БИОДИЗЕЛ: ИСТОРИЯ, СВОЙСТВА, ВИДОВЕ, ПРЕДИМСТВА, НЕДОСТАТЪЦИ - ХИМИЯ - 2025

На биодизел гориво е естествен произход, които се получават реагиращите растителни масла или животински мазнини, с ниски молекулни алкохоли маса. Тази реакция се нарича трансестерификация; това означава, че от първоначалните триглицериди се образуват нови естери на мастни киселини (наричани също моно алкилови естери).

В други контексти вместо да се използва думата „трансестерификация“, се казва, че биомасата е подложена на алкохолиза, тъй като се обработва с алкохоли; сред тях и предимно метанол и етанол. Използването на метанол за производството на това биогориво е толкова често, че е почти синоним на него.

Биодизелова помпа B5. Източник: Pxhere.

Биодизелът е зелена алтернатива за използването на дизелово гориво, дизел или петродизел (подчертавайки още повече, че неговият състав се състои от нефтени въглеводороди). Въпреки това, техните свойства и качество по отношение на производителността при дизеловите двигатели не се различават твърде много, така че и двете горива се смесват в различни пропорции.

Някои от тези смеси могат да бъдат по-богати на биодизел (B100 например) или по-богат на петродизел (само с 5-20% биодизел). По този начин потреблението на дизел се разпространява с въвеждането на пазара на биодизел; не без първо да се преодолее поредица от етични, продуктивни и икономически проблеми.

От проста гледна точка, ако маслото може да се получи като течност, способна да гори и да генерира енергия за движение на машини, защо не и масло с естествен произход? Само това обаче не е достатъчно: трябва да се подложите на химическо третиране, ако искате да се състезавате или да сте в крак с изкопаемите горива.

Когато тази обработка се провежда с водород, се говори за усъвършенстване на растителното масло или животински мазнини; степента му на окисляване е ниска или молекулите му са фрагментирани. Като има предвид, че в биодизела вместо водород се използват алкохоли (метанол, етанол, пропанол и др.).

история

Реакция на трансестерификация

Отговорът на първия проблем, пред който биха се изправили биогоривата, беше открит в миналото. През 1853 г. двама учени, Е. Дъфи и Дж. Патрик, постигат първата преестерификация на растително масло, дори много преди Рудолф Дизел да започне първия си работещ двигател.

В този процес на трансестерификация триглицеридите на масла и / или мазнини реагират с алкохоли, главно метанол и етанол, за да се получат метилови и етилови естери на мастни киселини, както и глицерол като вторичен продукт. За ускоряване на реакцията се използва основен катализатор като KOH.

Най-важният момент от трансестерификацията на мазнините е, че осемдесет години по-късно белгийски учен на име Г. Чаван би пренасочил тази реакция, за да намали високия и контрапродуктивен вискозитет на растителните масла.

Рудолф Дизел и неговият двигател

Дизеловият двигател се появява през 1890 г., вече в края на 19 век, в отговор на ограниченията на парните машини. Той обедини всичко, което искате от двигател: мощност и издръжливост. Работи и с всякакъв вид гориво; и за възхищение на самия Рудолф и френското правителство, той можеше да работи със растителни масла.

Като източници на триглицериди е логично да се мисли, че когато се изгорят, те ще отделят топлина и енергия, способни да генерират механична работа. Дизелът подкрепя директната употреба на тези масла, тъй като приветства факта, че фермерите могат да преработват собствените си горива на места, далеч от нефтените находища.

Първият функционален модел на дизеловия двигател постигна успех при представянето му на 10 август 1893 г. в Августа, Германия. Неговият двигател работи на фъстъчено масло, тъй като Рудолф Дизел твърдо вярваше, че растителните масла могат да се конкурират с изкопаемите горива; но точно както са били обработени по суров начин, без последващи обработки.

Същият този двигател, който работи на фъстъчено масло, беше разкрит на Световния панаир в Париж през 1900 г. Въпреки това, той не привлече толкова голямо внимание, защото дотогава петролът беше много по-достъпен и по-евтин източник на гориво.

Petrodiesel

След смъртта на дизела през 1913 г. дизеловото гориво (дизелово или петродизел) се получава от рафиниране на нефт. И така моделът на дизеловия двигател, предназначен за фъстъчено масло, трябваше да бъде адаптиран и възстановен, за да работи с това ново гориво, което беше по-малко вискозно от всяко друго растително или биомасово масло.

Ето как петродизелът надделява в продължение на няколко десетилетия като най-евтината алтернатива. Просто не беше практично да сеят големи хектари зеленчукови маси, за да се събират маслата им, което в крайна сметка, тъй като бяха толкова вискозни, в крайна сметка създаде проблеми на двигателите и не изравни същите добиви, получени с бензин.

Проблемът с това изкопаемо гориво беше, че той увеличава замърсяването на атмосферата, а също така зависи от икономиката и политиката на нефтените дейности. Предвид невъзможността да се прибягва до него, в някои контексти растителните масла се използват за мобилизиране на тежки превозни средства и машини.

Биогориво през Втората световна война

Когато през Втората световна война петролът започна да е оскъден в резултат на конфликта, няколко държави намериха за необходимо отново да се насочат към растителните масла; но те трябваше да се справят с повредите на стотици хиляди двигатели поради разликата във вискозитета, която техният дизайн не можеше да понася (и още по-малко, ако бяха с емулгирана вода).

След войната нациите отново забравиха за растителните масла и възобновиха практиката да изгарят само бензин и петродизел.

Раждане на биодизел

Проблемът с вискозитета е решен в малък мащаб от белгийския учен Г. Шаване през 1937 г., който получи патент за своя метод за получаване на етилови естери на мастни киселини от обработено с етанол палмово масло.

Следователно може да се каже, че биодизелът е роден официално през 1937 г.; но засаждането и масовото му производство трябваше да изчакат до 1985 г., извършено в австрийски селскостопански университет.

Подлагайки тези растителни масла на трансестерификация, проблемът с вискозитета най-накрая беше решен, като съответства на производителността на петродизела и дори представлява зелена алтернатива над него.

Имоти

Свойствата на биодизела зависят в глобален мащаб от суровината, с която той е произведен. Може да има цветове, вариращи от златисто до тъмно кафяво, физически вид, който зависи от производствения процес.

Най-общо казано, това е гориво с добра смазване, което намалява шума на двигателя, удължава живота му и изисква по-малко инвестиции за поддръжка.

Той има точка на запалване по-висока от 120 ° C, което означава, че докато външната температура не надвишава тази, няма риск от пожар; Това не е така при дизела, който може да изгори дори при 52ºC (много лесно да се постигне за запалена цигара).

Поради липсата на ароматни въглеводороди като бензол и толуен, той не представлява канцерогенен риск в случай на разлив или продължителна експозиция.

По същия начин той няма сяра в състава си, така че не произвежда замърсяващи газове SO ₂ или SO ₃. Когато се смесва с дизел, той му придава по-голям смазочен характер от естествените му серни съединения. Всъщност сярата е нежелан елемент и когато дизелът се десулфуризира, той губи смазване, което трябва да бъде възстановено с биодизел или други добавки.

Получаване и производство

Биодизелът се получава от трансестерифицирани растителни масла или животински мазнини. Но кое от тях трябва да представлява суровината? В идеалния случай тази, която генерира по-големи количества масло или мазнини от по-малка площ за отглеждане; че в по-подходящи условия това ще бъде броят на хектарите, които заема вашата земеделска земя.

Добрият биодизел трябва да идва от култура (зърнени култури, семена, плодове и др.), Която произвежда големи количества масло от малки находища; в противен случай техните култури ще бъдат необходими за покриване на цели страни и не биха били икономически жизнеспособни.

След като биомасата е събрана, маслото трябва след това да бъде извлечено чрез безкрайни процеси; сред тях, например, е използването на свръхкритични течности за пренасяне и разтваряне на масло. След като маслото се получи, то се подлага на преестерификация с цел намаляване на вискозитета му.

Трансестерификацията се постига чрез смесване на маслото с метанол и основа в партидни реактори, под ултразвук, свръхкритични течности, механично разбъркване и др. Когато се използва метанол, се получават метилови естери на мастни киселини (FAME, за съкращението му на английски: Fatty Acid Methyl Ester).

Ако от друга страна се използва етанол, ще се получат етилови естери на мастни киселини (FAEE). Именно тези естери и техните кислородни атоми характеризират биодизела.

Метанол и глицерол

Метанолът е алкохолът, използван предимно като суровина при производството на биодизел; и глицеролът, от друга страна, е страничен продукт, който може да се използва за подпомагане на други промишлени процеси и следователно прави производството на биодизел по-печеливш.

Глицеролът идва от оригиналните триглицеридни молекули, който се заменя с метанол за създаване на три DMARDs.

Видове биодизел

Различните масла или мазнини имат свой профил на мастни киселини; следователно, всеки биодизел има различни моно-алкилови естери в резултат на преестерификация. Въпреки това, тъй като тези естери почти не се различават по дължината на въглеродните си вериги, получените горива не показват големи колебания между техните свойства.

Така че няма класификация за биодизел, а по-скоро различна ефективност и рентабилност в зависимост от източника на масло или мазнини, който е избран за неговото производство. Съществуват обаче смеси от биодизел и петродизел, тъй като и двете горива могат да се смесват и да се смесват помежду си, осигурявайки полезните им качества за двигателя.

Чистият биодизел се казва B100; което е равно на 0% петродизел в състава си. След това има други смеси:

- B20 (с 80% петродизел).

- B5 (с 95% петродизел).

- B2 (с 98% петродизел).

Автомобилите, построени преди 1996 г., не могат да използват B100 в своите двигатели, без да се налага да заменят определени компоненти, които се влошават поради действието му на разтворител. Въпреки това, дори и днес има модели автомобили, които не позволяват големи концентрации на биодизел в заводските си гаранции, затова препоръчват да се използват смеси, по-ниски от В20.

предимство

По-долу е представена серия от предимства, които биодизелът има пред петродизела и които го правят зелена и привлекателна алтернатива:

- Получава се от биомаса, суровина, която може да се възобновява и която често се губи като отпадъци.

- Биоразградим и нетоксичен. Следователно, няма да замърси почвите или моретата, ако случайно се разлее.

- Високата му точка на възпламеняване го прави по-безопасен при съхранението и транспортирането му.

- Той не произвежда парникови газове, тъй като освободеният CO ₂ представлява същото количество от това, което се абсорбира от растенията. Благодарение на това той също е съобразен с протокола от Киото.

- Насърчава селските дейности за засаждане на култури, от които се добива растително масло.

- Може дори да се произвежда от пържено масло. Този момент ви е от полза, защото рециклираното масло, битово или от ресторанти, вместо да се изхвърля и замърсява подземните води, може да се използва за производство на повече зелено гориво.

- Представлява начин за дългосрочна независимост от петрола и неговите производни.

- Оставя по-малко остатъци при изгаряне.

- Бактериалните водорасли в допълнение към соята и слънчогледовите семена са обещаващ източник на негодни за употреба (и нежелан за много) биодизел.

Недостатъци

Не всичко е перфектно с това гориво. Биодизелът също има ограничения, които трябва да бъдат преодолени, ако иска да замени нефтен дизел. Някои от тези ограничения или неудобства при използването му са:

- Има по-висока температура на втвърдяване, което означава, че при ниски температури се превръща в гел.

- Неговата разтворителна сила може да унищожи естествената каучук и полиуретанова пяна, присъстваща в автомобили, сглобени преди 1990 г.

- По-скъп е от петродизела.

- Увеличава цените на културите и храните, тъй като те включват добавена стойност, когато се използват като суровина за биодизел.

- В зависимост от биомасата може да се нуждаят от много хектари обработка, което би означавало отнемане на чужди за тази цел екосистеми и следователно би повлияло на дивата фауна.

- Въпреки че не отделя серни газове по време на горенето си, той отделя по-високи концентрации на азотни оксиди, NO _x.

- Ще се използват големи количества храна, която вместо да засища глада, ще се използва за производството на биодизел.

Препратки

1. Wikipedia. (2019). Биодизелът. Възстановено от: en.wikipedia.org
2. Пенелопе. (28 декември 2011 г.). Биодизел: предимства и недостатъци. Twenergy. Възстановени от: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Биодизелът. Възстановена от: Plantasdebiomasa.net
4. Ван Герпен Джон. (03 април 2019 г.). История на биодизела. Ферма енергия. Възстановено от: farm-energy.extension.org
5. Скот Хес. (2019). Как работи биодизелът. Как нещата работят. Възстановени от: auto.howstuffworks.com
6. Тихоокеански биодизел. (2019). Биодизелът. Възстановено от: biodiesel.com