Biodiesel - Biodiesel

Autobus w Nebrasce zasilany biodieslem
Wypełniający przestrzeń model linoleinianu metylu lub estru metylowego kwasu linolowego, zwykłego estru metylowego wytwarzanego z oleju sojowego lub rzepakowego i metanolu
Wypełniający przestrzeń model stearynianu etylu lub estru etylowego kwasu stearynowego, estru etylowego wytwarzanego z oleju sojowego lub rzepakowego i etanolu

Biodiesel to forma oleju napędowego pochodzenia roślinnego lub zwierzęcego, składająca się z estrów długołańcuchowych kwasów tłuszczowych . Jest zwykle wytwarzany przez reakcję chemiczną lipidów, takich jak tłuszcz zwierzęcy ( łój ), olej sojowy lub inny olej roślinny z alkoholem, w wyniku której w procesie transestryfikacji powstaje ester metylowy , etylowy lub propylowy .

W przeciwieństwie do olejów roślinnych i odpadowych stosowanych w silnikach wysokoprężnych przetworzonych na paliwo, biodiesel jest biopaliwem typu drop-in , co oznacza, że ​​jest kompatybilny z istniejącymi silnikami wysokoprężnymi i infrastrukturą dystrybucyjną. Jednak jest zwykle mieszany z benzyną (zwykle do mniej niż 10%), ponieważ większość silników nie może pracować na czystym biodieslu bez modyfikacji. Mieszanki biodiesla mogą być również używane jako olej opałowy .

Amerykańska Krajowa Rada Biodiesla definiuje „biodiesel” jako ester monoalkilowy.

Mieszanki

Próbka biodiesla

Mieszanki biodiesla i konwencjonalnego oleju napędowego na bazie węglowodorów są najczęściej dystrybuowane do użytku na rynku detalicznym oleju napędowego. Duża część świata używa systemu znanego jako współczynnik „B”, aby określić ilość biodiesla w dowolnej mieszance paliwowej:

  • 100% biodiesel jest określany jako B100
  • 20% biodiesel, 80% petrodiesel jest oznaczony jako B20
  • 5% biodiesel, 95% petrodiesel jest oznaczony jako B5
  • 2% biodiesel, 98% petrodiesel jest oznaczony jako B2

Mieszanki o zawartości 20% biodiesla i niższej można stosować w sprzęcie z silnikami wysokoprężnymi bez lub z niewielkimi modyfikacjami, chociaż niektórzy producenci nie przedłużają gwarancji, jeśli sprzęt zostanie uszkodzony przez te mieszanki. Mieszanki B6 do B20 są objęte specyfikacją ASTM D7467. Biodiesel może być również używany w czystej postaci (B100), ale może wymagać pewnych modyfikacji silnika, aby uniknąć problemów z konserwacją i wydajnością. Mieszanie B100 z olejem napędowym naftowym można przeprowadzić przez:

  • Mieszanie w zbiornikach w punkcie produkcyjnym przed dostawą do cysterny
  • Mieszanie rozpryskowe w cysternie (dodawanie określonych procent biodiesla i oleju napędowego)
  • Mieszanie w linii, dwa składniki docierają jednocześnie do cysterny.
  • Dozowane pompy mieszające, liczniki oleju napędowego i biodiesla są ustawione na X całkowitej objętości,

Aplikacje

Targray Biofuels wagon do przewozu biodiesla.

Biodiesel może być stosowany w czystej postaci (B100) lub może być mieszany z olejem napędowym naftowym w dowolnym stężeniu w większości silników Diesla z pompą wtryskową. Nowe silniki Common Rail o ekstremalnie wysokim ciśnieniu (29 000 psi) mają ścisłe limity fabryczne B5 lub B20, w zależności od producenta. Biodiesel ma inne właściwości rozpuszczalnika niż benzyna i powoduje degradację naturalnych gumowych uszczelek i węży w pojazdach (głównie pojazdach wyprodukowanych przed 1992 r.), chociaż mają one tendencję do naturalnego zużywania się i najprawdopodobniej zostały już zastąpione FKM , który nie reaguje z biodieslem. Wiadomo, że biodiesel rozkłada osady pozostałości w przewodach paliwowych, w których stosowano benzynę. W rezultacie filtry paliwa mogą zostać zatkane cząstkami stałymi, jeśli nastąpi szybkie przejście na czysty biodiesel. Dlatego zaleca się wymianę filtrów paliwa w silnikach i nagrzewnicach wkrótce po pierwszym przejściu na mieszankę biodiesla.

Dystrybucja

Od czasu uchwalenia Energy Policy Act z 2005 r. zużycie biodiesla wzrasta w Stanach Zjednoczonych. W Wielkiej Brytanii obowiązek stosowania odnawialnych paliw transportowych zobowiązuje dostawców do włączenia 5% paliwa ze źródeł odnawialnych do wszystkich paliw transportowych sprzedawanych w Wielkiej Brytanii do 2010 r. W przypadku oleju napędowego do pojazdów drogowych oznacza to w praktyce 5% biodiesla (B5).

Użytkowanie pojazdu i akceptacja producenta

W 2005 roku Chrysler (wówczas część DaimlerChrysler) wypuścił z fabryki diesle Jeep Liberty CRD na rynek europejski z 5% mieszankami biodiesla, co wskazuje na przynajmniej częściową akceptację biodiesla jako dopuszczalnego dodatku do oleju napędowego. W 2007 roku DaimlerChrysler zasygnalizował zamiar zwiększenia zakresu gwarancji do 20% mieszanek biodiesla, jeśli jakość biopaliw w Stanach Zjednoczonych będzie możliwa do znormalizowania.

Volkswagen Grupa wydała oświadczenie wskazujące, że kilka jego pojazdów są zgodne z B5 i B100 wykonane z rzepakowego oleju i zgodny z EN 14214 standard. Stosowanie określonego typu biodiesla w jego samochodach nie powoduje utraty gwarancji.

Mercedes Benz nie zezwala na stosowanie olejów napędowych zawierających więcej niż 5% biodiesla (B5) z powodu obaw o „niedociągnięcia produkcyjne”. Wszelkie uszkodzenia spowodowane użyciem takich niezatwierdzonych paliw nie będą objęte Ograniczoną Gwarancją Mercedes-Benz.

Począwszy od 2004 r., miasto Halifax w Nowej Szkocji zdecydowało się na unowocześnienie swojego systemu autobusowego, tak aby flota autobusów miejskich mogła jeździć wyłącznie na biodieslu opartym na oleju rybnym. Spowodowało to początkowe problemy mechaniczne miasta, ale po kilku latach udoskonalania cała flota została pomyślnie przebudowana.

W 2007 roku brytyjski McDonald's ogłosił, że rozpocznie produkcję biodiesla z produktów ubocznych oleju odpadowego w swoich restauracjach. To paliwo posłużyłoby do napędzania floty.

Model 2014 Chevy Cruze Clean Turbo Diesel, prosto z fabryki, będzie oceniany na zgodność z biodieslem do B20 (mieszanka 20% biodiesla / 80% zwykłego oleju napędowego)

Wykorzystanie kolejowe

Lokomotywa na biodiesel i jej zewnętrzny zbiornik paliwa na kolei Mount Washington Cog

Brytyjska firma obsługująca pociągi Virgin Trains West Coast twierdziła, że ​​uruchomiła pierwszy w Wielkiej Brytanii „pociąg na biodiesel”, kiedy klasa 220 została przystosowana do pracy na 80% benzynie i 20% biodieslu.

British Royal Train w dniu 15 września 2007 roku zakończył swoją pierwszą w historii podróż działać na 100% biodiesla dostarczonych przez Zielone Paliwa Ltd. księcia Karola i zielony Paliw dyrektor zarządzający James Hygate pierwsi pasażerowie pociągu napędzany wyłącznie przez biodiesel. Od 2007 roku Royal Train z powodzeniem jeździ na B100 (100% biodiesel). W białej księdze rządu zaproponowano również przekształcenie dużej części kolei w Wielkiej Brytanii na biodiesel, ale propozycja została następnie odrzucona na rzecz dalszej elektryfikacji.

Podobnie, państwowa kolej krótkodystansowa we wschodnim Waszyngtonie przeprowadziła test mieszanki 25% biodiesla / 75% benzyny w lecie 2008 roku, kupując paliwo od producenta biodiesla zlokalizowanego wzdłuż torów kolejowych. Pociąg będzie napędzany biodieslem wytwarzanym częściowo z rzepaku uprawianego w regionach rolniczych, przez które przebiega krótka linia.

Również w 2007 roku Disneyland zaczął jeździć pociągami parkowymi na B98 (98% biodiesel). Program został przerwany w 2008 r. z powodu problemów z przechowywaniem, ale w styczniu 2009 r. ogłoszono, że park będzie wówczas jeździł wszystkimi pociągami na biodieslu wyprodukowanym z własnych zużytych olejów spożywczych. Jest to zmiana w stosunku do jeżdżenia pociągami na biodieslu na bazie soi.

W 2007 roku historyczna kolej Mt. Washington Cog do swojej floty lokomotyw parowych dodała pierwszą lokomotywę na biodiesel. Flota wspinała się po zachodnich zboczach Mount Washington w New Hampshire od 1868 r., osiągając szczyt pionowego wznoszenia 37,4 stopnia.

8 lipca 2014 r. ówczesny minister kolei indyjskich DV Sadananda Gowda ogłosił w budżecie kolejowym, że 5% biodiesla będzie stosowane w silnikach Diesla kolei indyjskich.

Wykorzystanie samolotów

Lot próbny wykonał czeski samolot odrzutowy całkowicie napędzany biodieslem. Jednak inne niedawne loty odrzutowe wykorzystujące biopaliwa wykorzystywały inne rodzaje paliw odnawialnych.

W dniu 7 listopada 2011 United Airlines leciał pierwszy na świecie lot lotnictwa komercyjnego na biopaliwo mikrobiologicznie pochodzącym z wykorzystaniem Solajet ™, Solazyme alg paliwo pochodzące ze źródeł odnawialnych jet „s. Samolot Boeing 737-800 Eco-skies był zasilany w 40 procentach paliwem Solajet i 60 procentami paliwa odrzutowego z ropy naftowej. Komercyjny lot 1403 Eco-skies wystartował z lotniska IAH w Houston o 10:30 i wylądował na lotnisku ORD w Chicago o 13:03.

We wrześniu 2016 r. holenderski przewoźnik flagowy KLM zlecił AltAir Fuels zaopatrzenie w biopaliwo wszystkich lotów KLM wylatujących z międzynarodowego lotniska w Los Angeles. Przez następne trzy lata firma Paramount w Kalifornii będzie pompować biopaliwo bezpośrednio na lotnisko z pobliskiej rafinerii.

Jako olej opałowy

Biodiesel może być również stosowany jako paliwo grzewcze w kotłach domowych i komercyjnych, mieszanka oleju opałowego i biopaliwa, która jest znormalizowana i opodatkowana nieco inaczej niż olej napędowy używany w transporcie. Paliwo biociepłowe to zastrzeżona mieszanka biodiesla i tradycyjnego oleju opałowego. Bioheat jest zastrzeżonym znakiem towarowym National Biodiesel Board [NBB] i National Oilheat Research Alliance [NORA] w Stanach Zjednoczonych oraz Columbia Fuels w Kanadzie. Biodiesel grzewczy jest dostępny w różnych mieszankach. ASTM 396 uznaje mieszanki do 5 procent biodiesla za ekwiwalent czystego oleju opałowego naftowego. Wielu konsumentów używa mieszanek o wyższej zawartości do 20% biopaliw. Trwają badania mające na celu ustalenie, czy takie mieszanki wpływają na wydajność.

Starsze piece mogą zawierać części gumowe, na które mogą mieć wpływ właściwości rozpuszczalnikowe biodiesla, ale mogą one spalać biodiesel bez konieczności konwersji. Należy zachować ostrożność, ponieważ lakiery pozostawione przez benzynę zostaną uwolnione i mogą zatkać przewody — wymagane jest filtrowanie paliwa i szybka wymiana filtra. Innym podejściem jest rozpoczęcie stosowania biodiesla jako mieszanki, a zmniejszenie proporcji ropy naftowej z czasem może pozwolić na bardziej stopniowe usuwanie lakierów i mniejsze prawdopodobieństwo zatykania. Ze względu na silne właściwości rozpuszczalnikowe biodiesla, piec jest czyszczony i ogólnie staje się bardziej wydajny.

Prawo wydane przez gubernatora Massachusetts Deval Patricka wymaga, aby cały olej napędowy do ogrzewania domów w tym stanie zawierał 2% biopaliwa do 1 lipca 2010 roku i 5% biopaliwa do 2013 roku. Nowy Jork uchwalił podobne prawo.

Czyszczenie wycieków oleju

Ponieważ 80-90% kosztów wycieków ropy zainwestowano w oczyszczanie linii brzegowej, poszukuje się bardziej wydajnych i opłacalnych metod usuwania wycieków ropy z linii brzegowych. Biodiesel wykazał swoją zdolność do znacznego rozpuszczania ropy naftowej, w zależności od źródła kwasów tłuszczowych. W warunkach laboratoryjnych zaolejone osady symulujące skażone linie brzegowe spryskano pojedynczą warstwą biodiesla i wystawiono na symulowane pływy. Biodiesel jest skutecznym rozpuszczalnikiem oleju dzięki zawartości estru metylowego, który znacznie obniża lepkość ropy naftowej. Dodatkowo ma większą wyporność niż ropa naftowa, co później pomaga w jej usuwaniu. W rezultacie 80% oleju zostało usunięte z bruku i drobnego piasku, 50% z piasku gruboziarnistego i 30% ze żwiru. Gdy olej zostanie uwolniony z linii brzegowej, mieszanina oleju i biodiesla jest ręcznie usuwana z powierzchni wody za pomocą skimmerów. Pozostała mieszanina łatwo ulega rozkładowi ze względu na wysoką biodegradowalność biodiesla i zwiększoną ekspozycję powierzchni mieszaniny.

Biodiesel w generatorach

Biodiesel jest również używany w wynajmowanych generatorach

W 2001 roku UC Riverside zainstalowało 6-megawatowy system zasilania awaryjnego, który jest w całości zasilany biodieslem. Zapasowe generatory zasilane olejem napędowym pozwalają firmom uniknąć szkodliwych przerw w krytycznych operacjach kosztem wysokich wskaźników zanieczyszczenia i emisji. Dzięki zastosowaniu B100 generatory te były w stanie zasadniczo wyeliminować produkty uboczne, które powodują emisje smogu, ozonu i siarki. Stosowanie tych generatorów na obszarach mieszkalnych wokół szkół, szpitali i ogółu społeczeństwa skutkuje znaczną redukcją trującego tlenku węgla i cząstek stałych.

Tło historyczne

Rudolf Diesel

Transestryfikację oleju roślinnego przeprowadził już w 1853 roku Patrick Duffy, cztery dekady przed uruchomieniem pierwszego silnika wysokoprężnego . Pierwszy model Rudolfa Diesela , pojedynczy żelazny cylinder o długości 10 stóp (3,05 m) z kołem zamachowym u podstawy, po raz pierwszy działał na własnym napędzie w Augsburgu w Niemczech 10 sierpnia 1893 r., zasilany wyłącznie olejem arachidowym . Na pamiątkę tego wydarzenia 10 sierpnia został ogłoszony „ Międzynarodowym Dniem Biodiesla ”.

Często mówi się, że Diesel zaprojektował swój silnik do pracy na oleju arachidowym, ale tak nie jest. Diesel stwierdził w swoich opublikowanych prac „na wystawie w Paryżu w 1900 roku ( Exposition Universelle ) zostało pokazane przez Otto Spółki mały silnik wysokoprężny, który na wniosek francuskiego rządu pobiegł na arachide (ziemia-orzech lub groszek, orzech ) olej (patrz biodiesel) i działał tak płynnie, że tylko kilka osób było tego świadomych. Silnik został skonstruowany do używania oleju mineralnego, a następnie pracował na oleju roślinnym bez żadnych przeróbek. o testowaniu przydatności do produkcji energii Arachide, czyli orzecha ziemnego, który rośnie w znacznych ilościach w ich afrykańskich koloniach i może być tam łatwo uprawiany. Sam Diesel później przeprowadził powiązane testy i okazał się popierać ten pomysł. W przemówieniu z 1912 r. Diesel powiedział: „stosowanie olejów roślinnych do paliw silnikowych może wydawać się dziś nieistotne, ale z biegiem czasu takie oleje mogą stać się równie ważne jak ropa naftowa i produkty ze smoły węglowej w obecnych czasach”.

Pomimo powszechnego stosowania olejów napędowych na bazie ropy naftowej, zainteresowanie olejami roślinnymi jako paliwem do silników spalinowych odnotowano w kilku krajach w latach 20. i 30. XX wieku, a później podczas II wojny światowej . Belgia , Francja, Włochy, Wielka Brytania, Portugalia , Niemcy, Brazylia , Argentyna , Japonia i Chiny testowały i stosowały w tym czasie oleje roślinne jako oleje napędowe. Zgłoszono pewne problemy operacyjne z powodu wysokiej lepkości olejów roślinnych w porównaniu z olejem napędowym naftowym, co powoduje słabe rozpylenie paliwa w rozpylonym paliwie i często prowadzi do osadów i zakoksowania wtryskiwaczy, komory spalania i zaworów. Próby przezwyciężenia tych problemów obejmowały ogrzewanie oleju roślinnego, mieszanie go z olejem napędowym lub etanolem na bazie ropy naftowej, pirolizę i kraking olejów.

31 sierpnia 1937 G. Chavanne z Uniwersytetu Brukselskiego (Belgia) uzyskał patent na „Procedurę przekształcania olejów roślinnych do wykorzystania jako paliwo” (fr. „ Procédé de Transformation d'Huiles Végétales en Vue de Leur Utilization comme Carburants ") Patent belgijski 422 877. W patencie tym opisano alkoholizę (często określaną jako transestryfikację) olejów roślinnych przy użyciu etanolu (i wspomina o metanolu) w celu oddzielenia kwasów tłuszczowych od glicerolu przez zastąpienie glicerolu krótkimi liniowymi alkoholami. Wydaje się, że jest to pierwszy opis produkcji tak zwanego „biodiesla”. Jest to podobne (kopiowane) do opatentowanych metod wytwarzania oleju do lamp stosowanych w XVIII wieku, aw niektórych miejscach może być inspirowane starymi, historycznymi lampami naftowymi.

Niedawno, w 1977 roku, brazylijski naukowiec Expedito Parente wynalazł i zgłosił do opatentowania pierwszy przemysłowy proces produkcji biodiesla. Proces ten jest klasyfikowany jako biodiesel zgodnie z międzynarodowymi normami, co zapewnia „znormalizowaną tożsamość i jakość. Żadne inne proponowane biopaliwo nie zostało zatwierdzone przez przemysł motoryzacyjny”. Od 2010 roku firma Parente Tecbio współpracuje z Boeingiem i NASA nad certyfikacją bioquerosene (bio-kerosene), kolejnego produktu wytwarzanego i opatentowanego przez brazylijskiego naukowca.

Badania nad wykorzystaniem transestryfikowanego oleju słonecznikowego i rafinacji go do standardów oleju napędowego rozpoczęto w Republice Południowej Afryki w 1979 roku. Do 1983 roku ukończono i opublikowano na całym świecie proces produkcji jakościowego paliwa, przetestowanego pod kątem silników biodiesla. Austriacka firma Gaskoks uzyskała technologię od południowoafrykańskich inżynierów rolnictwa; Firma wybudowała pierwszą pilotażową wytwórnię biodiesla w listopadzie 1987 roku, a pierwszą na skalę przemysłową w kwietniu 1989 roku (o zdolności produkcyjnej 30 tys. ton rzepaku rocznie).

W latach 90. zakłady otwierano w wielu krajach Europy, m.in. w Czechach , Niemczech i Szwecji . Francja uruchomiła lokalną produkcję biodiesla (tzw. diestr ) z oleju rzepakowego, który jest dodawany do zwykłego oleju napędowego na poziomie 5% oraz do oleju napędowego używanego przez niektóre floty własne (np. transport publiczny ) na poziomie 30%. Renault , Peugeot i inni producenci posiadają certyfikowane silniki do samochodów ciężarowych do stosowania z częściowym biodieslem do tego poziomu; trwają eksperymenty z 50% biodieslem. W tym samym okresie w innych częściach świata rozpoczęto również lokalną produkcję biodiesla: do 1998 roku Austriacki Instytut Biopaliw zidentyfikował 21 krajów z komercyjnymi projektami biodiesla. 100% biodiesel jest teraz dostępny na wielu normalnych stacjach paliw w całej Europie.

Nieruchomości

Biodiesel ma obiecujące właściwości smarne i wskaźniki cetanowe w porównaniu z olejami napędowymi o niskiej zawartości siarki. Paliwa o wyższej smarowności mogą wydłużyć żywotność urządzeń do wtrysku paliwa pod wysokim ciśnieniem, których smarowanie jest uzależnione od paliwa. W zależności od silnika mogą to być pompy wtryskowe wysokiego ciśnienia, pompowtryskiwacze (zwane również pompowtryskiwaczami ) i wtryskiwacze paliwa .

Starsze mercedesy z silnikiem Diesla są popularne do jazdy na biodieslu.

Wartość opałowa biodiesla wynosi około 37,27 MJ/kg. To o 9% mniej niż zwykła benzyna numer 2. Różnice w gęstości energii biodiesla są bardziej zależne od użytego surowca niż od procesu produkcyjnego. Jednak te różnice są mniejsze niż w przypadku benzyny. Stwierdzono, że biodiesel zapewnia lepszą smarowność i pełniejsze spalanie, zwiększając w ten sposób moc wyjściową silnika i częściowo kompensując wyższą gęstość energii benzyny.

Kolor biodiesla waha się od złotego do ciemnobrązowego, w zależności od metody produkcji. Jest słabo mieszalny z wodą, ma wysoką temperaturę wrzenia i niską prężność pary . Temperatura zapłonu biodiesla przekracza 130 °C (266 °F), znacznie wyższa niż olej napędowy z ropy naftowej, który może wynosić zaledwie 52 °C (126 °F). Biodiesel ma gęstość ~0,88 g/cm³, wyższą niż benzyna (~0,85 g/cm³).

Biodiesel praktycznie nie zawiera siarki i jest często stosowany jako dodatek do oleju napędowego o bardzo niskiej zawartości siarki (ULSD), aby wspomóc smarowanie, ponieważ związki siarki zawarte w petrodisku zapewniają znaczną część smarowności.

Efektywność paliwowa

Moc wyjściowa biodiesla zależy od jego mieszanki, jakości i warunków obciążenia, w jakich spalane jest paliwo. Sprawność cieplna na przykład B100 w stosunku do B20 będzie się różnić ze względu na różną zawartość energii z różnych mieszanek. Sprawność cieplna paliwa jest częściowo oparta na właściwościach paliwa, takich jak: lepkość , gęstość właściwa i temperatura zapłonu ; te cechy będą się zmieniać wraz ze zmianą mieszanek oraz jakością biodiesla. Amerykańskie Stowarzyszenie Badań i Materiałów wyznaczyła standardy w celu oceny jakości danej próbce paliwa.

Jedno z badań wykazało, że sprawność cieplna hamulca B40 była lepsza od tradycyjnego odpowiednika naftowego przy wyższych stopniach sprężania (ta wyższa sprawność cieplna hamulca została zarejestrowana przy stopniu sprężania 21:1). Zwrócono uwagę, że wraz ze wzrostem stopnia sprężania rosła sprawność wszystkich rodzajów paliw, a także badanych mieszanek; chociaż stwierdzono, że mieszanka B40 była najbardziej ekonomiczna przy stopniu sprężania 21:1 w stosunku do wszystkich innych mieszanek. Z badania wynikało, że ten wzrost sprawności wynikał z gęstości paliwa, lepkości i wartości opałowych paliw.

Spalanie

Układy paliwowe w niektórych nowoczesnych silnikach wysokoprężnych nie były przystosowane do biodiesla, podczas gdy wiele ciężkich silników może pracować z mieszankami biodiesla o zawartości do B20. Tradycyjne układy paliwowe z wtryskiem bezpośrednim działają pod ciśnieniem około 3000 psi na końcówce wtryskiwacza, podczas gdy nowoczesny układ paliwowy Common Rail działa od 30 000 psi na końcówce wtryskiwacza. Podzespoły są zaprojektowane do pracy w szerokim zakresie temperatur, od poniżej zera do ponad 1000 °F (560 °C). Oczekuje się, że olej napędowy będzie spalał się wydajnie i generował jak najmniej emisji. W miarę wprowadzania norm emisyjnych do silników wysokoprężnych w parametrach układów paliwowych silników wysokoprężnych projektuje się konieczność kontroli emisji szkodliwych substancji. Tradycyjny system wtrysku rzędowego jest bardziej wyrozumiały dla paliw gorszej jakości niż system paliwowy Common Rail. Wyższe ciśnienia i węższe tolerancje systemu common rail pozwalają na większą kontrolę nad rozpylaniem i czasem wtrysku. Taka kontrola atomizacji i spalania pozwala na większą wydajność nowoczesnych silników wysokoprężnych, a także większą kontrolę nad emisją. Elementy układu paliwowego do silników wysokoprężnych wchodzą w interakcję z paliwem w sposób zapewniający wydajną pracę układu paliwowego, a więc i silnika. Jeżeli paliwo niezgodne ze specyfikacją zostanie wprowadzone do układu, który ma określone parametry działania, wówczas integralność całego układu paliwowego może zostać naruszona. Niektóre z tych parametrów, takie jak wzór natrysku i atomizacja, są bezpośrednio związane z czasem wtrysku.

Jedno z badań wykazało, że podczas atomizacji biodiesel i jego mieszanki wytwarzały kropelki o większej średnicy niż kropelki wytwarzane przez tradycyjną benzynę. Mniejszym kropelkom przypisano niższą lepkość i napięcie powierzchniowe tradycyjnego oleju napędowego. Stwierdzono, że kropelki na obwodzie strumienia natrysku miały większą średnicę niż kropelki w środku. Przypisywano to szybszemu spadkowi ciśnienia na krawędzi strumienia natrysku; istniała proporcjonalna zależność między wielkością kropli a odległością od końcówki wtryskiwacza. Stwierdzono, że B100 miał największą penetrację natrysku, co przypisano większej gęstości B100. Większy rozmiar kropli może prowadzić do nieefektywności spalania, zwiększonych emisji i zmniejszenia mocy. W innym badaniu stwierdzono, że przy wstrzykiwaniu biodiesla występuje krótkie opóźnienie wstrzykiwania. To opóźnienie wstrzykiwania przypisano większej lepkości Biodiesla. Stwierdzono, że wyższa lepkość i większa liczba cetanowa biodiesla w porównaniu z tradycyjną benzyną prowadzą do słabej atomizacji, a także penetracji mieszaniny z powietrzem w okresie opóźnienia zapłonu. W innym badaniu zauważono, że to opóźnienie zapłonu może pomóc w zmniejszeniu emisji NOx .

Emisje

Emisje są nieodłącznie związane ze spalaniem olejów napędowych, które są regulowane przez amerykańską Agencję Ochrony Środowiska ( EPA ). Ponieważ emisje te są produktem ubocznym procesu spalania, aby zapewnić zgodność z EPA, układ paliwowy musi być w stanie kontrolować spalanie paliw, a także ograniczać emisje. Istnieje szereg nowych technologii, które są wprowadzane w celu kontrolowania emisji spalin z silników Diesla. Układ recyrkulacji spalin EGR i filtr cząstek stałych DPF zostały zaprojektowane w celu ograniczenia wytwarzania szkodliwych emisji.

Badanie przeprowadzone przez Chonbuk National University wykazało, że mieszanka biodiesla B30 zmniejszyła emisje tlenku węgla o około 83%, a emisje cząstek stałych o około 33%. Stwierdzono jednak, że emisje NOx wzrastają bez zastosowania systemu EGR. Badanie wykazało również, że dzięki EGR mieszanka biodiesla B20 znacznie zmniejszyła emisje silnika. Ponadto analiza przeprowadzona przez California Air Resources Board wykazała, że ​​biodiesel ma najniższą emisję dwutlenku węgla spośród badanych paliw, takich jak olej napędowy o bardzo niskiej zawartości siarki , benzyna, etanol z kukurydzy , sprężony gaz ziemny i pięć rodzajów biodiesla z różnych surowców . Ich wnioski wykazały również duże zróżnicowanie emisji dwutlenku węgla z biodiesla w zależności od użytego surowca. Spośród soi , łoju , rzepaku , kukurydzy i zużytego oleju spożywczego , soja wykazywała najwyższą emisję dwutlenku węgla , a zużyty olej spożywczy najniższą .

Podczas badania wpływu biodiesla na filtry cząstek stałych do silników Diesla stwierdzono, że chociaż obecność węglanów sodu i potasu wspomaga katalityczną konwersję popiołu, ponieważ cząstki stałe są katalizowane, mogą one gromadzić się w DPF i zakłócać prześwity. filtra. Może to spowodować zatkanie filtra i zakłócenie procesu regeneracji. W badaniu wpływu wskaźników EGR z mieszankami biodiesla z jatropy wykazano, że nastąpił spadek wydajności paliwowej i wyjściowego momentu obrotowego w wyniku zastosowania biodiesla w silniku wysokoprężnym zaprojektowanym z układem EGR. Stwierdzono, że emisje CO i CO2 wzrosły wraz ze wzrostem recyrkulacji spalin, ale poziom NOx spadł. Poziom nieprzezroczystości mieszanek jathropy mieścił się w akceptowalnym zakresie, gdzie tradycyjny olej napędowy nie spełniał akceptowalnych standardów. Wykazano, że zmniejszenie emisji Nox można uzyskać za pomocą układu EGR. Badanie to wykazało przewagę nad tradycyjnym olejem napędowym w pewnym zakresie działania układu EGR.

Od 2017 r. mieszane paliwa biodiesel (zwłaszcza B5, B8 i B20) są regularnie stosowane w wielu ciężkich pojazdach, zwłaszcza autobusach tranzytowych w miastach USA. Charakterystyka emisji spalin wykazała znaczną redukcję emisji w porównaniu ze zwykłym olejem napędowym.

Kompatybilność materiałowa

  • Tworzywa sztuczne: Polietylen o dużej gęstości (HDPE) jest kompatybilny, ale polichlorek winylu (PVC) ulega powolnej degradacji. Polistyren rozpuszcza się w kontakcie z biodieslem.
  • Metale: Biodiesel (jak metanol ) ma wpływ na materiały na bazie miedzi (np. mosiądz), a także na cynk, cynę, ołów i żeliwo. Stale nierdzewne (316 i 304) oraz aluminium pozostają nienaruszone.
  • Guma: Biodiesel wpływa również na rodzaje gumy naturalnej znajdujące się w niektórych starszych elementach silnika. Badania wykazały również, że elastomery fluorowane (FKM) utwardzone nadtlenkiem i tlenkami metali nieszlachetnych mogą ulec degradacji, gdy biodiesel traci stabilność spowodowaną utlenianiem. Stwierdzono, że powszechnie stosowane w nowoczesnych pojazdach kauczuki syntetyczne FKM-GBL-S i FKM-GF-S sprawdzają się w przypadku biodiesla w każdych warunkach.

Normy techniczne

Biodiesel posiada szereg norm jakości, w tym normę europejską EN 14214 , ASTM International D6751 i inne.

Żelowanie w niskiej temperaturze

Kiedy biodiesel jest schładzany poniżej pewnego punktu, niektóre cząsteczki agregują i tworzą kryształy. Paliwo zaczyna wydawać się mętne, gdy kryształy stają się większe niż jedna czwarta długości fali światła widzialnego – jest to punkt zmętnienia (CP). W miarę dalszego schładzania paliwa kryształy te stają się większe. Najniższą temperaturą, w której paliwo może przejść przez filtr 45 mikrometrów, jest temperatura zablokowania zimnego filtra (CFPP). W miarę dalszego schładzania biodiesla będzie żelować, a następnie zestalać. W Europie istnieją różnice w wymogach CFPP między krajami. Znajduje to odzwierciedlenie w różnych normach krajowych tych krajów. Temperatura, w której czysty (B100) biodiesel zaczyna żelować, różni się znacznie i zależy od mieszanki estrów, a tym samym od oleju wyjściowego używanego do produkcji biodiesla. Na przykład biodiesel produkowany z odmian nasion rzepaku o niskiej zawartości kwasu erukowego (RME) zaczyna żelować w temperaturze około -10 °C (14 °F). Biodiesel wytwarzany z łoju wołowego i oleju palmowego ma tendencję do żelowania odpowiednio w temperaturze około 16 °C (61 °F) i 13 °C (55 °F). Istnieje szereg dostępnych na rynku dodatków, które znacznie obniżą temperaturę krzepnięcia i temperaturę zatykania zimnego filtra czystego biodiesla. Praca w zimie jest również możliwa dzięki mieszaniu biodiesla z innymi olejami napędowymi, w tym olejem napędowym nr 2 o niskiej zawartości siarki i olejem napędowym nr 1 / naftą .

Innym podejściem do ułatwienia stosowania biodiesla w niskich temperaturach jest zastosowanie drugiego zbiornika na biodiesel oprócz standardowego zbiornika na olej napędowy. Drugi zbiornik paliwa może być izolowany i ogrzewanie cewki za pomocą płynu chłodzącego silnika jest prowadzony przez zbiornik. Zbiorniki paliwa można przełączyć, gdy paliwo jest wystarczająco ciepłe. Podobną metodę można zastosować do obsługi pojazdów z silnikiem Diesla na czysty olej roślinny.

Zanieczyszczenie wodą

Biodiesel może zawierać małe, ale problematyczne ilości wody. Mimo, że tylko w niewielkim stopniu miesza się z wodą, jest higroskopijny . Jednym z powodów, dla których biodiesel może absorbować wodę, jest utrzymywanie się mono- i diglicerydów pozostałych po niecałkowitej reakcji. Cząsteczki te mogą działać jako emulgator, umożliwiając mieszanie się wody z biodieslem. Ponadto może występować woda, która pozostała w procesie przetwarzania lub powstała w wyniku kondensacji w zbiorniku magazynowym . Obecność wody jest problemem, ponieważ:

  • Woda zmniejsza ciepło spalania paliwa , powodując dymienie, trudniejszy rozruch i zmniejszoną moc .
  • Woda powoduje korozję elementów układu paliwowego (pompy, przewody paliwowe itp.)
  • Mikroby w wodzie powodują gnicie i awarię filtrów z wkładem papierowym w systemie, powodując awarię pompy paliwowej z powodu połknięcia dużych cząstek.
  • Woda zamarza, tworząc kryształki lodu, które zapewniają miejsca zarodkowania , przyspieszając żelowanie paliwa.
  • Woda powoduje wżery w tłokach.

Wcześniej ilość biodiesla zanieczyszczającego wodę była trudna do zmierzenia poprzez pobieranie próbek, ponieważ woda i olej oddzielają się od siebie. Jednak teraz możliwy jest pomiar zawartości wody za pomocą czujników wody w oleju.

Zanieczyszczenie wody jest również potencjalnym problemem przy stosowaniu niektórych katalizatorów chemicznych biorących udział w procesie produkcyjnym, co znacznie zmniejsza wydajność katalityczną katalizatorów zasadowych (o wysokim pH), takich jak wodorotlenek potasu . Wykazano jednak, że nadkrytyczna metodologia produkcji metanolu, w której proces transestryfikacji surowca olejowego i metanolu odbywa się w wysokiej temperaturze i ciśnieniu, w dużej mierze nie ma wpływu na obecność zanieczyszczenia wody podczas fazy produkcyjnej.

Dostępność i ceny

W niektórych krajach biodiesel jest tańszy niż konwencjonalny olej napędowy

Światowa produkcja biodiesla osiągnęła w 2005 roku 3,8 miliona ton. Około 85% produkcji biodiesla pochodziło z Unii Europejskiej.

W 2007 r. w Stanach Zjednoczonych średnie ceny detaliczne (na dystrybutorze), w tym federalne i stanowe podatki paliwowe , B2/B5 były niższe niż olej napędowy o około 12 centów, a mieszanki B20 były takie same jak benzyna. Jednak w ramach dramatycznej zmiany cen oleju napędowego, do lipca 2009 r. Departament Energii Stanów Zjednoczonych odnotował średnie koszty B20 o 15 centów za galon wyższe niż w przypadku oleju napędowego naftowego (2,69 USD/gal w porównaniu z 2,54 USD/gal). B99 i B100 generalnie kosztują więcej niż benzyna, z wyjątkiem sytuacji, w których władze lokalne zapewniają zachętę podatkową lub dotację. W październiku 2016 r. biodiesel (B20) był o 2 centy niższy/galon niż benzyna.

Produkcja

Biodiesel jest powszechnie wytwarzany przez transestryfikację surowca z oleju roślinnego lub tłuszczu zwierzęcego oraz innych niejadalnych surowców, takich jak olej do smażenia itp. Istnieje kilka metod przeprowadzania tej reakcji transestryfikacji, w tym zwykły proces wsadowy, katalizatory heterogeniczne, nadkrytyczne procesy, metody ultradźwiękowe, a nawet metody mikrofalowe.

Pod względem chemicznym transestryfikowany biodiesel zawiera mieszankę monoalkilowych estrów długołańcuchowych kwasów tłuszczowych . Najpopularniejsza forma wykorzystuje metanol (przekształcony w metanolan sodu) do produkcji estrów metylowych (powszechnie określanych jako ester metylowy kwasu tłuszczowego – FAME), ponieważ jest to najtańszy dostępny alkohol, chociaż etanol można wykorzystać do produkcji estru etylowego (powszechnie określanego jako ester etylowy kwasów tłuszczowych – FAEE) biodiesel oraz wyższe alkohole, takie jak izopropanol i butanol . Stosowanie alkoholi o wyższych masach cząsteczkowych poprawia właściwości płynięcia na zimno otrzymanego estru, kosztem mniej wydajnej reakcji transestryfikacji. Lipidów transestryfikacji procesu produkcyjnego służy do konwersji oleju bazowego do żądanych estrów. Wszelkie wolne kwasy tłuszczowe (FFA) w oleju bazowym są albo przekształcane w mydło i usuwane z procesu, albo są estryfikowane (uzyskując więcej biodiesla) przy użyciu kwasowego katalizatora. Po tej obróbce, w przeciwieństwie do zwykłego oleju roślinnego , biodiesel ma właściwości spalania bardzo podobne do oleju napędowego naftowego i może go zastąpić w większości obecnych zastosowań.

Metanol stosowany w większości procesów produkcji biodiesla jest wytwarzany przy użyciu paliw kopalnych. Istnieją jednak źródła odnawialnego metanolu wytwarzanego przy użyciu dwutlenku węgla lub biomasy jako surowca, dzięki czemu ich procesy produkcyjne są wolne od paliw kopalnych.

Produktem ubocznym procesu transestryfikacji jest produkcja glicerolu . Na każdą wyprodukowaną 1 tonę biodiesla powstaje 100 kg glicerolu. Pierwotnie istniał cenny rynek na glicerol, który wspomagał ekonomikę całego procesu. Jednak wraz ze wzrostem światowej produkcji biodiesla załamała się cena rynkowa tego surowego glicerolu (zawierającego 20% wody i pozostałości katalizatora). Na całym świecie prowadzone są badania nad wykorzystaniem tego glicerolu jako chemicznego składnika budulcowego (patrz półprodukt chemiczny w artykule „ Glicerol ” w Wikipedii ). Jedną z inicjatyw w Wielkiej Brytanii jest The Glycerol Challenge.

Zwykle ten surowy glicerol musi być oczyszczony, zazwyczaj przez przeprowadzenie destylacji próżniowej. To jest dość energochłonne. Rafinowany glicerol (czystość ponad 98%) może być następnie wykorzystany bezpośrednio lub przekształcony w inne produkty. W 2007 roku ogłoszono następujące zapowiedzi: Spółka joint venture Ashland Inc. i Cargill ogłosiła plany produkcji glikolu propylenowego w Europie z glicerolu, a firma Dow Chemical ogłosiła podobne plany dla Ameryki Północnej. Dow planuje również zbudować w Chinach fabrykę do wytwarzania epichlorohydryny z glicerolu. Epichlorohydryna jest surowcem do produkcji żywic epoksydowych .

Poziomy produkcji

W 2007 r. moce produkcyjne biodiesla szybko rosły, przy średnim rocznym tempie wzrostu w latach 2002-2006 wynoszącym ponad 40%. W 2006 r., ostatnim, dla którego można było uzyskać rzeczywiste dane dotyczące produkcji, całkowita światowa produkcja biodiesla wyniosła około 5–6 mln ton, z czego 4,9 mln ton przetworzono w Europie (z czego 2,7 mln ton pochodziło z Niemiec), a większość pozostałej części z USA. W 2008 r. produkcja w samej Europie wzrosła do 7,8 mln ton. W lipcu 2009 r. na importowany z USA biodiesel do Unii Europejskiej dodano cło w celu zrównoważenia konkurencji ze strony producentów europejskich, zwłaszcza niemieckich. Moce produkcyjne na rok 2008 w Europie wyniosły 16 mln ton. Dla porównania, całkowite zapotrzebowanie na olej napędowy w USA i Europie wynosi około 490 milionów ton (147 miliardów galonów). Całkowita światowa produkcja oleju roślinnego do wszystkich celów w roku 2005/06 wyniosła około 110 milionów ton, z czego około 34 miliony ton oleju palmowego i oleju sojowego . Od 2018 r. Indonezja jest największym światowym dostawcą biopaliw na bazie oleju palmowego z roczną produkcją 3,5 miliona ton i oczekuje się, że będzie eksportować około 1 miliona ton biodiesla.

Produkcja biodiesla w USA w 2011 r. przyniosła branży nowy kamień milowy. W ramach normy EPA Renewable Fuel Standard wdrożono cele dla zakładów produkujących biodiesel w celu monitorowania i dokumentowania poziomów produkcji w porównaniu z całkowitym zapotrzebowaniem. Według danych opublikowanych na koniec roku przez EPA, produkcja biodiesla w 2011 roku osiągnęła ponad 1 miliard galonów. Ta liczba produkcji znacznie przekroczyła cel 800 milionów galonów ustalony przez EPA. Przewidywana produkcja na 2020 rok to prawie 12 miliardów galonów.

Surowce do biodiesla

Do produkcji biodiesla można używać różnych olejów. Obejmują one:

  • Surowiec z pierwszego tłoczenia – najczęściej stosuje się olej rzepakowy i sojowy , olej sojowy stanowi około połowy produkcji w USA. Można go również uzyskać z Pongamii , wąkroty polnej i jatrofy oraz innych roślin uprawnych, takich jak gorczyca , jojoba , len , słonecznik , olej palmowy , kokos i konopie ( zobacz listę olejów roślinnych do biopaliw , aby uzyskać więcej informacji );
  • Odpadowy olej roślinny (WVO);
  • Tłuszcze zwierzęce w tym łój , smalec , tłuszcz żółty , tłuszcz drobiowy oraz produkty uboczne produkcji kwasów Omega-3 z oleju rybiego.
  • Glony , które można hodować z wykorzystaniem materiałów odpadowych, takich jak ścieki i bez przemieszczania gruntów obecnie wykorzystywanych do produkcji żywności.
  • Olej z halofitów, takich jak Salicornia bigelovii , które można uprawiać przy użyciu słonej wody na obszarach przybrzeżnych, gdzie nie można uprawiać konwencjonalnych upraw, przy plonach równych plonom soi i innych nasion oleistych uprawianych przy użyciu nawadniania słodkowodnego
  • Osad ściekowy – Dziedzina przetwarzania ścieków w biopaliwa cieszy się zainteresowaniem dużych firm, takich jak Gospodarka Odpadami i startupów, takich jak InfoSpi, które obstawiają, że odnawialny biodiesel ściekowy może stać się konkurencyjny cenowo w stosunku do oleju napędowego.

Wielu zwolenników sugeruje, że zużyty olej roślinny jest najlepszym źródłem oleju do produkcji biodiesla, ale ponieważ dostępne zasoby są drastycznie mniejsze niż ilość paliwa ropopochodnego spalanego do celów transportu i ogrzewania domów na świecie, to lokalne rozwiązanie nie może skala do aktualnego tempa zużycia.

Tłuszcze zwierzęce są produktem ubocznym produkcji i gotowania mięsa. Chociaż hodowanie zwierząt (lub łowienie ryb) tylko ze względu na ich tłuszcz nie byłoby efektywne, wykorzystanie produktu ubocznego zwiększa wartość przemysłu hodowlanego (świnie, bydło, drób). Obecnie zakłady produkujące biodiesel z wieloma surowcami produkują wysokiej jakości biodiesel na bazie tłuszczu zwierzęcego. Obecnie w Stanach Zjednoczonych buduje się zakład o wartości 5 milionów dolarów, który ma wyprodukować 11,4 miliona litrów (3 miliony galonów) biodiesla z części szacowanego na 1 miliard kg (2,2 miliarda funtów) tłuszczu z kurczaka produkowanego rocznie na lokalnym rynku. Zakład drobiu Tyson. Podobnie niektóre małe fabryki biodiesla wykorzystują jako surowiec odpadowy olej rybny. W ramach finansowanego ze środków UE projektu (ENERFISH) zasugerowano, że w wietnamskim zakładzie produkującym biodiesel z suma (basa, znanego również jako panga) z 81 ton odpadów rybnych można wyprodukować 13 ton biodiesla na dzień od 130 ton ryb). Ten projekt wykorzystuje biodiesel do zasilania jednostki kogeneracyjnej w zakładzie przetwórstwa rybnego, głównie do zasilania zamrażalni ryb.

Wymagana ilość surowców

Obecna światowa produkcja oleju roślinnego i tłuszczu zwierzęcego nie wystarcza do zastąpienia płynnych paliw kopalnych. Co więcej, niektórzy sprzeciwiają się ogromnej ilości rolnictwa i wynikającemu z tego nawożeniu , stosowaniu pestycydów i zmianie użytkowania gruntów, które byłyby potrzebne do produkcji dodatkowego oleju roślinnego. Szacunkowa olej opałowy transport oleju napędowego i ogrzewanie domu stosowane w Stanach Zjednoczonych jest około 160 milionów ton (350 mld funtów), zgodnie z Energy Information Administration , US Department of Energy . W Stanach Zjednoczonych szacowana produkcja oleju roślinnego do wszystkich zastosowań wynosi około 11 milionów ton (24 miliardy funtów), a szacowana produkcja tłuszczu zwierzęcego to 5,3 miliona ton (12 miliardów funtów).

Gdyby cały obszar gruntów ornych w USA (470 milionów akrów lub 1,9 miliona kilometrów kwadratowych) był przeznaczony na produkcję biodiesla z soi, zapewniłoby to prawie 160 milionów ton wymaganych (przy założeniu optymistycznego 98 gal/akr biodiesla). . Ten obszar lądowy można w zasadzie znacznie zmniejszyć za pomocą glonów, jeśli możliwe jest pokonanie przeszkód. US DOE szacuje, że jeśli alg paliwo zastąpiono wszystkie paliwa naftowego w Stanach Zjednoczonych, wymagałoby to 15.000 mil kwadratowych (39.000 kilometrów kwadratowych), który jest kilka tysięcy mil kwadratowych większy niż Maryland lub 30% większy niż obszar Belgii , przy założeniu wydajności 140 ton/ha (15 000 galonów amerykańskich/akr). Przy bardziej realistycznych plonach 36 ton/ha (3834 galonów amerykańskich/akr) wymagana powierzchnia wynosi około 152 000 kilometrów kwadratowych, czyli mniej więcej tyle, co w stanie Georgia lub Anglii i Walii. Zaletą alg jest to, że można je uprawiać na gruntach nierolnych, takich jak pustynie lub w środowisku morskim, a potencjalne plony ropy są znacznie wyższe niż z roślin.

Dawać

Efektywność uzysku surowca na jednostkę powierzchni wpływa na możliwość zwiększenia produkcji do ogromnych poziomów przemysłowych wymaganych do zasilania znacznej części pojazdów.

Niektóre typowe plony
Przyciąć Dawać
l/ha US gal/akr
olej palmowy 4752 508
Orzech kokosowy 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Rzepak 954 102
Soja (Indiana) 554-922 59,2–98,6
Chiński łój 907 97
Arachid 842 90
Słonecznik 767 82
Konopie 242 26
  1. ^ a b c d "Biopaliwa: kilka liczb" . Grist.org. 2006-02-08. Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2010-03-01 . Pobrano 15.03.2010 .
  2. ^ Makareviciene i in., "Możliwości wykorzystania turzycy chufa w produkcji biodiesla",
    Uprawy przemysłowe i produkty, 50 (2013) s. 635, tabela 2.
  3. ^ Klass, Donald, "Biomasa dla energii odnawialnej, paliw
    i chemikaliów", strona 341. Academic Press, 1998.
  4. ^ Kitani, Osamu, „Tom V: Inżynieria energii i biomasy ,
    CIGR Handbook of Agricultural Engineering”, Amer Society of Agricultural, 1999.

Wydajność paliwa z alg nie została jeszcze dokładnie określona, ​​ale DOE podaje, że algi przynoszą 30 razy więcej energii z hektara niż uprawy lądowe, takie jak soja. Plony 36 ton z hektara są uważane za praktyczne przez Ami Ben-Amotza z Instytutu Oceanografii w Hajfie , który komercyjnie zajmuje się hodowlą glonów od ponad 20 lat.

Jatrofa jest wymieniana jako wysokowydajne źródło biodiesla, ale plony w dużym stopniu zależą od warunków klimatycznych i glebowych. Szacunki na najniższym poziomie określają wydajność około 200 galonów amerykańskich/akr (1,5-2 ton na hektar) na uprawę; w korzystniejszych klimatach osiągnięto dwa lub więcej plonów rocznie. Uprawiana jest na Filipinach , w Mali i w Indiach , jest odporna na suszę i może dzielić przestrzeń z innymi uprawami, takimi jak kawa, cukier, owoce i warzywa. Według jego zwolenników, dobrze nadaje się do terenów półpustynnych i może przyczynić się do spowolnienia pustynnienia .

Argumenty efektywnościowe i ekonomiczne

Czysty biodiesel (B-100) z ziaren soi

Według badania przeprowadzonego przez dr. Van Dyne i Raymer z Tennessee Valley Authority , przeciętne amerykańskie gospodarstwo rolne zużywa paliwo w ilości 82 litrów na hektar (8,75 US gal/akr) ziemi, aby wyprodukować jedną uprawę. Jednak średnie uprawy rzepaku produkują olej w średnim tempie 1029 l/ha (110 galonów amerykańskich/akr), a pola rzepaku o wysokiej wydajności wytwarzają około 1356 l/ha (145 galonów amerykańskich/akr). Stosunek wejścia do wyjścia w tych przypadkach wynosi w przybliżeniu 1:12,5 i 1:16,5. Fotosynteza jest znany mają współczynnik wydajności około 3-6% całkowitej energii promieniowania słonecznego, jeśli cała masa roślin wykorzystywany jest do wytwarzania energii, całkowita wydajność tej sieci wynosi obecnie około 1%, podczas gdy może to niekorzystnie w porównaniu do słonecznej W połączeniu z elektrycznym układem napędowym biodiesel jest mniej kosztowny we wdrażaniu (ogniwa słoneczne kosztują około 250 USD za metr kwadratowy) i transporcie (pojazdy elektryczne wymagają baterii, które obecnie mają znacznie niższą gęstość energetyczną niż paliwa płynne). Badanie z 2005 r. wykazało, że produkcja biodiesla z wykorzystaniem soi wymagała o 27% więcej energii kopalnej niż wyprodukowany biodiesel io 118% więcej energii ze słonecznika.

Jednak te statystyki same w sobie nie wystarczą, aby pokazać, czy taka zmiana ma sens ekonomiczny. Należy wziąć pod uwagę dodatkowe czynniki, takie jak: ekwiwalent paliwowy energii potrzebnej do przetwarzania, uzysk paliwa z surowego oleju, zwrot z uprawy żywności, wpływ biodiesla na ceny żywności i względny koszt biodiesla w porównaniu z ropę naftową, zanieczyszczenie wody ze spływu z gospodarstw rolnych, wyczerpywanie się gleby oraz uzewnętrznione koszty ingerencji politycznej i wojskowej w krajach produkujących ropę naftową, których celem jest kontrolowanie cen ropy naftowej.

Trwa debata na temat bilansu energetycznego biodiesla. Pełne przejście na biopaliwa może wymagać ogromnych obszarów ziemi, jeśli stosuje się tradycyjne uprawy spożywcze (chociaż można stosować uprawy niespożywcze ). Problem byłby szczególnie dotkliwy dla krajów o dużych gospodarkach, ponieważ zużycie energii rośnie wraz z wynikami gospodarczymi.

Jeśli używa się tylko tradycyjnych zakładów spożywczych, większość takich krajów nie ma wystarczającej ilości gruntów ornych do produkcji biopaliw dla krajowych pojazdów. Kraje z mniejszymi gospodarkami (a więc mniejszym zużyciem energii) i większą ilością gruntów ornych mogą być w lepszej sytuacji, chociaż wiele regionów nie może sobie pozwolić na odwrócenie ziemi od produkcji żywności.

W przypadku krajów trzeciego świata źródła biodiesla wykorzystujące grunty marginalne mogą mieć większy sens; np pongam oiltree nakrętki uprawianych wzdłuż dróg lub jatrofy rosnących wzdłuż linii kolejowych.

W regionach tropikalnych, takich jak Malezja i Indonezja, rośliny produkujące olej palmowy sadzi się w szybkim tempie, aby zaspokoić rosnące zapotrzebowanie na biodiesel w Europie i na innych rynkach. Naukowcy wykazali, że usuwanie lasów deszczowych pod plantacje palm nie jest ekologiczne, ponieważ ekspansja plantacji palm olejowych stanowi zagrożenie dla naturalnych lasów deszczowych i bioróżnorodności.

W Niemczech oszacowano, że olej napędowy z oleju palmowego stanowi mniej niż jedną trzecią kosztów produkcji biodiesla z rzepaku. Bezpośrednim źródłem zawartości energetycznej biodiesla jest energia słoneczna wychwytywana przez rośliny podczas fotosyntezy . Odnośnie dodatniego bilansu energetycznego biodiesla:

Gdy słoma została pozostawiona na polu, produkcja biodiesla była silnie dodatnia energetycznie, dając 1 GJ biodiesla na każde 0,561 GJ włożonej energii (stosunek wydajność/koszt wynoszący 1,78).
Stosunek plonu do kosztów produkcji biodiesla był jeszcze lepszy (3,71) przy spalaniu słomy jako paliwa, a śruty oleistej jako nawozu. Innymi słowy, na każdą jednostkę energii włożonej do produkcji biodiesla uzyskano 3,71 jednostki (różnica 2,71 jednostki pochodziłaby z energii słonecznej).

Wpływ ekonomiczny

Przeprowadzono wiele badań ekonomicznych dotyczących ekonomicznego wpływu produkcji biodiesla. Jedno z badań zleconych przez National Biodiesel Board wykazało, że produkcja biodiesla wspierała ponad 64 000 miejsc pracy. Wzrost biodiesla przyczynia się również do znacznego wzrostu PKB. W 2011 r. biodiesel wygenerował ponad 3 miliardy dolarów PKB. Sądząc po ciągłym wzroście Standardu Paliw Odnawialnych i rozszerzeniu ulgi podatkowej na biodiesel, liczba miejsc pracy może wzrosnąć do 50 725, przychód 2,7 miliarda dolarów, a PKB do 5 miliardów dolarów do 2012 i 2013 roku.

Bezpieczeństwo energetyczne

Jednym z głównych bodźców do przyjęcia biodiesla jest bezpieczeństwo energetyczne . Oznacza to zmniejszenie zależności narodu od ropy naftowej i zastąpienie jej lokalnymi źródłami, takimi jak węgiel, gaz czy źródła odnawialne. W ten sposób kraj może czerpać korzyści z przyjęcia biopaliw bez redukcji emisji gazów cieplarnianych. Podczas gdy debatuje się nad całkowitym bilansem energetycznym, jasne jest, że zależność od ropy naftowej jest zmniejszona. Jednym z przykładów jest energia wykorzystywana do produkcji nawozów, która może pochodzić z różnych źródeł innych niż ropa naftowa. Amerykańskie Narodowe Laboratorium Energii Odnawialnej (NREL) stwierdza, że ​​bezpieczeństwo energetyczne jest główną siłą napędową amerykańskiego programu biopaliw, a dokument Białego Domu „Bezpieczeństwo energetyczne w XXI wieku” jasno stwierdza, że ​​bezpieczeństwo energetyczne jest głównym powodem promowania biodiesel. Były przewodniczący Komisji Europejskiej Jose Manuel Barroso, przemawiając na niedawnej unijnej konferencji biopaliwowej, podkreślił, że właściwie zarządzane biopaliwa mogą wzmocnić bezpieczeństwo dostaw w UE poprzez dywersyfikację źródeł energii.

Globalna polityka dotycząca biopaliw

Wiele krajów na całym świecie angażuje się w rosnące wykorzystanie i produkcję biopaliw, takich jak biodiesel, jako alternatywnego źródła energii dla paliw kopalnych i ropy naftowej. Aby wspierać przemysł biopaliw, rządy wdrożyły ustawodawstwo i prawa jako zachęty do zmniejszenia zależności od ropy naftowej i zwiększenia wykorzystania odnawialnych źródeł energii. Wiele krajów posiada własne niezależne polityki dotyczące opodatkowania i rabatów związanych z użytkowaniem, importem i produkcją biodiesla.

Kanada

Kanadyjska ustawa o ochronie środowiska ustawa C-33 wymagała, aby do 2010 roku benzyna zawierała 5% energii odnawialnej, a do 2013 roku olej napędowy i olej opałowy zawierały 2% energii odnawialnej. Program EcoENERGY for Biofuels dotował produkcję biodiesla, między innymi biopaliw, poprzez stawkę zachęty w wysokości 0,20 CAN$ za litr w latach 2008-2010. Obniżka o 0,04 USD będzie stosowana corocznie, aż stawka zachęty osiągnie 0,06 USD w 2016 roku. prowincje mają również określone środki prawne w odniesieniu do wykorzystania i produkcji biopaliw.

Stany Zjednoczone

Volumetric Etanol Akcyza Tax Credit (VEETC) był głównym źródłem wsparcia finansowego dla biopaliw, ale wygasnąć w roku 2010. Przez ten akt, produkcja biodiesla gwarantuje ulgę podatkową w wysokości 1 USD za galon wyprodukowanego z oliwy z pierwszego tłoczenia, i 0,50 $ za galon wykonany z olejów pochodzących z recyklingu. Obecnie olej sojowy jest wykorzystywany do produkcji biodiesla sojowego do wielu celów komercyjnych, takich jak mieszanie paliw dla sektorów transportu.

Unia Europejska

Największym producentem biodiesla jest Unia Europejska, a największymi producentami są Francja i Niemcy. Aby zwiększyć wykorzystanie biodiesla, istnieją polityki wymagające mieszania biodiesla z paliwami, w tym kary w przypadku nieosiągnięcia tych wskaźników. We Francji celem było osiągnięcie 10% integracji, ale plany na ten cel zostały wstrzymane w 2010 roku. Jako zachętę dla krajów Unii Europejskiej do kontynuowania produkcji biopaliwa są ulgi podatkowe na określone ilości produkowanego biopaliwa. W Niemczech minimalny udział biodiesla w transportowym oleju napędowym wynosi 7%, tzw. „B7”.

Skutki środowiskowe

Wzrost zainteresowania biodieslem uwypuklił szereg skutków środowiskowych związanych z jego stosowaniem. Potencjalnie obejmują one redukcję emisji gazów cieplarnianych , wylesianie , zanieczyszczenie i tempo biodegradacji .

Według Renewable Fuel Standards Programme EPA, Renewable Fuel Standards Programme , opublikowanej w lutym 2010 r., biodiesel z oleju sojowego powoduje średnio 57% redukcję emisji gazów cieplarnianych w porównaniu z olejem napędowym na bazie ropy naftowej, a biodiesel wytwarzany z odpadowego smaru daje 86% zmniejszenie. Więcej szczegółowych informacji można znaleźć w rozdziale 2.6 raportu EPA .

Jednak organizacje ekologiczne, np. Rainforest Rescue i Greenpeace , krytykują uprawę roślin wykorzystywanych do produkcji biodiesla, np. palm olejowych, soi i trzciny cukrowej. Wylesianie lasów deszczowych pogłębia zmiany klimatyczne, a wrażliwe ekosystemy są niszczone w celu oczyszczenia gruntów pod plantacje palm olejowych, soi i trzciny cukrowej. Co więcej, biopaliwa przyczyniają się do głodu na świecie, ponieważ grunty orne nie są już wykorzystywane do uprawy żywności. Agencja Ochrony Środowiska (EPA) opublikował dane w styczniu 2012 roku, pokazując, że biopaliwa wykonane z oleju palmowego nie będą brane pod uwagę narodu paliw odnawialnych mandatem, ponieważ nie są przyjazne dla klimatu. Ekolodzy z zadowoleniem przyjmują wniosek, ponieważ wzrost plantacji palm olejowych spowodował wylesianie lasów tropikalnych, na przykład w Indonezji i Malezji.

Żywność, ziemia i woda a paliwo

W niektórych biednych krajach rosnące ceny oleju roślinnego powodują problemy. Niektórzy proponują, aby paliwo było wytwarzane wyłącznie z niejadalnych olejów roślinnych, takich jak lnianka , jatrofa lub ślaz przybrzeżny, które mogą rozwijać się na marginalnych gruntach rolnych, gdzie wiele drzew i upraw nie będzie rosło lub dałoby tylko niskie plony.

Inni twierdzą, że problem jest bardziej zasadniczy. Aby zarobić więcej pieniędzy, rolnicy mogą przestawić się z produkcji roślin spożywczych na produkcję biopaliw, nawet jeśli nowe uprawy nie są jadalne. Prawo podaży i popytu przewiduje, że jeśli mniej rolników produkujących żywność ceny żywności wzrosną. Może to zająć trochę czasu, ponieważ rolnikom może zająć trochę czasu, aby zmienić uprawiane przez siebie produkty, ale rosnący popyt na biopaliwa pierwszej generacji prawdopodobnie spowoduje wzrost cen wielu rodzajów żywności. Niektórzy wskazywali, że są biedni rolnicy i biedne kraje, które zarabiają więcej dzięki wyższej cenie oleju roślinnego.

Biodiesel z alg morskich niekoniecznie wyparłby grunty lądowe obecnie wykorzystywane do produkcji żywności i można by stworzyć nowe miejsca pracy w algach .

Dla porównania należy wspomnieć, że produkcja biogazu wykorzystuje odpady rolnicze do wytwarzania biopaliwa zwanego biogazem, a także wytwarza kompost , zwiększając tym samym rolnictwo, zrównoważony rozwój i produkcję żywności.

Obecne badania

Trwają badania nad znalezieniem bardziej odpowiednich upraw i poprawą wydajności oleju. Możliwe są inne źródła, w tym ludzkie odchody , a Ghana buduje swoją pierwszą „fabrykę biodiesla zasilanego osadami kałowymi”. Przy obecnych plonach potrzebne byłyby ogromne ilości ziemi i słodkiej wody, aby wyprodukować wystarczającą ilość ropy, aby całkowicie zastąpić zużycie paliw kopalnych. Aby zaspokoić obecne potrzeby w zakresie ogrzewania i transportu w USA, wymagałoby to dwa razy większej powierzchni ziemi w USA do produkcji soi lub dwóch trzecich do produkcji rzepaku.

Specjalnie wyhodowane odmiany gorczycy mogą dawać dość wysokie plony oleju i są bardzo przydatne w płodozmianie ze zbożami, a ponadto mają tę dodatkową zaletę, że mączka pozostała po wyciśnięciu oleju może działać jako skuteczny i biodegradowalny pestycyd.

NFESC z Santa Barbara -na Biodiesel Industries pracuje nad rozwojem technologii produkcji biodiesla dla US Navy i wojskowych, jednego z największych użytkowników paliw diesla na świecie.

Grupa hiszpańskich deweloperów pracujących dla firmy Ecofasa ogłosiła nowe biopaliwo wyprodukowane ze śmieci. Paliwo powstaje z ogólnych odpadów miejskich, które są przetwarzane przez bakterie na kwasy tłuszczowe, które można wykorzystać do produkcji biodiesla.

Inne podejście, które nie wymaga użycia środków chemicznych do produkcji, polega na wykorzystaniu genetycznie zmodyfikowanych drobnoustrojów.

Biodiesel z alg

W latach 1978-1996 amerykański NREL eksperymentował z wykorzystaniem alg jako źródła biodiesla w „ Programie gatunków wodnych ”. Artykuł opublikowany przez Michaela Briggsa z UNH Biodiesel Group przedstawia szacunki dotyczące realistycznego zastąpienia wszystkich paliw samochodowych biodieslem poprzez wykorzystanie glonów, które mają naturalną zawartość oleju większą niż 50%, które według Briggsa można hodować na stawach alg w oczyszczalniach ścieków . Te bogate w olej algi można następnie wyekstrahować z systemu i przetworzyć na biodiesel, a wysuszoną pozostałość ponownie przetworzyć na etanol.

Produkcja alg do zbierania oleju do biodiesla nie została jeszcze podjęta na skalę komercyjną, ale przeprowadzono studia wykonalności w celu uzyskania powyższego oszacowania wydajności. Oprócz przewidywanych wysokich plonów uprawa alg — w przeciwieństwie do biopaliw z upraw — nie pociąga za sobą spadku produkcji żywności , ponieważ nie wymaga ani gruntów rolnych, ani świeżej wody . Wiele firm poszukuje bioreaktorów z algami do różnych celów, w tym zwiększenia produkcji biodiesla do poziomu komercyjnego.

Rodrigo E. Teixeira z Uniwersytetu Alabama w Huntsville zademonstrował ekstrakcję lipidów biodiesla z mokrych alg przy użyciu prostej i ekonomicznej reakcji w cieczach jonowych .

Pongamia

Millettia pinnata , znana również jako Pongam Oiltree lub Pongamia, jest rośliną strączkową, rodzącą nasiona oleiste, która została zidentyfikowana jako kandydatka do produkcji niejadalnego oleju roślinnego.

Plantacje Pongamia do produkcji biodiesla mają dwojakie korzyści dla środowiska. Drzewa zarówno magazynują węgiel, jak i produkują olej opałowy. Pongamia rośnie na marginalnych gruntach, które nie nadają się do upraw spożywczych i nie wymagają nawozów azotowych. Drzewo produkujące olej ma najwyższy plon z roślin produkujących olej (około 40% masy nasion to olej), podczas gdy rośnie na niedożywionych glebach o wysokim poziomie soli. Staje się głównym celem wielu organizacji badawczych zajmujących się biodieslem. Główne zalety Pongamii to wyższy odzysk i jakość oleju niż w przypadku innych upraw i brak bezpośredniej konkurencji z uprawami spożywczymi. Jednak wzrost na gruntach marginalnych może prowadzić do niższych plonów ropy naftowej, co może spowodować konkurencję z uprawami żywności o lepszą glebę.

Jatrofa

Biodiesel Jatrofa z DRDO , Indie.

Kilka grup w różnych sektorach prowadzi badania nad jatrofą curcas, trującym drzewem przypominającym krzew, które produkuje nasiona uważane przez wielu za opłacalne źródło oleju do produkcji biodiesla. Wiele z tych badań koncentruje się na poprawie ogólnego uzysku oleju jatrofy z akra poprzez postępy w genetyce, gleboznawstwie i praktykach ogrodniczych.

Firma SG Biofuels , twórca jatrofy z siedzibą w San Diego, wykorzystała hodowlę molekularną i biotechnologię do produkcji elitarnych nasion hybrydowych jatrofy, które wykazują znaczną poprawę plonów w porównaniu z odmianami pierwszej generacji. SG Biofuels twierdzi również, że takie szczepy przyniosły dodatkowe korzyści, w tym lepszą synchroniczność kwitnienia, wyższą odporność na szkodniki i choroby oraz zwiększoną tolerancję na zimno.

Plant Research International, wydział Uniwersytetu Wageningen i Centrum Badawczego w Holandii, prowadzi bieżący projekt oceny jatrofy (JEP), który bada wykonalność uprawy jatrofy na dużą skalę poprzez eksperymenty terenowe i laboratoryjne.

Centrum Hodowli Zrównoważonej Energii (CfSEF) jest Los Angeles oparte organizacja badawcza non-profit, której celem badań Jatropha w obszarach nauki roślin, agronomii i ogrodnictwie. Przewiduje się, że pomyślna eksploracja tych dyscyplin zwiększy plony produkcyjne gospodarstw z jatrofą o 200–300% w ciągu najbliższych dziesięciu lat.

MGŁA ze ścieków

Tak zwane tłuszcze, oleje i smary (FOG), odzyskiwane ze ścieków, można również przekształcić w biodiesel.

Grzyby

Grupa z Rosyjskiej Akademii Nauk w Moskwie opublikowała we wrześniu 2008 roku artykuł, w którym stwierdziła, że ​​wyizolowała duże ilości lipidów z jednokomórkowych grzybów i przekształciła je w biodiesel w ekonomicznie efektywny sposób. Więcej badań na temat tego gatunku grzyba; Cunninghamella japonica i inne prawdopodobnie pojawią się w najbliższej przyszłości.

Niedawne odkrycie odmiany grzyba Gliocladium roseum wskazuje na produkcję tak zwanego mykodiesla z celulozy. Organizm ten został niedawno odkryty w lasach deszczowych północnej Patagonii i ma wyjątkową zdolność przekształcania celulozy w węglowodory o średniej długości, zwykle występujące w oleju napędowym.

Biodiesel ze zużytych fusów kawy

Naukowcy z Uniwersytetu Nevada w Reno z powodzeniem wyprodukowali biodiesel z oleju pochodzącego ze zużytych fusów kawy . Analiza wykorzystanych fusów wykazała zawartość oleju od 10% do 15% (wagowo). Po wydobyciu oleju poddano go konwencjonalnemu przetwarzaniu na biodiesel. Szacuje się, że gotowy biodiesel można by wyprodukować za około jednego dolara amerykańskiego za galon. Co więcej, doniesiono, że „technika nie jest trudna” i że „w okolicy jest tyle kawy, że potencjalnie można wyprodukować kilkaset milionów galonów biodiesla rocznie”. Jednak nawet gdyby wszystkie fusy z kawy na świecie zostały użyte do produkcji paliwa, wyprodukowana ilość byłaby mniejsza niż 1 procent oleju napędowego zużywanego w Stanach Zjednoczonych rocznie. „To nie rozwiąże światowego problemu energetycznego” – powiedział o swojej pracy dr Misra.

Egzotyczne źródła

Ostatnio zidentyfikowano tłuszcz aligatora jako źródło produkcji biodiesla. Każdego roku około 15 milionów funtów tłuszczu aligatorów jest wyrzucanych na wysypiska jako produkt uboczny odpadów przemysłu mięsnego i skórnego aligatorów. Badania wykazały, że biodiesel wytwarzany z tłuszczu aligatora ma podobny skład do biodiesla wytwarzanego z soi i jest tańszy w rafinacji, ponieważ jest przede wszystkim produktem odpadowym.

Biodiesel do energii ogniw wodorowych

Opracowano mikroreaktor do przekształcania biodiesla w parę wodorową do zasilania ogniw paliwowych.

Reforming parowy , znany również jako reforming paliw kopalnych, to proces, w którym ze względu na jego wydajność wytwarzany jest gazowy wodór z paliw węglowodorowych, w szczególności biodiesla. **Mikroreaktor** lub reformer to urządzenie przetwarzające, w którym para wodna reaguje z paliwem ciekłym pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia. W temperaturach od 700 do 1100 °C katalizator na bazie niklu umożliwia produkcję tlenku węgla i wodoru:

Węglowodór + H2O ⇌ CO + 3 H2 (wysoce endotermiczny)

Ponadto wyższą wydajność gazowego wodoru można wykorzystać przez dalsze utlenianie tlenku węgla w celu wytworzenia większej ilości wodoru i dwutlenku węgla:

CO + H2O → CO2 + H2 (lekko egzotermiczny)

Podstawowe informacje o wodorowych ogniwach paliwowych

Ogniwa paliwowe działają podobnie do baterii, ponieważ energia elektryczna jest wykorzystywana w reakcjach chemicznych. Różnica w ogniwach paliwowych w porównaniu z bateriami polega na ich zdolności do zasilania przez stały przepływ wodoru znajdującego się w atmosferze. Ponadto produkują tylko wodę jako produkt uboczny i są praktycznie bezgłośne. Wadą ogniw paliwowych zasilanych wodorem jest wysoki koszt i niebezpieczeństwa związane z przechowywaniem wysoce palnego wodoru pod ciśnieniem.

Jednym ze sposobów, w jaki nowe przetwórcy mogą przezwyciężyć niebezpieczeństwa związane z transportem wodoru, jest jego produkcja w razie potrzeby. Mikroreaktory można połączyć, tworząc system, który podgrzewa węglowodór pod wysokim ciśnieniem, aby wytworzyć gazowy wodór i dwutlenek węgla, proces zwany reformingiem parowym. Powoduje to wytwarzanie do 160 galonów wodoru na minutę i daje możliwość zasilania stacji tankowania wodoru, a nawet pokładowego źródła paliwa wodorowego dla pojazdów z ogniwami wodorowymi. Wdrożenie w samochodach umożliwiłoby przekształcenie paliw bogatych w energię, takich jak biodiesel, w energię kinetyczną przy jednoczesnym uniknięciu produktów ubocznych spalania i zanieczyszczeń. Kwadratowy kawałek metalu wielkości dłoni zawiera mikroskopijne kanały z miejscami katalitycznymi, które w sposób ciągły przekształcają biodiesel, a nawet glicerolowy produkt uboczny, w wodór.

Olej szafranowy

Począwszy od 2020 roku, naukowcy z australijskiego CSIRO badali szafranowy olej ze specjalnie wyhodowanej odmiany jako silnika smaru , a naukowcy z Montana State University zaawansowane centrum Fuel „s w USA badali działanie oleju w dużym silnikiem diesla , z wynikami opisanymi jako „zmieniające zasady gry”.

Obawy

Zużycie silnika

Smarność paliwa odgrywa ważną rolę w zużyciu silnika. Silnik wysokoprężny wykorzystuje paliwo do zapewnienia smarowności metalowych elementów, które są ze sobą w ciągłym kontakcie. Biodiesel jest znacznie lepszym środkiem smarnym w porównaniu z olejem napędowym z paliw kopalnych ze względu na obecność estrów. Testy wykazały, że dodanie niewielkiej ilości biodiesla do oleju napędowego może w krótkim czasie znacząco zwiększyć smarność paliwa. Jednak w dłuższym okresie czasu (2-4 lata) badania pokazują, że biodiesel traci smarność. Może to wynikać z nasilonej w czasie korozji spowodowanej utlenianiem nienasyconych cząsteczek lub zwiększonej zawartości wody w biodieslu w wyniku wchłaniania wilgoci.

Lepkość paliwa

Jednym z głównych problemów związanych z biodieslem jest jego lepkość. Lepkość oleju napędowego wynosi 2,5–3,2 cSt w temperaturze 40 °C, a lepkość biodiesla wytwarzanego z oleju sojowego wynosi od 4,2 do 4,6 cSt. Lepkość oleju napędowego musi być wystarczająco wysoka, aby zapewnić wystarczające smarowanie części silnika, ale wystarczająco niska, aby płynąć przy temperatura robocza. Wysoka lepkość może zatkać filtr paliwa i układ wtryskowy w silnikach. Olej roślinny składa się z lipidów o długich łańcuchach węglowodorów, aby zmniejszyć jego lepkość, lipidy są rozbijane na mniejsze cząsteczki estrów. Odbywa się to poprzez przekształcanie olejów roślinnych i tłuszczów zwierzęcych w estry alkilowe przy użyciu transestryfikacji w celu zmniejszenia ich lepkości. Niemniej jednak lepkość biodiesla pozostaje wyższa niż w przypadku oleju napędowego, a silnik może nie być w stanie wykorzystać paliwa w niskich temperaturach ze względu na powolny przepływ przez filtr paliwa.

Wydajność silnika

Biodiesel charakteryzuje się wyższym zużyciem paliwa przy hamowaniu w porównaniu z olejem napędowym, co oznacza, że ​​przy takim samym momencie obrotowym wymagane jest większe zużycie paliwa biodiesel. Stwierdzono jednak, że mieszanka biodiesla B20 zapewnia maksymalny wzrost sprawności cieplnej, najniższe zużycie energii na hamowanie i niższe szkodliwe emisje. Wydajność silnika zależy od właściwości paliwa, spalania, ciśnienia wtryskiwaczy i wielu innych czynników. Ponieważ istnieją różne mieszanki biodiesla, może to wyjaśniać sprzeczne doniesienia dotyczące osiągów silnika.

Zobacz też

Aegopodium podagraria1 ies.jpg Portal środowiskowy Portal Energii Odnawialnejikona-turbiny-wiatrowej.svg 

Bibliografia

Zewnętrzne linki