BIODĪZEĻDEGVIELA: VĒSTURE, ĪPAŠĪBAS, VEIDI, PRIEKŠROCĪBAS, TRŪKUMI - ĶĪMIJA - 2025

Biodīzeļdegviela degviela ir dabiskas izcelsmes, kas ir iegūts no reaģējošās augu eļļas vai dzīvnieku taukiem, ar zemu molekulāro masu spirtiem. Šo reakciju sauc par pāresterificēšanu; tas ir, no sākotnējiem triglicerīdiem veidojas jauni taukskābju esteri (ko sauc arī par monoalkil esteriem).

Citos kontekstos vārda “pāresterificēšana” vietā tiek teikts, ka biomasa tiek alkoholizēta, jo to apstrādā ar spirtiem; starp tiem un pārsvarā metanols un etanols. Metanola izmantošana šīs biodegvielas ražošanai ir tik izplatīta, ka tas ir gandrīz sinonīms tam.

Biodīzeļa pumpis B5. Avots: Pxhere.

Biodīzeļdegviela ir videi draudzīga alternatīva dīzeļdegvielas, dīzeļdegvielas vai petrozīla izmantošanai (vēl vairāk uzsverot, ka tās sastāvs ir naftas ogļūdeņraži). Tomēr to īpašības un kvalitāte attiecībā uz veiktspēju dīzeļdzinējos pārāk neatšķiras, tāpēc abas degvielas tiek sajauktas dažādās proporcijās.

Daži no šiem maisījumiem var būt bagātāki ar biodīzeļdegvielu (piemēram, B100) vai bagātāki ar petrodeles degvielu (ar tikai 5-20% biodīzeļdegvielas). Tādā veidā izplatās dīzeļdegvielas patēriņš, kad tirgū nonāk biodīzeļdegviela; vispirms nenovēršot virkni ētisku, produktīvu un ekonomisku problēmu.

No vienkārša viedokļa, ja eļļu var iegūt kā šķidrumu, kas spēj sadedzināt un radīt enerģiju mašīnām pārvietošanai, kāpēc gan ne dabiskas izcelsmes eļļu? Tomēr ar to vien nepietiek: ja vēlaties sacensties vai sekot fosilā kurināmā izmantošanai, jums jāveic ķīmiskā apstrāde.

Kad šo apstrādi veic ar ūdeņradi, tiek runāts par augu eļļas vai dzīvnieku tauku uzlabošanu; tā oksidācijas pakāpe ir zema vai tā molekulas ir sadrumstalotas. Tā kā biodīzeļdegvielā ūdeņraža vietā tiek izmantoti spirti (metanols, etanols, propanols utt.).

Vēsture

Pāresterifikācijas reakcija

Atbilde uz pirmo problēmu, ar kuru saskarsies biodegviela, tika atklāta iepriekš. Jau 1853. gadā divi zinātnieki E. Duffy un J. Patrick panāca pirmo augu eļļas pāresterificēšanu, pat ilgi pirms Rūdolfs Dīzelis sāka savu pirmo darba motoru.

Šajā pāresterifikācijas procesā eļļu un / vai tauku triglicerīdi reaģē ar spirtiem, galvenokārt ar metanolu un etanolu, iegūstot taukskābju metil- un etilesterus, kā arī glicerīnu kā sekundāru produktu. Lai paātrinātu reakciju, tiek izmantots pamata katalizators, piemēram, KOH.

Svarīgākais tauku pāresterificēšanas punkts ir tas, ka astoņdesmit gadus vēlāk beļģu zinātnieks, vārdā G. Čavanne, novirzītu šo reakciju, lai samazinātu augu eļļu augsto un neproduktīvo viskozitāti.

Rūdolfs Dīzelis un viņa dzinējs

Dīzeļdzinējs parādījās 1890. gadā, jau 19. gadsimta beigās, reaģējot uz tvaika dzinēju ierobežojumiem. Tajā tika apvienots viss, ko vēlējāties no motora: jauda un izturība. Tas strādāja arī ar jebkura veida degvielu; un paša Rūdolfa un Francijas valdības apbrīnai viņš varēja strādāt ar augu eļļām.

Būdami triglicerīdu enerģijas avoti, bija loģiski domāt, ka sadedzinot tie izdalīs siltumu un enerģiju, kas spēj radīt mehānisku darbu. Dīzelis atbalstīja šo eļļu tiešu izmantošanu, jo viņš pauda gandarījumu, ka lauksaimnieki var pārstrādāt savu degvielu vietās, kas atrodas ļoti tālu no naftas laukiem.

Pirmais dīzeļdzinēja funkcionālais modelis guva panākumus tā prezentācijā 1893. gada 10. augustā Augusta pilsētā, Vācijā. Tā dzinējs darbojās ar zemesriekstu eļļu, jo Rūdolfs Dīzelis stingri uzskatīja, ka augu eļļas var konkurēt ar fosilo degvielu; bet tāpat kā tie tika apstrādāti neapstrādātā veidā, bez turpmākas apstrādes.

Šis pats dzinējs, kas darbojās ar zemesriekstu eļļu, tika prezentēts pasaules izstādē Parīzē 1900. gadā. Tomēr tas nepievērsa lielu uzmanību, jo līdz tam eļļa bija daudz pieejamāks un lētāks degvielas avots.

Petrodiesel

Pēc Dīzeļa nāves 1913. gadā no naftas rafinēšanas tika iegūta dīzeļdegviela (dīzeļdegviela vai benzīns). Un tāpēc zemesriekstu eļļai paredzētais dīzeļdzinēja modelis bija jāpielāgo un jāpārbūvē, lai darbotos ar šo jauno degvielu, kas bija mazāk viskoza nekā jebkura cita augu vai biomasas eļļa.

Tā petrodiesel dominēja vairākus gadu desmitus kā lētākā alternatīva. Vienkārši nebija praktiski sēt lielus hektārus dārzeņu masas, lai savāktu to eļļas, kuras galu galā, būdamas tik viskozas, radīja problēmas motoriem un nebija vienādas ar ražu, ko ieguva ar benzīnu.

Šī fosilā kurināmā problēma bija tā, ka tas palielināja atmosfēras piesārņojumu, un tas bija atkarīgs arī no naftas ieguves darbību ekonomikas un politikas. Ņemot vērā to, ka nav iespējams to izmantot, dažos gadījumos augu eļļas tika izmantotas, lai mobilizētu smagos transportlīdzekļus un mehānismus.

Biodegviela Otrajā pasaules karā

Kad Otrajā pasaules karā konflikta rezultātā naftas sāka trūkt, vairākas valstis uzskatīja par nepieciešamību atkal pievērsties augu eļļām; bet viņiem bija jārisina simtiem tūkstošu motoru bojājumi viskozitātes atšķirību dēļ, kuru to konstrukcija nevarēja pieļaut (un vēl mazāk, ja tie būtu emulģējuši ūdeni).

Pēc kara tautas atkal aizmirsa par augu eļļām un atsāka praktizēt tikai benzīna un petroleja degvielu.

Biodīzeļdegvielas dzimšana

Viskozitātes problēmu nelielā mērogā atrisināja Beļģijas zinātnieks G. Čavanns 1937. gadā, kuram tika piešķirts patents par viņa metodi taukskābju etilesteru iegūšanai no ar etanolu apstrādātas palmu eļļas.

Tāpēc var teikt, ka biodīzeļdegviela formāli dzima 1937. gadā; bet tā stādīšana un masveida ražošana bija jāgaida līdz 1985. gadam, ko veica Austrijas lauksaimniecības universitātē.

Pakļaujot šīs augu eļļas pāresterificēšanai, viskozitātes problēma beidzot tika atrisināta, saskaņojot petrodīzeļa veiktspēju un pat parādot zaļu alternatīvu virs tā.

Īpašības

Biodīzeļdegvielas īpašības globāli ir atkarīgas no izejvielām, ar kurām tā tika ražota. Tam var būt krāsas, sākot no zelta līdz tumši brūnai, fiziska izskata, kas atkarīgs no ražošanas procesa.

Kopumā tā ir degviela ar labu eļļošanu, kas samazina motora troksni, paildzina tā kalpošanas laiku un prasa mazāk investīciju uzturēšanai.

Tā aizdegšanās punkts ir augstāks par 120ºC, kas nozīmē, ka, kamēr ārējā temperatūra to nepārsniedz, nav ugunsgrēka riska; Tas neattiecas uz dīzeļdegvielu, kas var degt pat 52ºC temperatūrā (to ir viegli panākt, ja deg cigarete).

Tā kā trūkst aromātisku ogļūdeņražu, piemēram, benzola un toluola, tas nerada kancerogēnu risku noplūdes vai ilgstošas ​​iedarbības gadījumā.

Tas arī nav sērs tās sastāvu, lai tādējādi izvairītos no piesārņojošo gāzu SO ₂ vai SO ₃ . Sajaucot ar dīzeļdegvielu, tas piešķir tai lielāku eļļošanas raksturu nekā dabiskie sēra savienojumi. Faktiski sērs ir nevēlams elements, un, desulfurizējot dīzeļdegvielu, tas zaudē eļļošanu, kas jāatgūst ar biodīzeļdegvielu vai citām piedevām.

Iegūšana un izgatavošana

Biodīzeļdegvielu iegūst no pāresterificētām augu eļļām vai dzīvnieku taukiem. Bet kuram no tiem vajadzētu būt izejmateriāliem? Ideālā gadījumā tas, kas no mazākas audzēšanas vietas rada lielāku daudzumu eļļas vai tauku; ka, pareizāk izsakoties, tas būs hektāru skaits, ko aizņem jūsu lauksaimniecības zeme.

Labai biodīzeļdegvielai jābūt no kultūrauga (graudi, sēklas, augļi utt.), Kas no maziem laukiem ražo lielu daudzumu eļļas; pretējā gadījumā viņu kultūrām būtu jāaptver visas valstis, un tās nebūtu ekonomiski izdevīgas.

Kad biomasa ir savākta, eļļa jāiegūst, izmantojot bezgalīgus procesus; starp tiem, piemēram, ir superkritisko šķidrumu izmantošana eļļas pārvadāšanai un izšķīdināšanai. Kad eļļa ir iegūta, to pakļauj pāresterificēšanai, lai samazinātu tās viskozitāti.

Pāresterificēšanu panāk, sajaucot eļļu ar metanolu un bāzi sērijveida reaktoros vai nu ar ultraskaņu, ar superkritiskiem šķidrumiem, ar mehānisku maisīšanu utt. Izmantojot metanolu, iegūst taukskābju metilesterus (FAME, tā akronīms angļu valodā: Fatty Acid Methyl Ester).

No otras puses, ja tiek izmantots etanols, iegūs taukskābju etilesterus (FAEE). Visi šie esteri un to skābekļa atomi raksturo biodīzeļdegvielu.

Metanols un glicerīns

Metanols ir spirts, ko galvenokārt izmanto kā izejvielu biodīzeļdegvielas ražošanā; un glicerīns, no otras puses, ir blakusprodukts, ko varētu izmantot, lai atbalstītu citus rūpniecības procesus, un tāpēc biodīzeļdegvielas ražošana būtu rentabla.

Glicerīns nāk no sākotnējām triglicerīdu molekulām, kuras aizstāj ar metanolu, lai izveidotu trīs DMARD.

Biodīzeļdegvielas veidi

Dažādām eļļām vai taukiem ir savs taukskābju profils; tāpēc katra biodīzeļdegvielas pāresterificēšanas rezultātā ir atšķirīgi monoalkil-esteri. Tā kā šie esteri gandrīz neatšķiras pēc to oglekļa ķēžu garuma, iegūtajām degvielām nav raksturīgas lielas svārstības starp to īpašībām.

Tāpēc biodīzeļdegvielai nav klasifikācijas, bet drīzāk ir atšķirīga efektivitāte un rentabilitāte atkarībā no eļļas vai tauku avota, kas izvēlēts tās ražošanai. Tomēr ir arī biodīzeļdegvielas un petrozīla maisījumi, jo abas degvielas var sajaukt un viegli sajaukties, nodrošinot to labvēlīgās īpašības motoram.

Tiek uzskatīts, ka tīra biodīzeļdegviela ir B100; kas tā sastāvā ir vienāds ar 0% petrodīzeļa. Tad ir arī citi maisījumi:

- B20 (ar 80% petrodīzeļa).

- B5 (ar 95% petroliseli).

- B2 (ar 98% petroliseli).

Automašīnas, kas būvētas pirms 1996. gada, nevarēja izmantot B100 savos dzinējos, nenomainot noteiktas sastāvdaļas, kas sabojājās tā šķīdinātāja darbības dēļ. Tomēr pat šodien ir automašīnu modeļi, kuru rūpnīcas garantijās nav pieļaujama liela biodīzeļdegvielas koncentrācija, tāpēc viņi iesaka izmantot maisījumus, kas ir zemāki par B20.

Priekšrocība

Zemāk ir sniegts to priekšrocību kopumu sadalījums, kuras biodīzeļdegvielai ir salīdzinājumā ar benzīna degvielu un kas padara to par zaļu un pievilcīgu alternatīvu:

- To iegūst no biomasas - izejvielām, kas ir atjaunojamas un kuras bieži tiek zaudētas kā atkritumi.

- Tas ir bioloģiski noārdāms un nav toksisks. Tāpēc, ja nejauši izlijis, tas nepiesārņo augsni vai jūras.

- Tā augstā uzliesmošanas temperatūra padara to drošāku, to uzglabājot un pārvadājot.

- Tas nerada siltumnīcefekta gāzes, jo izdalītais CO ₂ veido tādu pašu daudzumu, ko absorbē augi. Pateicoties tam, tas atbilst arī Kioto protokolam.

- veicina lauku aktivitātes tādu kultūru stādīšanai, no kurām iegūst augu eļļu.

- To var ražot pat no ceptas eļļas. Šis punkts to ļoti atbalsta, jo pārstrādātu eļļu, kas iegūta mājās vai no restorāniem, tā vietā, lai to iznīcinātu un piesārņotu gruntsūdeņus, var izmantot zaļākas degvielas ražošanai.

- ir veids, kā ilgtermiņā kļūt neatkarīgam no naftas un tās atvasinājumiem.

- Sadedzinot atstāj mazāk atlikumu.

- Baktēriju aļģes papildus sojas pupām un saulespuķu sēklām ir daudzsološs neēdamas (un daudziem nevēlamas) biodīzeļdegvielas avots.

Trūkumi

Ar šo degvielu ne viss ir ideāli. Biodīzeļdegvielai ir arī ierobežojumi, kas jāpārvar, ja tas aizvieto naftas dīzeļdegvielu. Daži no šiem ierobežojumiem vai tā lietošanas neērtībām ir:

- Tam ir augstāka sacietēšanas temperatūra, kas nozīmē, ka zemā temperatūrā tas kļūst par gēlu.

- Tā šķīdinātāja jauda var iznīcināt dabisko kaučuku un poliuretāna putas, kas atrodas automašīnās, kas samontētas pirms 1990. gada.

- Tas ir dārgāks nekā petrodezeļi.

- Palielina kultūru un pārtikas cenas, jo tām ir pievienotā vērtība, ja tās izmanto kā biodīzeļdegvielas izejvielu.

- Atkarībā no biomasas tai var būt nepieciešami daudzi hektāri audzēšanas, kas nozīmētu ekosistēmu uzņemšanu šim mērķim svešās teritorijās un tādējādi ietekmētu savvaļas faunu.

- Kaut arī sadegšanas laikā tas nerada sēra gāzes, tas tomēr izdala augstākas slāpekļa oksīdu, NO _{x koncentrācijas} .

- Būtu jāizmanto liels daudzums pārtikas, kuru vietā, lai nomierinātu badu, tiktu izmantots biodīzeļdegvielas ražošanai.

Atsauces

1. Wikipedia. (2019. gads). Biodīzeļdegviela. Atgūts no: en.wikipedia.org
2. Penelope. (2011. gada 28. decembris). Biodīzeļdegviela: priekšrocības un trūkumi. Twenergy. Atgūts no: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodīzeļdegviela. Atgūts no: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpens Jons. (2019. gada 03. aprīlis). Biodīzeļdegvielas vēsture. Saimniecības enerģija. Atgūts no: farm-energy.extension.org
5. Skots Hess. (2019. gads). Kā darbojas biodīzeļdegviela. Kādarbi. Atgūts no: auto.howstuffworks.com
6. Klusā okeāna biodīzeļdegviela. (2019. gads). Biodīzeļdegviela. Atgūts no: biodiesel.com