Biodiesel, eller biodieselbränsle -flytande motorbiobränsle , som är en blandning av monoalkylestrar av fettsyror . Biodiesel erhålls från triglycerider (mer sällan fria fettsyror) genom reaktion av omförestring (förestring) med envärda alkoholer ( metanol , etanol , etc.). Källan till triglycerider kan vara olika vegetabiliska oljor eller animaliska fetter.
Processen att erhålla biodiesel sker under den kemiska reaktionen av interesterifiering. I denna reaktion reagerar vegetabilisk olja eller någon annan triglyceridkälla i närvaro av en katalysator med envärda alkoholer för att bilda fettsyramonoalkylestrar (biodiesel, FAME) och glycerol. För att identifiera biodiesel och skilja den från petroleumdiesel framställd från bituminösa bergarter är det nödvändigt att bestämma innehållet av fettsyrametylestrar (FAME); analysen av monoalkylestrar av fettsyror ger inte det exakta innehållet av biodiesel i dieselbränsle.
Triglycerider omförestras med metanol , mindre ofta med etanol eller isopropylalkohol (ungefär i proportion till 1 ton olja 200 kg metanol + kalium- eller natriumhydroxid ) vid en temperatur av 60 ° C och normalt tryck.
För att få en kvalitetsprodukt är det nödvändigt att uppfylla ett antal krav:
Det används i fordon i sin rena form och i form av olika blandningar med dieselbränsle . I USA är en blandning av dieselbränsle med biodiesel betecknad B; siffran efter bokstaven anger procentandelen biodiesel. B2 - 2% biodiesel, 98% dieselbränsle . B100 - 100% biodiesel. Ett liknande bränslemärkningssystem infördes i EU 2018. [ett]
Användningen av blandningar kräver inga förändringar av motorn.
Det är välkänt att de, beroende på vilken typ av råmaterial som används för produktionen av ett visst biobränsle, delas in i generationer (1:a generationen, 2:a generationens biobränslen, etc.). Denna klassificering gäller även för biodiesel. Beroende på vilken råvara som används kan vi alltså tala om 1:a generationens biodiesel (från jordbruksgrödor), 2:a generationens biodiesel (från fetthaltigt avfall) och 3:e generationens biodiesel (från mikroalgerlipider). biodiesel i olika länder:
EU , Ryssland , Ukraina - raps ;
Kanada - raps (en typ av raps );
Indonesien , Filippinerna - palmolja ;
Indien - jatropha , (Jatropha);
Brasilien - ricinolja.
Vegetabilisk olja, animaliskt fett, fiskolja etc. används också .
Oljeproduktion från olika råvaror från en hektar mark per år
| Råmaterial | kg olja/ha | liter olja/ha |
|---|---|---|
| Majs | 145 | 172 |
| Cashewnötter | 148 | 176 |
| havre | 183 | 217 |
| Lupin | 195 | 232 |
| Calendula | 256 | 305 |
| Bomull | 273 | 325 |
| Hampa | 305 | 363 |
| Soja | 375 | 446 |
| Kaffe | 386 | 459 |
| Linné | 402 | 478 |
| Hasselnöt | 405 | 482 |
| pumpafrön _ | 449 | 534 |
| Koriander | 450 | 536 |
| senapsfrön _ | 481 | 572 |
| Camelina frön | 490 | 583 |
| Sesam | 585 | 696 |
| Safflorfärgämne | 655 | 779 |
| Ris | 696 | 828 |
| Solros | 800 | 952 |
| Kakao | 863 | 1026 |
| Jordnöt | 890 | 1059 |
| Vallmo | 978 | 1163 |
| Våldta | 1000 | 1190 |
| Oliv | 1019 | 1212 |
| ricinolja | 1188 | 1413 |
| Pekannöt | 1505 | 1791 |
| Jojoba | 1528 | 1818 |
| Jatropha | 1590 | 1892 |
| Macadamia | 1887 | 2246 |
| Brasiliansk nöt | 2010 | 2392 |
| Avokado | 2217 | 2638 |
| Kokosnötspalm | 2260 | 2689 |
| oljepalm | 5 000 | 5950 |
| talgträd | 5500 [1] | |
| Tång | 95 000 |
Data från The Global Petroleum Club
| Land | 2004, tusen ton | 2005, tusen ton | 2006, tusen ton | 2007, tusen ton | 2008, tusen ton | 2009, tusen ton [2] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Österrike | 57 | 85 | 123 | 267 | 213 | 310 |
| Belgien | - | ett | 25 | 166 | 277 | 416 |
| Cypern | - | ett | ett | ett | 9 | 9 |
| tjeckiska | 60 | 133 | 107 | 61 | 104 | 164 |
| Danmark | 70 | 71 | 80 | 85 | 231 (Danmark+Sverige) |
233 (Danmark+Sverige) |
| Estland | - | 7 | ett | 0 | 0 | 24 |
| Frankrike | 348 | 492 | 743 | 872 | 1815 | 1959 |
| Tyskland | 1035 | 1669 | 2662 | 2890 | 2819 | 2539 |
| Grekland | - | 3 | 42 | 100 | 107 | 77 |
| Ungern | - | - | 0 | 7 | 105 | 133 |
| Italien | 320 | 396 | 447 | 363 | 595 | 737 |
| Storbritannien | 9 | 51 | 192 | 150 | 192 | 137 |
| Lettland | - | 5 | 7 | 9 | trettio | 44 |
| Litauen | 5 | 7 | tio | 26 | 66 | 98 |
| Malta | - | 2 | 2 | ett | ett | ett |
| Polen | - | 100 | 116 | 80 | 275 | 332 |
| Portugal | - | ett | 91 | 175 | 268 | 250 |
| Slovakien | femton | 78 | 82 | 46 | 146 | 101 |
| Slovenien | - | åtta | elva | elva | 9 | 9 |
| Spanien | 13 | 73 | 99 | 168 | 207 | 859 |
| Sverige | 1.4 | ett | 13 | 63 | 231 (Danmark+Sverige) |
233 (Danmark+Sverige) |
| Bulgarien | - | - | - | - | elva | 25 |
| Finland | - | - | - | - | 85 | 220 |
| Totalt för EU-länder | 1933.4 | 3184 | 4890 | 5713 | 7755 | 9046 |
| Land | 2004, miljoner l | 2005, miljoner l | 2006, miljoner l | 2007, miljoner l | 2008, miljoner l | 2009, miljoner l | 2010, miljoner l |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| USA | 94,5 | 283,5 | 2200 | - | 2611,98 [3] | - | |
| Argentina | - | 25 | femtio | - | - | - | 2100 |
| Brasilien | - | - | - | 450 | - | - | 2300 |
År 2004 producerades cirka 80 % av den europeiska biodieseln av rapsolja, medan cirka en tredjedel av rapsskörden 2004 användes specifikt för produktion av biobränslen.
I Europeiska unionen började biodiesel tillverkas 1992 . I slutet av första halvåret 2008 byggdes 214 biodieselproduktionsanläggningar med en total kapacitet på 16 miljoner ton biodiesel per år i EU-länderna [4] . I juli 2010 var 245 biodieselfabriker i drift med en total kapacitet på 22 miljoner ton i EU-länderna.
I USA i oktober 2004 var den installerade kapaciteten cirka 567 miljoner liter per år (150 miljoner gallons ). I mitten av 2008 fanns det 149 fabriker i drift i USA med en sammanlagd kapacitet på cirka 7,669 miljarder liter per år (2029 miljoner gallons ). 10 anläggningar var under uppbyggnad med en total kapacitet på cirka 808,9 miljoner liter per år (214 miljoner gallons ).
I Kanada var fyra fabriker i drift i slutet av 2006 med en total kapacitet på cirka 196,5 miljoner liter per år (52 miljoner gallons ).
2010 ökade världsproduktionen av biodiesel med 12 % jämfört med 2009 och nådde 19 miljarder liter [5] .
För biodiesel har European Standards Organization utvecklat standarden EN14214. Utöver det finns standarderna EN590 (eller EN590:2000) och DIN 51606. Den första beskriver de fysiska egenskaperna hos alla typer av dieselbränsle som säljs i EU, Island, Norge och Schweiz. Denna standard tillåter 5 % biodieselinnehåll i mineraldiesel; i vissa länder (t.ex. Frankrike) innehåller allt dieselbränsle 5 % biodiesel. DIN 51606 är en tysk standard utformad för att vara kompatibel med motorer från nästan alla ledande biltillverkare, så den är den strängaste. De flesta biodiesel som produceras kommersiellt i väst matchar eller överträffar den.
Biodiesel, som experiment har visat, skadar inte växter och djur när den kommer ut i vattnet. Dessutom genomgår det nästan fullständigt biologiskt förfall: i mark eller vatten bearbetar mikroorganismer 99% av biodiesel på 28 dagar, vilket gör att vi kan prata om att minimera föroreningar av floder och sjöar.
Minskning av CO 2 - utsläpp . Förbränning av biodiesel frigör exakt samma mängd koldioxid som förbrukades från atmosfären av anläggningen, som är råvaran för produktion av olja, under hela dess livstid. Biodiesel innehåller nästan inget svavel jämfört med konventionellt dieselbränsle . Detta är bra ur miljösynpunkt . (Beräkningarna tar dock inte hänsyn till mängden koldioxid som frigörs vid förädling av råvaror till biodiesel.)
Hög antändningstemperatur. Flampunkten för biodiesel är över 100 °C , vilket gör biobränsle till ett relativt säkert ämne.
För produktion av råvaror för biodiesel alieneras stora markområden, där höga doser av växtskyddsmedel ofta används . Detta leder till biologisk nedbrytning av jordar och en minskning av jordkvaliteten.
Å andra sidan används kakor och mjöl som erhålls i processen för produktion av vegetabilisk olja som djurfoder, vilket möjliggör ett mer fullständigt utnyttjande av växtbiomassa.
Produktionen av biodiesel gör det möjligt att sätta outnyttjad jordbruksmark i omlopp, skapa nya arbetstillfällen inom jordbruk, teknik, konstruktion, etc. Till exempel, i Ryssland från 1995 till 2005 , minskade den sådda arealen med 25,06 miljoner hektar . USA kan årligen odla 1,3 miljarder ton biomassa på fria marker .
Vid tillverkning av biodiesel ger en förestringsreaktion en blandning som får sedimentera. Produktens ljusa toppar är rapsmetyleter eller biodiesel. Bottenfraktionerna är den så kallade glycerolfasen , som ofta felaktigt benämns glycerol . Faktum är att det fortfarande måste "föras till" rent glycerin, utan vilket dess lagring och bortskaffande är ett allvarligt problem på grund av den ökade alkaliniteten och metanolhalten . Samma problem uppstår när etanol används för förestring . Etanolbaserad biodiesel är dock mindre lönsam att tillverka på grund av dess högre densitet.
Många publikationer av alternativbränsleentusiaster ägnas åt produktion av biodiesel på ett hantverksmässigt sätt - bokstavligen i ett garage. Men sådana tekniker, förutom problemet med den ovannämnda glycerolfasen, kan inte också garantera bränslets korrekta kvalitet, och följaktligen motorns säkerhet. Detta beror på otillräcklig rening av sådant bränsle från olika föroreningar som helt enkelt täpper till motorn. Vid hantverksproduktion är det dessutom problematiskt att köpa in metanol som tillverkas av ett fåtal stora kemiska fabriker. Metanol produceras av naturgas, så priset på en av ingredienserna för produktion av biobränslen är hårt knutet till gaspriserna, även om gruvgas (metan), biogas och till och med väte också kan fungera som råmaterial för metanol .
Många länder i världen har utvecklat program för att delvis ersätta petroleummotorbränslen med olika typer av biobränslen, inklusive biodiesel:
| Land | Krav |
|---|---|
| Minnesota , USA | 5 % biodieselinnehåll i dieselbränsle sedan maj 2009 [7] |
| Missouri , USA | 5 % biodieselinnehåll i dieselbränsle sedan juli 2010 |
| Frankrike | 7 % biobränslen 2010 ( etanol + biodiesel) |
| europeiska unionen | 5,75 % biobränslen 2010 ( etanol + biodiesel) |
| Australien | 350 miljoner liter biobränsle till 2010 ( etanol + biodiesel) |
| Brasilien | 2 % från 1 januari 2008 , 4 % från 1 juli 2009 [8] , 5 % från 2010 [9] ; |
| Zimbabwe | 10 % av biodieseln från den totala förbrukningen av dieselbränsle ; |
| Malaysia | 20 % av biodieseln från den totala förbrukningen av dieselbränsle ; |
| Thailand | 5 % biodiesel i diesel 2011 , 10 % 2012 ; |
| Nya Zeeland | 5 % biobränslen till 2008 ( etanol + biodiesel); |
| Indien | 20 % biobränslen till 2017 ( etanol + biodiesel) [10] |
| Kina | producera 8 miljoner ton årligen till 2020 ; |
| Indonesien | 10 % biobränslen till 2010 ( etanol + biodiesel); |
| Sydkorea | 0,5 % biodiesel från den totala dieselförbrukningen sedan 2006 , 5 % sedan 2008 ; |
| Kanada | 2 % biodiesel i fordons- och uppvärmningsbränslen senast 2012 ; |
| Japan | sedan mars 2007 har 5 % biodieselhalt i motorfordonsdiesel tillåtits; |
| Filippinerna | 1 % biodiesel i bilar och bränsle sedan 2007 , 2 % sedan 2008 ; |
| Tyskland | 5 % i bilbränsle från 1 januari 2007 ; |
| Irland | 5,75 % biobränslen 2009 ( etanol + biodiesel). 10 % biobränslen till 2020 ; |
| Danmark | 10 % biobränslen till 2020 ; |
| Taiwan | 1 % i bilbränsle sedan 2008 2 % sedan 2010 [11] ; |
| Portugal | 10 % i bilbränsle sedan 2010 . |
| Colombia | 5 % i bilbränsle. 10 % sedan 2010 , 20 % sedan 2012 . |
| Argentina | 5 % i bilbränsle till 2010 . |
| Chile | tillåtet 5 % innehåll i bilbränsle. |
| Mexiko | 3,2 % av biobränslena i bilbränsle till 2012 [12] . |
I Ryssland finns det inget enhetligt statligt program för utveckling av biodieselbränsle, men regionala program skapas, till exempel Altai Territory Target Program "Raps - Biodiesel". Föreningen för rapsoljeproducenter har etablerats i Lipetsk-regionen .
Det är planerat att bygga anläggningar för produktion av biodiesel i Lipetsk-regionen , Tatarstan , Altai-regionen , Rostov-regionen , Volgograd-regionen , Oryol-regionen , Krasnodar-regionen , Omsk-regionen , Novgorod-regionen .
Under 2006-2007 testade Russian Railways OJSC biodiesel från rapsolja på diesellokomotiv i Voronezh-Kursky-depån vid South -Eastern Railway . Representanter för de ryska järnvägarna meddelade att de är beredda att använda biodiesel i industriell skala i sina diesellokomotiv [13] .
Den mest lovande råvaran för biodieselproduktion är alger . Enligt det amerikanska energidepartementet kan en tunnland (4047 m² ~ 0,4 ha) mark producera 255 liter sojaolja eller 2400 liter palmolja . Upp till 3 570 fat bioolja kan produceras från samma vattenyta (1 fat = 159 liter). Green Star Products uppskattar att 48 liter sojaolja, 140 liter rapsolja och 10 000 liter alger kan produceras per hektar.
US Department of Energy från 1978 till 1996 undersökte alger med hög halt av olja och cellulosa under "Aquatic Species Program" [14] . Forskarna drog slutsatsen att Kalifornien , Hawaii och New Mexico är lämpliga för industriell produktion av alger i öppna dammar. Under 6 år odlades alger i 1000 m² stora dammar. En damm i New Mexico har visat sig vara mycket effektiv när det gäller att absorbera CO 2 . Skörden var mer än 50 gram alger per 1 m² per dag. 200 000 hektar dammar kan producera tillräckligt med bränsle för den årliga förbrukningen av 5% av amerikanska bilar . 200 000 hektar är mindre än 0,1 % av USA :s mark som är lämplig för odling av alger. Tekniken har fortfarande många problem. Till exempel älskar alger höga temperaturer, ökenklimat är väl lämpade för deras produktion, men viss temperaturreglering krävs vid nattliga temperaturförändringar. I slutet av 90-talet kom tekniken inte in i industriell produktion på grund av den låga kostnaden för olja .
Förutom att odla alger i öppna dammar, finns det tekniker för att odla alger i små bioreaktorer nära kraftverk . Spillvärme från ett kraftvärmeverk kan täcka upp till 77 % av det värmebehov som krävs för att odla alger. Denna teknik kräver inte ett varmt ökenklimat.
2006 tillkännagav flera företag byggandet av biodieselanläggningar för alger:
Ryska forskare från det gemensamma institutet för höga temperaturer (JIHT) vid den ryska vetenskapsakademin och Moscow State University har utvecklat och framgångsrikt testat en anläggning för att omvandla biomassa från mikroalger till biobensin . Det resulterande bränslet, blandat med vanlig bensin , testades i en tvåtakts förbränningsmotor . Den nya utvecklingen gör det möjligt att bearbeta hela biomassan av alger på en gång, utan att torka den. Tidigare försök att producera biobensin från alger inkluderade ett torksteg som var mer energieffektivt än det resulterande bränslet. Nu är detta problem löst. Snabbväxande mikroalger bearbetar energin från solljus och koldioxid till biomassa och syre mycket mer effektivt än vanliga landväxter, så att få biobränsle från dem är mycket lovande [15] [16] [17] .
Tillverkad av O2Diesel (USA).
Används i USA , Brasilien , Indien .
| Huvudtyper av organiskt bränsle | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Förnyelsebart och biologiskt | |||||||||
| artificiell | |||||||||