BIODIZEL: ZGODOVINA, LASTNOSTI, VRSTE, PREDNOSTI, SLABOSTI - KEMIJA - 2026

Biodizel gorivo je naravnega izvora, ki je pridobljen z reakcijo rastlinskih olj ali živalskih maščob z majhno maso alkoholi molekularnih. Ta reakcija se imenuje transesterifikacija; to pomeni, da iz prvotnih trigliceridov nastajajo novi estri maščobnih kislin (imenovani tudi monoalkilni estri).

V drugih okoliščinah se biomasa namesto z besedo „transaterifikacija“ trdi, da je podvržena alkoholizi, ker se zdravi z alkoholi; med njimi in pretežno metanol in etanol. Uporaba metanola za proizvodnjo tega biogoriva je tako pogosta, da je z njim skoraj sinonim.

Črpalka za biodizel B5. Vir: Pxhere.

Biodizel je zelena alternativa za uporabo dizelskega goriva, dizla ali petrodizla (še bolj poudarja, da je njegova sestava sestavljena iz naftnih ogljikovodikov). Vendar se njihove lastnosti in kakovost glede na zmogljivosti pri dizelskih motorjih ne razlikujejo preveč, tako da se obe gorivi mešata v različnih razmerjih.

Nekatere od teh mešanic so lahko bogatejše z biodizlom (na primer B100) ali bogatejše s petrodizlom (s samo 5-20% biodizla). Na ta način se poraba dizla širi, ko se na trg uvaja biodizel; ne da bi prej premagali vrsto etičnih, produktivnih in gospodarskih težav.

Če preprosto olje dobimo kot tekočino, ki lahko gori in ustvarja energijo za premikanje strojev, zakaj ne olje naravnega izvora? Vendar pa to samo po sebi ni dovolj: opraviti morate kemično obdelavo, če želite tekmovati ali biti v koraku s fosilnimi gorivi.

Ko se ta obdelava izvaja z vodikom, se govori o rafiniranju rastlinskega olja ali živalskih maščob; njegova stopnja oksidacije je nizka ali pa so njene molekule razdrobljene. Medtem ko se v biodizelu namesto vodika uporabljajo alkoholi (metanol, etanol, propanol itd.).

Zgodovina

Reakcija transseterifikacije

Odgovor na prvo težavo, s katero bi se srečala biogoriva, je bil odkrit v preteklosti. Leta 1853 sta dva znanstvenika, E. Duffy in J. Patrick, dosegla prvo preobraženje rastlinskega olja, še mnogo preden je Rudolf Diesel zagnal svoj prvi delujoči motor.

V tem postopku preeterifikacije trigliceridi olj in / ali maščob reagirajo z alkoholi, predvsem metanolom in etanolom, da nastanejo metilni in etilni estri maščobnih kislin, pa tudi glicerol kot sekundarni proizvod. Za pospešitev reakcije se uporablja osnovni katalizator, kot je KOH.

Najpomembnejša točka transaterifikacije maščob je, da bi osemdeset let pozneje belgijski znanstvenik z imenom G. Chavanne preusmeril to reakcijo, da bi zmanjšal visoko in kontraproduktivno viskoznost rastlinskih olj.

Rudolf Diesel in njegov motor

Dizelski motor se je pojavil leta 1890, že konec 19. stoletja, kot odgovor na omejitve parnih strojev. Združil je vse, kar ste želeli od motorja: moč in vzdržljivost. Delovalo je tudi s katero koli vrsto goriva; na občudovanje samega Rudolfa in francoske vlade pa je lahko delal z rastlinskimi olji.

Ker so trigliceridi viri energije, je bilo logično misliti, da ob izgorevanju sprostijo toploto in energijo, ki lahko ustvarjajo mehansko delo. Diesel je podprl neposredno uporabo teh olj, saj je pozdravil, da lahko kmetje predelajo svoja goriva na krajih, zelo oddaljenih od naftnih polj.

Prvi funkcionalni model dizelskega motorja je bil uspešen na predstavitvi 10. avgusta 1893 v Augusti v Nemčiji. Njegov motor je deloval na arašidovem olju, saj je Rudolf Diesel trdno verjel, da lahko rastlinska olja tekmujejo fosilnim gorivom; toda ravno tako, kot so bili obdelani na surov način, brez nadaljnjih obdelav.

Ta isti motor, ki je poganjal arašidovo olje, je bil predstavljen na svetovnem sejmu v Parizu leta 1900. Vendar pa ni pritegnil toliko pozornosti, ker je bilo do takrat olje veliko bolj dostopen in cenejši vir goriva.

Petrodizel

Po Dieselovi smrti leta 1913 je bilo pri rafiniranju nafte pridobljeno dizelsko olje (dizel ali petrodizel). In zato je bilo treba dizelski motor, ki je bil zasnovan za arašidovo olje, prilagoditi in preoblikovati za delo s tem novim gorivom, ki je manj viskozno kot katero koli drugo rastlinsko ali biomasno olje.

Tako je petrodizel več desetletij prevladoval kot najcenejša alternativa. Preprosto ni bilo praktično sejati velikih hektarjev zelenjavnih mas za zbiranje njihovih olj, kar je na koncu tako zelo viskozno povzročilo težave motorjem in ni bilo enakih donosov, pridobljenih z bencinom.

Težava s fosilnim gorivom je bila v tem, da je povečala onesnaževanje ozračja, odvisna pa je bila tudi od ekonomije in politike naftnih dejavnosti. Glede na to, da se zanjo ni mogoče zateči, so bila v nekaterih okoliščinah uporabljena rastlinska olja za mobilizacijo težkih vozil in strojev.

Biogorivo v drugi svetovni vojni

Ko je v drugi svetovni vojni zaradi spora začelo primanjkovati nafte, je več držav ugotovilo, da se je treba spet obrniti na rastlinska olja; vendar so se morali spoprijeti s škodo več sto tisoč motorjev zaradi razlike v viskoznosti, ki jih njihova zasnova ni mogla prenašati (in še manj, če bi imeli emulgirano vodo).

Po vojni so narodi spet pozabili na rastlinska olja in nadaljevali s kurjenjem samo bencina in petrodizla.

Rojstvo biodizla

Težava z viskoznostjo je leta 1937 v majhnem obsegu rešil belgijski znanstvenik G. Chavanne, ki je dobil patent za svojo metodo pridobivanja etilnih estrov maščobnih kislin iz palmovega olja, obdelanega z etanolom.

Zato lahko rečemo, da se je biodizel formalno rodil leta 1937; vendar so morali na njegovo sajenje in množično pridelavo počakati do leta 1985, ki so jo opravili na avstrijski kmetijski univerzi.

S tem, da so ta rastlinska olja podvrgli transaterifikaciji, je bil problem z viskoznostjo končno rešen, kar je ustrezalo zmogljivosti petrodizla in celo predstavljalo zeleno alternativo nad njim.

Lastnosti

Lastnosti biodizla so globalno odvisne od surovine, s katero je bil proizveden. Lahko ima barve, od zlate do temno rjave, fizičnega videza, ki je odvisen od proizvodnega procesa.

Na splošno gre za gorivo z dobro mazljivostjo, ki zmanjšuje hrup motorja, podaljša njegovo življenjsko dobo in za vzdrževanje potrebuje manj naložb.

Ima vžigalno točko višjo od 120 ° C, kar pomeni, da dokler zunanja temperatura ne presega te, ne obstaja nevarnost požara; To ne velja pri dizlu, ki lahko gori tudi pri 52 ° C (zelo enostavno doseči za prižgano cigareto).

Zaradi pomanjkanja aromatičnih ogljikovodikov, kot sta benzen in toluen, ne predstavlja kancerogenega tveganja v primeru razlitja ali dolgotrajne izpostavljenosti.

Prav tako v svoji sestavi nima žvepla, zato ne proizvaja onesnaževalnih plinov SO ₂ ali SO ₃ . Če je mešan z dizlom, mu daje večji mazalni značaj kot naravne žveplove spojine. Pravzaprav je žveplo nezaželen element, pri razžvepljevanju dizla pa izgubi mazanje, ki ga je treba obnoviti z biodizlom ali drugimi dodatki.

Pridobivanje in izdelava

Biodizel se pridobiva iz preoblikovanih rastlinskih olj ali živalskih maščob. Toda, katera od njih naj bi predstavljala surovino? V idealnem primeru je tista, ki na manjši rastni površini ustvari večje količine olja ali maščobe; da bi bilo bolj primerno število hektarjev, ki jih zasedajo vaše kmetijske površine.

Dober biodizel mora izvirati iz pridelka (zrna, semena, sadje itd.), Ki na majhnih poljih proizvede velike količine olja; v nasprotnem primeru bi morali njihovi posevki pokrivati ​​celotne države in ne bi bili ekonomsko donosni.

Ko je biomasa zbrana, je treba olje nato črpati z neskončnimi postopki; med njimi je na primer uporaba nadkritičnih tekočin za prenašanje in raztapljanje olja. Ko je olje pridobljeno, ga podvržemo ponovni sterilizaciji, da se zmanjša njegova viskoznost.

Transeterifikacijo dosežemo z mešanjem olja z metanolom in bazo v šaržnih reaktorjih bodisi pod ultrazvokom, nadkritičnimi tekočinami, mehanskim mešanjem itd. Pri uporabi metanola dobimo metilne estre maščobnih kislin (FAME, za kratico v angleščini: Fatty Acid Methyl Ester).

Če uporabimo etanol, dobimo etilne estre maščobnih kislin (FAEE). Vsi ti estri in njihovi kisikovi atomi so značilni za biodizel.

Metanol in glicerol

Metanol je alkohol, ki se pretežno uporablja kot surovina pri proizvodnji biodizla; glicerol pa je po drugi strani stranski proizvod, ki ga je mogoče uporabiti za podporo drugih industrijskih procesov in s tem narediti proizvodnjo biodizla donosnejšo.

Glicerol izvira iz prvotnih molekul trigliceridov, ki ga nadomesti metanol, da nastanejo trije DMARD-ji.

Vrste biodizla

Različna olja ali maščobe imajo svoje profile maščobnih kislin; zato ima vsak biodizel različne mono-alkilne estre kot posledico transaterifikacije. Kljub temu, ker se ti estri komajda razlikujejo po dolžini njihovih ogljikovih verig, dobljena goriva ne kažejo velikih nihanj med svojimi lastnostmi.

Torej ne obstaja razvrstitev biodizla, temveč različna učinkovitost in donosnost glede na vir olja ali maščobe, ki je izbran za njegovo proizvodnjo. Vendar pa obstajajo mešanice biodizla in petrodizla, saj se obe gorivi lahko mešata in se med seboj mešata, kar zagotavlja njune koristne lastnosti za motor.

Čisti biodizel naj bi bil B100; kar je v svoji sestavi enako 0% petrodizla. Potem so tu še druge mešanice:

- B20 (z 80% petrodizla).

- B5 (s 95% petrodizla).

- B2 (z 98% petrodizla).

Avtomobili, izdelani pred letom 1996, niso mogli uporabljati B100 v svojih motorjih, ne da bi morali zamenjati nekatere sestavne dele, ki so se zaradi njegovega topila poslabšali. Vendar tudi danes obstajajo modeli avtomobilov, ki v svojih tovarniških garancijah ne dovoljujejo velikih koncentracij biodizla, zato priporočajo uporabo mešanic, ki so nižje od B20.

Prednost

Spodaj je razčlenjen niz prednosti, ki jih ima biodizel pred petrodizlom in zaradi katerih je zelena in privlačna alternativa:

- Pridobivajo ga iz biomase, surovine, ki je obnovljiva in se pogosto izgublja kot odpad.

- Je biološko razgradljiv in netoksičen. Zato ne bo onesnažil tal ali morij, če bi jih po nesreči razlil.

- Zaradi visoke bliskavice je varnejše pri skladiščenju in transportu.

- To ne proizvaja toplogrednih plinov zaradi CO ₂ sprosti predstavlja enako količino, ki jo rastline absorbira. Zahvaljujoč temu je skladen tudi s kjotskim protokolom.

- spodbuja aktivnosti na podeželju za sajenje pridelkov, iz katerih pridobivajo rastlinsko olje.

- Lahko se celo proizvede iz ocvrtega olja. Ta točka ji je zelo naklonjena, ker lahko reciklirano olje, domače ali iz restavracij, namesto da bi ga odstranili in onesnažili podzemno vodo, uporabimo za pridobivanje več zelenega goriva.

- predstavlja način dolgoročne neodvisnosti od nafte in njenih derivatov.

- Pri gorenju pušča manj ostankov.

- Bakterijske alge so poleg soje in sončničnih semen obetaven vir neužitnega (in za mnoge nezaželenega) biodizla.

Pomanjkljivosti

S tem gorivom ni vse popolno. Tudi biodizel ima omejitve, ki jih je treba premagati, če želimo nadomestiti naftni dizel. Nekatere od teh omejitev ali neprijetnosti njegove uporabe so:

- Ima višjo temperaturo strjevanja, kar pomeni, da pri nizkih temperaturah postane gel.

- Njegova topilna moč lahko uniči naravno gumo in poliuretansko peno v avtomobilih, sestavljenih pred letom 1990.

- Je dražji od petrodizla.

- Zvišuje cene pridelkov in hrane, ker vključujejo dodano vrednost, če se uporabljajo kot surovina za biodizel.

- Glede na biomaso bo morda potrebno veliko hektarjev za obdelovanje, kar bi pomenilo odvzem tujih ekosistemov in bi zato vplivalo na divjo favno.

- Čeprav med zgorevanjem ne proizvaja žveplovih plinov, sprošča višje koncentracije dušikovih oksidov, NO _x .

- Uporabljale bi se večje količine hrane, ki bi namesto za nasičeno lakoto uporabila za proizvodnjo biodizla.

Reference

1. Wikipedija. (2019). Biodizel. Pridobljeno: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28. december 2011). Biodizel: prednosti in slabosti. Twenergy. Pridobljeno: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodizel. Pridobljeno: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (03.04.2019). Zgodovina biodizla. Kmetijska energija. Pridobljeno: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Kako deluje biodizel Kako izdelki. Pridobljeno: auto.howstuffworks.com
6. Pacifiški biodizel. (2019). Biodizel. Pridobljeno: biodiesel.com