Как работает биодизель

Фото предоставлено Советом по сое штата Небраска.
Автобус, работающий на соевом биодизеле. Смотрите фотографии автомобилей на альтернативном топливе.

Если вы в последнее время читали или смотрели новости, вы, вероятно, наткнулись на какую-нибудь статью, фрагмент или звуковой фрагмент, связанный с нефтью и ценами на нефть. Даже в ваших повседневных делах есть большая вероятность, что кто-то упомянет об этом. Будь то автомобилестроение, экономика, история, география или политика, нефти удалось проникнуть почти во все аспекты нашей повседневной жизни. Это один из самых обсуждаемых (и противоречивых) товаров, на которые потребители полагаются ежедневно.

Все эти разговоры о нефти вызывают постоянный интерес к альтернативы бензину. О таких вещах, как электромобили и водородные топливные элементы, говорят как о реальных альтернативах нефти. По мере совершенствования технологий эти концепции могут стать реальностью. Но что насчет сейчас?

Потерянные в миксе биотопливо, топливо из биологических ингредиентов вместо ископаемого топлива. Эти исходные ингредиенты могут варьироваться от кукурузы до соевых бобов и животного жира, в зависимости от типа производимого топлива и метода производства.

В этой статье мы подробно рассмотрим биодизель, один из основных видов биотоплива. Для начала было бы неплохо проверить, как работают автомобильные двигатели и как работают дизельные двигатели, чтобы получить некоторую информацию. После этого вернитесь назад, и мы отделим факты о биодизеле от вымысла.

Вообще говоря, биодизельное топливо является альтернативой или добавкой к стандартному дизельному топливу, которое производится из биологических ингредиентов вместо нефти (или сырой нефти). Биодизель обычно производится из растительного масла или животное толстый через ряд химических реакций. Это и то, и другое нетоксичный а также возобновляемый. Поскольку биодизель в основном получают из растений и животных, его источники можно пополнять за счет выращивания и переработки.

Биодизель безопасен и может использоваться в дизельных двигателях практически без модификации. Хотя биодизель можно использовать в чистом виде, смешивается со стандартным дизельным топливом. Смеси обозначаются аббревиатурой Бхх, куда хх процентное содержание биодизеля в смеси. Например, самая распространенная смесь Б20, или 20-процентное биодизельное топливо до 80-процентного стандарта. Так, Б100 относится к чистому биодизелю.

Фото предоставлено Министерством энергетики США.
Биотопливо, такое как этанол из кукурузы и биодизельное топливо из соевых бобов, помогает поддерживать американское сельское хозяйство.

Однако биодизель — это не просто универсальный термин. Существует также формальное техническое определение, признанное ASTM International (ранее известное как Американское общество испытаний и материалов), организацией, ответственной за разработку отраслевых стандартов. Согласно Национальному совету по биодизелю (NBB), техническое определение биодизеля выглядит следующим образом:

топливо, состоящее из моноалкиловых эфиров длинноцепочечных жирных кислот, полученных из растительных масел или животных жиров, обозначаемое B100 и отвечающее требованиям ASTM D 6751.

Звучит грубо, но это гораздо более знакомо, чем вы думаете, — вы сталкиваетесь с этими жирными кислотами каждый день. Мы рассмотрим их более подробно в следующем разделе.

Жиры и биодизель

Фото предоставлено Национальным советом по биодизелю. Соевые бобы можно превратить в биодизель.

Часть того, что делает биодизель таким привлекательным и интересным, заключается в том, что его можно производить из многочисленных природных источников. Хотя животный жир можно использовать, растительное масло является крупнейшим источником биодизеля. Вы, наверное, использовали некоторые из них на кухне. Ученые и инженеры могут использовать масла из знакомых культур, таких как соя, рапс, рапс, пальма, семена хлопка, подсолнечник и арахис, для производства биодизеля. Биодизель можно производить даже из переработанного кулинарного жира!

Общим для всех источников биодизеля является то, что все они содержат толстый в той или иной форме. Масла — это просто жиры, находящиеся в жидком состоянии при комнатной температуре.Эти жиры, или триацилглицеролы (иногда называемые триглицеридами), состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, связанных вместе и расположенных в определенном порядке. Эти триацилглицеролы довольно распространены. В дополнение к бытовым растительным маслам они также входят в состав обычных вещей, таких как масло и сало. Возможно, вы видели количество триглицеридов в списке, если вы были у врача и делали анализ крови.

Один из способов визуализировать эти триацилглицерины — представить себе заглавную букву «Е». Формирование вертикальной основы этого E представляет собой молекулу, известную как глицерин. Глицерин является распространенным ингредиентом, используемым в производстве таких вещей, как мыло, фармацевтические препараты и косметика. К этому глицериновому остову прикреплены три длинные цепи, состоящие из углерода, водорода и кислорода, образующие горизонтальные элементы буквы Е. Они называются жирными кислотами.

 Ч Ч Ч Ч Ч Ч 
 / |  / 
С-----------С-----------С 
| | | 
О О О 
   
С=О С=О С=О 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
H-C-H H-C-H H-C-H 
| | | 
Ч Ч Ч

Так как же эти триацилглицеролы попадают в машину, грузовик или лодку? Биодизель — это не чистое растительное масло. Хотя в прошлом сырое растительное масло использовалось для топлива дизельных двигателей, оно обычно вызывало проблемы. Сырой жир или масло должны сначала пройти ряд химических реакций, чтобы стать топливом. Существует несколько различных способов производства биодизеля, но большинство производственных предприятий производят промышленное биодизельное топливо с помощью процесса, называемого переэтерификация. В этом процессе жир или масло сначала очищают, а затем реагируют со спиртом, обычно метанолом (CH3OH) или этанолом (CH3CH2OH), в присутствии катализатора, такого как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NaOH).Когда это происходит, триацилглицерин превращается в сложные эфиры и глицерин. Оставшиеся эфиры — это то, что мы называем биодизелем.

Это старые новости? В следующем разделе мы рассмотрим историю и мотивацию движения за биотопливо.

Фото предоставлено Бобом Алланом Текущее производство биодизеля в США осуществляется в основном из масла из соевых бобов, таких как эти, или из переработанного масла для приготовления пищи в ресторанах.

Концепция биотоплива на удивление стара. Рудольф Дизель, чье изобретение теперь носит его имя, предполагал использовать растительное масло в качестве источника топлива для своего двигателя. Фактически, большая часть его ранних работ была связана с использованием биотоплива. Например, в 1900 году на Всемирной выставке в Париже, Франция, Дизель продемонстрировал свой двигатель, запустив его на арахисовом масле. Точно так же Генри Форд ожидал, что его модель Т будет работать на этаноле, продукте из кукурузы. В конце концов, как в случае с Дизелем, так и в случае с Фордом, на сцену вышла нефть, которая оказалась наиболее логичным источником топлива. Среди прочего, это основывалось на предложении, цене и эффективности. Хотя это не было обычной практикой, растительные масла также использовались в качестве дизельного топлива в 1930-х и 1940-х годах.

Именно в 1970-х и 1980-х годах в Соединенных Штатах была пересмотрена идея использования биотоплива. Одно из самых важных событий произошло в 1970 году, когда Агентство по охране окружающей среды (EPA) приняло Закон о чистом воздухе. Это позволило Агентству по охране окружающей среды более строго регулировать стандарты выбросов загрязняющих веществ, таких как двуокись серы, окись углерода, озон и оксиды азота (NOx). Это подготовило почву для разработки более чистого топлива. Это также устанавливает стандарты для присадок к топливу.

События за рубежом, такие как арабское нефтяное эмбарго 1973–1974 годов и иранская революция 1978–1979 годов, в сочетании с сокращением добычи нефти внутри страны, способствовали росту цен. По данным Управления энергетической информации Министерства энергетики США, СШАимпорт сырой нефти был сокращен на 30% во время эмбарго, и «мировая цена на сырую нефть подскочила примерно с 14 долларов за баррель в начале 1979 года до более чем 35 долларов за баррель в январе 1981 года, прежде чем стабилизироваться. Цены не падали заметно до 1983 года. , когда мировая цена стабилизировалась между 28 и 29 долларами за баррель».

Руководство для потребителей Обзоры автомобилей
Получите рейтинги, обзоры, цены, основные моменты, новости и многое другое!

• Какой автомобиль среднего размера лучше?
• Какой лучший спортивный высокопроизводительный автомобиль?
• Какой лучший компактный внедорожник?
• Какой внедорожник среднего размера лучше?
• Какой самый лучший большой пикап?

Рекламное объявление

Плюсы

• Биодизель экологически безопасен.
• Это может помочь снизить зависимость от иностранной нефти.
• Помогает смазывать сам двигатель, уменьшая его износ.
• Его можно использовать практически на любом дизеле с незначительной модификацией двигателя или без нее.
• Это безопаснее, чем обычное дизельное топливо.

Контроль за выбросами занимает центральное место в споре о биодизеле, особенно в вопросах законодательства. Есть несколько компонентов выбросов, которые особенно вредны и вызывают беспокойство у ученых, законодателей и потребителей. Сера и родственные ей соединения способствуют образованию кислотных дождей; угарный газ является общепризнанным токсином; а углекислый газ способствует парниковому эффекту. Есть также некоторые менее известные соединения, вызывающие озабоченность, такие как полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), кольцеобразные соединения, которые связаны с образованием определенных видов рака. Твердые частицы (ТЧ) оказывают негативное воздействие на здоровье, а несгоревшие углеводороды способствуют образованию смога и озона.

Биодизель снижает вредные выбросы. Из нынешних видов биотоплива только биодизель успешно прошел испытания на выбросы в соответствии с Законом о чистом воздухе.

Кроме того, B100 может снизить выбросы CO2 на 78 процентов и снизить канцерогенные свойства дизельного топлива на 94 процента (Национальный совет по биодизелю, Управление транспортных технологий Министерства энергетики США).

Еще одна особенность биодизеля заключается в том, что он биоразлагаемый, а это означает, что он может разлагаться под действием естественных факторов, таких как бактерии. По данным EPA, биодизель разлагается в четыре раза быстрее, чем обычное дизельное топливо. Таким образом, в случае разлива, очистка будет проще, а последствия не будут такими пугающими. Это справедливо и для биодизельных смесей.

Биодизель может также снизить зависимость США от импортируемой нефти и повысить нашу энергетическую безопасность. Большая часть биодизеля в США производится из соевое масло, которая является основной отечественной культурой. С ростом спроса на нефть в США и сокращением мировых поставок возобновляемое топливо, такое как биодизельное топливо, при правильном применении может снизить некоторые потребности США в энергии.

Биодизель также способствует смазывающей способности двигателя или легкости его движения. Биодизель действует как растворитель, который помогает ослабить отложения и другие загрязнения внутри двигателя, которые потенциально могут вызвать засорение. Поскольку чистое биодизельное топливо не оставляет собственных отложений, это приводит к увеличенный срок службы двигателя. Подсчитано, что биодизельная смесь всего в 1 процент может увеличить смазывающую способность топлива на целых 65 процентов (Управление транспортных технологий Министерства энергетики США).

Биодизель также безопаснее. это нетоксичный (примерно в 10 раз менее токсичен, чем поваренная соль) и имеет более высокая температура воспламенения чем обычный дизель. Поскольку он горит при более высокой температуре, вероятность его случайного возгорания меньше. Это упрощает соблюдение правил перемещения и хранения. Далее мы рассмотрим минусы и будущее биодизеля.

Фото предоставлено Полом Ресслером.
Микроводоросли, организмы, из которых может быть получено дизельное топливо: микроводоросли, выращенные в американских юго-западных пустынях, однажды могут производить большое количество липидов для преобразования в биодизельное топливо.

Конечно, ничего не бывает без штрафа, и у биодизеля есть свои недостатки. Некоторые из них связаны с самим топливом, а многие — с более широкой картиной.

Одной из проблем с самим топливом является увеличение NOx в выбросах биодизеля. Часто при производстве дизельного топлива при уменьшении количества твердых частиц в выбросах происходит соответствующее увеличение оксидов азота, которые способствуют образованию смога. Хотя некоторые из этих проблем можно решить, отрегулировав сам двигатель, это не всегда возможно. В настоящее время исследуются технологии для снижения количества NOx в выбросах биодизеля.

Другая проблема связана с поведением биодизеля как растворитель. Хотя это свойство полезно, оно является палкой о двух концах. Некоторые старые автомобили с дизельным двигателем (например, автомобили, выпущенные до 1992 года) могут забиваться биодизельным топливом в более высоких концентрациях. Из-за своей способности разрыхлять отложения, образовавшиеся в двигателе (которые могут образоваться из-за старого дизельного топлива), биодизельное топливо может привести к забиванию топливного фильтра вновь освободившимися отложениями. Производители биодизеля предлагают заменить топливный насос вскоре после перехода на высококонцентрированные биодизельные смеси. Компоненты этих старых топливных систем также могут ухудшиться. Помимо отложений в топливной системе, биодизель также разрушает резиновые детали. Некоторые детали старых систем, такие как топливопроводы и уплотнения топливного насоса, могут выйти из строя из-за их резинового или резиноподобного состава. Обычно это лечится заменой таких компонентов. Хотя многие производители включили биодизель в свои гарантии, потенциальные проблемы все же могут существовать. Для получения дополнительной информации о биодизельном топливе и гарантиях на транспортные средства ознакомьтесь со стандартом на биодизельное топливо.

Кроме того, в некоторых двигателях могут быть незначительные снижение расхода топлива и мощности. В среднем мощность снижается примерно на 10 процентов. Другими словами, требуется около 1,1 галлона биодизеля, чтобы получить 1 галлон стандартного дизельного топлива.

Основные недостатки биодизеля связаны с более широкой картиной, а именно с рынком и связанной с ним логистикой. Из них наиболее важным является Стоимость. По данным EPA, чистое биодизельное топливо (B100) может стоить от 1,95 до 3,00 долларов за галлон, а смеси B20 в среднем на 30-40 центов за галлон дороже, чем стандартное дизельное топливо. Все это зависит от таких переменных, как используемое сырье и рыночные условия.

Для получения информации о местонахождении станций по производству биодизеля за пределами США обратитесь в местное агентство по биотопливу.

Так сколько мы зарабатываем? Учитывая количество различных производителей (например, федеральных, частных, промышленных) и источников сельскохозяйственных культур, сложно определить точную цифру. В настоящее время США производят около 75 миллионов галлонов биодизеля в год (Национальный совет по биодизелю). Это производство является гибким и может быть увеличено или уменьшено по мере необходимости.

Независимо от того, привлечет ли биодизель внимание к более ярким технологиям, работа над биодизелем, безусловно, будет продолжаться.

В настоящее время крупнейшим рынком биодизеля являются автопарки. По данным Национального совета по биодизелю, в Соединенных Штатах насчитывается более 100 таких автопарков, использующих биодизель. К ним относятся федеральные и общественные организации, такие как Почтовая служба США, ВВС США, Армия США, НАСА, Министерство энергетики США, Duke Energy и Florida Power and Light. Многие службы общественного транспорта также обращаются к биодизелю, чтобы дополнить использование бензина. Городские автобусы, такие как метро Цинциннати, также используют биодизель. Потенциальные будущие цели включают такие области, как судостроение и сельское хозяйство, а также отопление домов.

По мере роста осведомленности общественности о биодизеле и биотопливе в целом можно будет легко заговорить за обедом.Растет и политическая поддержка, и после принятия такого законодательства, как поправка к EPACT 1998 г., альтернативные источники топлива станут необходимостью в не столь отдаленном будущем.

Для получения дополнительной информации о биодизеле, биотопливе и смежных темах перейдите по ссылкам на следующей странице.