

Споры по поводу энергетического баланса биодизеля продолжаются. Полный переход на биотопливо может потребовать огромных участков земли, если будут использоваться традиционные продовольственные культуры (хотя можно использовать непродовольственные культуры ). Проблема будет особенно серьезной для стран с крупной экономикой, поскольку потребление энергии зависит от объема производства. ^[115]

Если использовать только традиционные пищевые растения, у большинства таких стран нет достаточной пахотной земли для производства биотоплива для национальных транспортных средств. Страны с меньшей экономикой (следовательно, меньшим потреблением энергии) и большим количеством пахотных земель могут оказаться в лучшем положении, хотя многие регионы не могут позволить себе отвлекать землю от производства продуктов питания.

Для стран третьего мира источники биодизеля, использующие малоплодородные земли, могут иметь больше смысла; например, орехи понгам масличного дерева, выращенные вдоль дорог, или ятрофа, выращиваемая вдоль железнодорожных путей. ^[116]

В тропических регионах, таких как Малайзия и Индонезия, быстрыми темпами высаживаются растения, производящие пальмовое масло, для удовлетворения растущего спроса на биодизельное топливо в Европе и на других рынках. Ученые показали, что удаление тропических лесов для пальмовых плантаций не является экологически безопасным, поскольку расширение плантаций масличных пальм представляет угрозу для естественных тропических лесов и биоразнообразия. ^[117]

В Германии было подсчитано, что на биодизельное топливо из пальмового масла приходится менее одной трети производственных затрат на биодизельное топливо из семян рапса. ^[118] Непосредственным источником энергии биодизеля является солнечная энергия, улавливаемая растениями во время фотосинтеза . Относительно положительного энергетического баланса биодизеля: ^{[ необходима цитата ]}

Когда солома оставалась на поле, производство биодизеля было сильно положительным по энергии, давая 1 ГДж биодизеля на каждые 0,561 ГДж потребляемой энергии (соотношение выход / стоимость 1,78).

Когда солому сжигали в качестве топлива, а рапс из масличных семян использовали в качестве удобрения, соотношение урожайности и затрат на производство биодизеля было еще лучше (3,71). Другими словами, на каждую единицу энергии, потребляемой для производства биодизеля, выход составлял 3,71 единицы (разница в 2,71 единицы связана с солнечной энергией).

Экономическое влияние [ править ]

Было проведено множество экономических исследований относительно экономического воздействия производства биодизеля. Одно исследование, проведенное по заказу Национального совета по биодизелю, показало, что производство биодизеля поддерживает более 64 000 рабочих мест. ^[92] Рост производства биодизеля также помогает значительно увеличить ВВП. В 2011 году биодизель произвел более 3 миллиардов долларов ВВП. Судя по продолжающемуся росту Стандарта по возобновляемым видам топлива и расширению льгот по налогу на биодизельное топливо, количество рабочих мест может увеличиться до 50 725, доход составит 2,7 миллиарда долларов, а к 2012 и 2013 годам он достигнет 5 миллиардов долларов ВВП ^[119].

Энергетическая безопасность [ править ]

Одним из основных факторов, способствующих внедрению биодизеля, является энергетическая безопасность . Это означает, что зависимость страны от нефти снижается и заменяется использованием местных источников, таких как уголь, газ или возобновляемые источники. Таким образом, страна может получить выгоду от внедрения биотоплива без сокращения выбросов парниковых газов. Хотя общий энергетический баланс обсуждается, очевидно, что зависимость от нефти снижается. Одним из примеров является энергия, используемая для производства удобрений, которые могут поступать из различных источников, помимо нефти. Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии США (NREL) заявляет, что энергетическая безопасность является движущей силой номер один в программе США по производству биотоплива ^[120].и документ Белого дома «Энергетическая безопасность для 21 века» ясно дает понять, что энергетическая безопасность является основной причиной для продвижения биодизеля. ^[121] Бывший президент комиссии ЕС Хосе Мануэль Баррозу, выступая на недавней конференции ЕС по биотопливу, подчеркнул, что правильно управляемое биотопливо может укрепить безопасность поставок в ЕС за счет диверсификации источников энергии. ^[122]

Глобальная политика в области биотоплива [ править ]

Многие страны мира участвуют в растущем использовании и производстве биотоплива, такого как биодизель, в качестве источника энергии, альтернативного ископаемым видам топлива и нефти. Чтобы способствовать развитию индустрии биотоплива, правительства приняли законы и законы в качестве стимулов для уменьшения зависимости от нефти и увеличения использования возобновляемых источников энергии. ^[123] Многие страны имеют свою собственную независимую политику в отношении налогообложения и скидок на использование, импорт и производство биодизеля.

Канада [ править ]

Законопроект о защите окружающей среды Канады C-33 требовал, чтобы к 2010 году бензин содержал 5% возобновляемых материалов, а к 2013 году дизельное топливо и топочный мазут содержали 2% возобновляемых компонентов. ^[123] Программа EcoENERGY для биотоплива субсидировала производство биодизеля, среди прочего биотоплива, с помощью стимулирующей ставки в размере 0,20 канадского доллара за литр с 2008 по 2010 год. Каждый год в последующий год будет применяться снижение на 0,04 доллара США, пока стимулирующая ставка не достигнет 0,06 доллара 2016. В отдельных провинциях также приняты особые законодательные меры в отношении использования и производства биотоплива. ^[124]

Соединенные Штаты [ править ]

Объемный Этанол акцизный кредит (VEETC) был основным источником финансовой поддержки для производства биотоплива, но должен был истечь в 2010 году через этот акт, производство биодизельного топлива гарантируется налоговый кредит в размере $ 1 за галлон произведенного из девственных масел США, и $ 0,50 за галлон из переработанных масел. ^[125] В настоящее время соевое масло используется для производства соевого биодизеля для многих коммерческих целей, таких как смешивание топлива для транспортных секторов. ^[3]

Европейский Союз [ править ]

Европейский Союз является крупнейшим производителем биодизеля, при этом Франция и Германия являются ведущими производителями. Чтобы увеличить использование биодизеля, существуют правила, требующие смешивания биодизеля с топливом, включая штрафы, если эти нормы не будут достигнуты. Во Франции цель состояла в том, чтобы достичь 10% -ной интеграции, но планы на это прекратились в 2010 году. ^[123] В качестве стимула для стран Европейского Союза к продолжению производства биотоплива предусмотрены налоговые льготы для определенных квот на производимое биотопливо. В Германии минимальный процент биодизеля в транспортном дизельном топливе установлен на уровне 7%, так называемый «B7».

Воздействие на окружающую среду [ править ]

Всплеск интереса к биодизелю высветил ряд экологических последствий, связанных с его использованием. Они потенциально включают сокращение выбросов парниковых газов, ^[126] обезлесение , загрязнение и скорость биоразложения .

Согласно анализу нормативного воздействия программы стандартов возобновляемого топлива Агентства по охране окружающей среды , опубликованному в феврале 2010 года, биодизельное топливо из соевого масла приводит в среднем к сокращению выбросов парниковых газов на 57% по сравнению с нефтяным дизельным топливом, а биодизельное топливо, произведенное из отработанной смазки, приводит к 86% снижению выбросов парниковых газов. снижение. См. Главу 2.6 отчета EPA для получения более подробной информации.

Однако экологические организации, например Rainforest Rescue ^[127] и Greenpeace , ^[128], критикуют выращивание растений, используемых для производства биодизеля, например масличных пальм, сои и сахарного тростника. Вырубка тропических лесов усугубляет изменение климата, и уязвимые экосистемы разрушаются, чтобы расчистить землю для плантаций масличной пальмы, сои и сахарного тростника. Более того, биотопливо способствует голоду в мире, поскольку пахотные земли больше не используются для выращивания продуктов питания. Агентство по охране окружающей среды (EPA) опубликовал данные в январе 2012 года , показывая , что биотопливо , сделанное из пальмового масла , не будет засчитано топлива мандата страны возобновляемых источников , поскольку они не являются климатом. ^[129]Экологи приветствуют такой вывод, потому что рост плантаций масличных пальм привел к вырубке тропических лесов, например, в Индонезии и Малайзии. ^{[129] [130]}

Еда, земля и вода против топлива [ править ]

В некоторых бедных странах рост цен на растительное масло создает проблемы. ^{[131] [132]} Некоторые предлагают производить топливо только из непищевых растительных масел, таких как камелина , ятрофа или морская мальва ^[133], которые могут расти на маргинальных сельскохозяйственных землях, где многие деревья и сельскохозяйственные культуры не будут расти или будут давать только низкая урожайность.

Другие утверждают, что проблема более фундаментальная. Фермеры могут переключиться с выращивания продовольственных культур на производство культур для биотоплива, чтобы заработать больше денег, даже если новые культуры несъедобны. ^{[134] [135]} закон спроса и предсказывает , что если меньше фермеры производят продукты питания цены на продукты питания будут расти. Это может занять некоторое время, поскольку фермерам может потребоваться некоторое время, чтобы изменить то, что они выращивают, но растущий спрос на биотопливо первого поколения, вероятно, приведет к росту цен на многие виды продуктов питания. Некоторые отмечают, что есть бедные фермеры и бедные страны, которые зарабатывают больше денег из-за более высоких цен на растительное масло. ^[136]

Биодизельное топливо из морских водорослей не обязательно вытеснит наземные земли, которые в настоящее время используются для производства продуктов питания, и могут быть созданы новые рабочие места в альгакультуре .

Для сравнения следует упомянуть, что при производстве биогаза используются сельскохозяйственные отходы для производства биотоплива, известного как биогаз, а также для производства компоста , тем самым улучшая сельское хозяйство, устойчивость и производство продуктов питания.

Текущее исследование [ править ]

В настоящее время ведутся исследования по поиску более подходящих культур и повышению урожайности масла. Возможны и другие источники, включая человеческие фекалии , поскольку Гана строит свой первый «завод по производству биодизельного топлива из фекальных отложений». ^[137] При нынешней урожайности потребуется огромное количество земли и пресной воды, чтобы произвести достаточно нефти, чтобы полностью заменить использование ископаемого топлива. Для удовлетворения текущих потребностей США в отоплении и транспортировке потребуется вдвое больше территории США, чтобы отвести под производство сои, или две трети - под производство рапса. ^{[ необходима цитата ]}

Специально выведенные сорта горчицы могут давать достаточно высокие урожаи масла и очень полезны в севообороте с зерновыми, а также имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что мука, оставшаяся после отжима масла, может действовать как эффективный и биоразлагаемый пестицид. ^[138]

NFESC с Санта - Барбаре -На Биодизель Industries занимается разработкой биодизельных технологий для ВМС США и военного, один из крупнейших дизельных топливных пользователей в мире. ^[139]

Группа испанских разработчиков, работающих в компании Ecofasa, анонсировала новое биотопливо из мусора. Топливо создается из обычных городских отходов, которые обрабатываются бактериями для производства жирных кислот, которые можно использовать для производства биодизеля. ^[140]

Другой подход, не требующий использования химикатов для производства, предполагает использование генетически модифицированных микробов. ^{[141] [142]}

Водорослевое биодизель [ править ]

С 1978 по 1996 год NREL США экспериментировал с использованием водорослей в качестве источника биодизеля в рамках « Программы водных видов ». ^[120] В самостоятельно опубликованной статье Майкла Бриггса из UNH Biodiesel Group предлагаются оценки реалистичной замены всего автомобильного топлива биодизелем за счет использования водорослей с содержанием натурального масла более 50%, которые, по мнению Бриггса, можно выращивать на водоемах с водорослями на очистных сооружениях. ^[105] Эти богатые маслами водоросли затем могут быть извлечены из системы и переработаны в биодизельное топливо, а высушенный остаток переработан для получения этанола.

Производство водорослей для сбора масла для биодизеля еще не проводилось в промышленных масштабах, но были проведены технико-экономические обоснования для получения вышеуказанной оценки урожайности. В дополнение к прогнозируемой высокой урожайности, альгакультура - в отличие от биотоплива на основе сельскохозяйственных культур - не влечет за собой снижения производства продуктов питания , поскольку для этого не требуются ни сельскохозяйственные угодья, ни пресная вода . Многие компании используют биореакторы на водорослях для различных целей, включая увеличение производства биодизеля до коммерческих уровней. ^{[143] [144]}

Профессор Родриго Э. Тейшейра из Университета Алабамы в Хантсвилле продемонстрировал экстракцию липидов биодизеля из влажных водорослей с использованием простой и экономичной реакции в ионных жидкостях . ^[145]

Понгамиа [ править ]

Millettia pinnata , также известная как Pongam Oiltree или Pongamia, - это бобовое, масличное дерево, которое было признано подходящим для производства непищевого растительного масла.

Плантации Pongamia для производства биодизеля приносят двойную пользу окружающей среде. Деревья одновременно накапливают углерод и производят мазут. Понгамия растет на маргинальных землях, не пригодных для выращивания продовольственных культур, и не требует нитратных удобрений. Масличное дерево дает самый высокий урожай масличных растений (примерно 40% от веса семян составляет масло) при выращивании на недоедающих почвах с высоким содержанием соли. Это становится основным направлением деятельности ряда исследовательских организаций по биодизелю. ^[146] Основными преимуществами Pongamia являются более высокое извлечение и качество масла по сравнению с другими культурами и отсутствие прямой конкуренции с продовольственными культурами. Однако рост на маргинальных землях может привести к снижению урожайности масла, что может вызвать конкуренцию с продовольственными культурами за лучшую почву.

Ятрофа [ править ]

Несколько групп в различных секторах проводят исследования Jatropha curcas, ядовитого кустовидного дерева, которое дает семена, которые многие считают жизнеспособным источником биодизельного исходного масла. ^[147] Большая часть этого исследования сосредоточена на повышении общего урожая масла ятрофы с акра за счет достижений в области генетики, почвоведения и садоводства.

Компания SG Biofuels , разработчик ятрофы из Сан-Диего, использовала молекулярную селекцию и биотехнологию для производства элитных гибридных семян ятрофы, которые демонстрируют значительное повышение урожайности по сравнению с сортами первого поколения. ^[148] SG Biofuels также утверждает, что такие штаммы принесли дополнительные преимущества, включая улучшенную синхронность цветения, более высокую устойчивость к вредителям и болезням, а также повышенную устойчивость к холоду. ^[149]

Plant Research International, подразделение Университета и исследовательского центра Вагенингена в Нидерландах, поддерживает текущий проект оценки ятрофы (JEP), в рамках которого исследуется возможность крупномасштабного выращивания ятрофы с помощью полевых и лабораторных экспериментов. ^[150]

Центр устойчивого энергетического хозяйства (CfSEF) является Лос-Анджелесе некоммерческая научно - исследовательская организация , занимающаяся исследованиями Ятрофа в области науки растений, агрономии и садоводства. Прогнозируется, что успешное изучение этих дисциплин приведет к увеличению урожайности на фермах ятрофы на 200–300% в следующие десять лет. ^[151]

ТУМ из сточных вод [ править ]

Так называемые жиры, масла и смазки (FOG), извлеченные из сточных вод, также могут быть превращены в биодизельное топливо. ^[152]

Грибы [ править ]

Группа из Российской академии наук в Москве опубликовала в сентябре 2008 года статью, в которой говорилось, что они выделили большое количество липидов из одноклеточных грибов и превратили их в биодизельное топливо экономически эффективным способом. Дополнительные исследования этого вида грибов; Cunninghamella japonica и другие, вероятно, появятся в ближайшем будущем. ^[153]

Недавнее открытие разновидности грибка Gliocladium roseum указывает на производство так называемого микодизеля из целлюлозы. Этот организм был недавно обнаружен в тропических лесах северной Патагонии и обладает уникальной способностью превращать целлюлозу в углеводороды средней длины, обычно содержащиеся в дизельном топливе. ^[154]

Биодизель из использованной кофейной гущи [ править ]

Исследователи из Университета Невады в Рино успешно произвели биодизельное топливо из масла, полученного из использованной кофейной гущи.. Их анализ использованной гущи показал содержание масла от 10% до 15% (по весу). После того, как масло было извлечено, оно подверглось традиционной переработке в биодизель. Подсчитано, что готовое биодизельное топливо может быть произведено по цене около одного доллара США за галлон. Кроме того, сообщалось, что «метод не сложен» и что «кофе так много, что потенциально можно было бы производить несколько сотен миллионов галлонов биодизеля ежегодно». Однако даже если бы вся кофейная гуща в мире использовалась для производства топлива, произведенное количество было бы менее 1 процента дизельного топлива, используемого в Соединенных Штатах ежегодно. «Это не решит мировую энергетическую проблему», - сказал доктор Мисра о своей работе. ^[155]

Экзотические источники [ править ]

Недавно жир аллигатора был определен как источник для производства биодизеля. Ежегодно около 15 миллионов фунтов аллигаторного жира выбрасывается на свалки в качестве побочного продукта производства мяса и кожи аллигатора. Исследования показали, что биодизель, полученный из аллигаторного жира, по составу аналогичен биодизелю, созданному из соевых бобов, и его дешевле переработать, поскольку это в первую очередь отходы. ^[156]

Биодизель в энергию водородных элементов [ править ]

Микрореактор был разработан для преобразования биодизеля в водородный пар для питания топливных элементов. ^[157]

Паровой риформинг , также известный как риформинг ископаемого топлива, представляет собой процесс, при котором из-за его эффективности производится газообразный водород из углеводородного топлива, в первую очередь биодизеля. ** Микрореактор ** или риформер - это технологическое устройство, в котором водяной пар реагирует с жидким топливом при высокой температуре и давлении. При температурах от 700 до 1100 ° C катализатор на основе никеля позволяет производить окись углерода и водород: ^[158]

Углеводород + H2O ⇌ CO + 3 H2 (сильно эндотермический)

Кроме того, более высокий выход газообразного водорода можно использовать за счет дальнейшего окисления монооксида углерода для получения большего количества водорода и диоксида углерода:

CO + H2O → CO2 + H2 (умеренно экзотермический)

Справочная информация о водородных топливных элементах

Топливные элементы работают аналогично батареям, поскольку электричество получают в результате химических реакций. Отличие топливных элементов от батарей заключается в их способности питаться от постоянного потока водорода, находящегося в атмосфере. Кроме того, они производят только воду в качестве побочного продукта и практически бесшумны. Обратной стороной топливных элементов, работающих на водороде, является высокая стоимость и опасность хранения легковоспламеняющегося водорода под давлением. ^[159]

Один из способов, которым новые переработчики могут преодолеть опасности транспортировки водорода, - это производить его по мере необходимости. Микрореакторы могут быть объединены для создания системы, которая нагревает углеводород под высоким давлением для получения газообразного водорода и диоксида углерода, процесс, называемый паровым риформингом. Это производит до 160 галлонов водорода в минуту и ​​дает возможность использовать водородные заправочные станции или даже бортовой источник водородного топлива для автомобилей с водородными элементами. ^[160] Внедрение в автомобили позволит преобразовать энергоемкие виды топлива, такие как биодизель, в кинетическую энергию, избегая при этом горения и побочных продуктов загрязнения. Квадратный кусок металла размером с ладонь содержит микроскопические каналы с каталитическими центрами, которые непрерывно превращают биодизель и даже его побочный продукт - глицерин в водород.^[161]

Сафлоровое масло [ править ]

В 2020 ^{[Обновить]}году исследователи в Австралии CSIRO изучали сафлоровое масло из специально разводили сорта в качестве моторного смазочного материала , и исследователи в Университете штата Монтана Advanced Fuel Центра в США изучали работу нефтяной в большой дизельный двигатель , с результатами, которые описываются как "изменившие правила игры". ^[162]

Проблемы [ править ]

Износ двигателя [ править ]

Смазывающая способность топлива играет важную роль в износе двигателя. Дизельный двигатель полагается на свое топливо, чтобы обеспечить смазывающую способность металлических компонентов, которые постоянно контактируют друг с другом. ^[163] Биодизельное топливо - намного лучшая смазка по сравнению с дизельным топливом на ископаемом топливе из-за наличия сложных эфиров. Испытания показали, что добавление небольшого количества биодизеля к дизельному топливу может значительно повысить смазывающую способность топлива в краткосрочной перспективе. ^[164] Однако в течение более длительного периода времени (2–4 года) исследования показывают, что биодизельное топливо теряет смазывающую способность. ^[165] Это могло быть из-за усиленной коррозии с течением времени из-за окисления ненасыщенных молекул или увеличения содержания воды в биодизельном топливе из-за поглощения влаги. ^[39]

Вязкость топлива [ править ]

Одной из основных проблем, связанных с биодизелем, является его вязкость. Вязкость дизельного топлива составляет 2,5–3,2 сСт при 40 ° C, а вязкость биодизельного топлива, изготовленного из соевого масла, составляет от 4,2 до 4,6 сСт ^[166] Вязкость дизельного топлива должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить достаточную смазку деталей двигателя, но достаточно низкой. течь при рабочей температуре. Высокая вязкость может забить топливный фильтр и систему впрыска в двигателях. ^[166] Растительное масло состоит из липидов с длинными цепями углеводородов, чтобы снизить его вязкость, липиды расщепляются на более мелкие молекулы сложных эфиров. Это достигается путем преобразования растительного масла и животных жиров в сложные алкиловые эфиры с помощью переэтерификации для снижения их вязкости ^[167]Тем не менее вязкость биодизеля остается выше, чем у дизельного топлива, и двигатель может не использовать топливо при низких температурах из-за медленного потока через топливный фильтр. ^[168]

Производительность двигателя [ править ]

Биодизель имеет более высокий удельный расход топлива на тормоза по сравнению с дизелем, что означает, что для того же крутящего момента требуется больший расход биодизельного топлива. Однако было обнаружено, что смесь биодизеля B20 обеспечивает максимальное увеличение теплового КПД, наименьшее удельное потребление энергии тормозами и более низкие выбросы вредных веществ. ^{[3] [39] [163]} Характеристики двигателя зависят от свойств топлива, а также от сгорания, давления в форсунке и многих других факторов. ^[169] Поскольку существуют различные смеси биодизеля, это может объяснить противоречивые отчеты о характеристиках двигателя.

См. Также [ править ]

• Мой Ади Гил
• Благоустроенный сайт ; пункт сбора для WVO
• Концепт-кар EcoJet
• Закон о пищевых продуктах, сбережениях и энергии 2008 года
• Эквивалент бензина в галлонах
• Экологичное биотопливо
• Таблица урожайности биотоплива
• Тонна нефтяного эквивалента
• Экономия на растительном масле
• Топливо на растительном масле
• Топливо (фильм)
• США против Imperial Petroleum

Ссылки [ править ]

• Обзор жизненных циклов биодизельного и нефтяного дизельного топлива , май 1998 г., Sheehan, et al. NREL (файл в формате PDF, 60 страниц)
• Управление бизнесом производителей биодизеля , январь 2004 г., Джон фон Герпен, Университет штата Айова по контракту с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL) (файл в формате pdf 210pp)
• Энергетический баланс при выращивании масличного рапса для производства биодизеля и пшеницы для биоэтанола , июнь 2000 г., IR Richards
• Инвентаризация жизненного цикла биодизельного и нефтяного дизельного топлива для использования в городских автобусах , 1998 г., Sheehan, et al. NREL (файл 314pp pdf)
• Водоросли - как мята дыхание для дымовых труб , 11 января 2006 г., Марк Клейтон, The Christian Science Monitor
• Тайсон, Р.Л. «Руководство по обращению с биодизелем и его использованию, третье издание, 2006 г.» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 16 декабря 2006 года.
• Яркое будущее биодизеля из июльско-августовского номера журнала THE FUTURIST.

Внешние ссылки [ править ]

Викискладе есть медиафайлы по теме биодизеля .

В Викиучебнике есть книга на тему: Сделай сам

• Биодизель в Curlie
• Преимущества биодизеля
• Веб-сайт Европейского совета по биодизелю - Европейская биодизельная промышленность.
• Альянс за устойчивое биодизельное топливо
• Международное энергетическое агентство: Биотопливо для транспорта - международная перспектива на обратном пути (архив 4 января 2011 г.)
• Национальная образовательная программа по биодизелю, Университет Айдахо - объективная, научно обоснованная информация о биодизеле для производителей и дистрибьюторов биодизеля, операторов автопарков, фермеров и производителей сырья, политиков и потребителей.
• На пути к устойчивому производству и использованию ресурсов: оценка Биотопливо по Программе Организации Объединенных Наций по окружающей среде , октябрь 2009 года.
• Статьи о биодизеле на eXtension —eXtension (произносится как «E-Extension») - это вики-сайт для преподавателей и агентов в США. Раздел Farm Energy содержит более 30 статей о биодизеле, от основ до более подробной технической информации.
• Безопасность биодизеля и передовые методы управления для некоммерческого использования и производства в небольших масштабах