Biodiesel tai biodieselpolttoaine - nestemäinen moottoribiopolttoaine , joka on rasvahappojen monoalkyyliestereiden seos . Biodieseliä saadaan triglyserideistä (harvemmin vapaista rasvahapoista) transesteröinnin (esteröinnin) reaktiolla yksiarvoisten alkoholien ( metanoli , etanoli jne.) kanssa. Triglyseridien lähteenä voivat olla erilaiset kasviöljyt tai eläinrasvat.
Biodieselpolttoaineen hankintaprosessi tapahtuu vaihtoesteröinnin kemiallisen reaktion aikana. Tässä reaktiossa kasviöljy tai mikä tahansa muu triglyseridien lähde reagoi katalyytin läsnä ollessa yksiarvoisten alkoholien kanssa muodostaen rasvahappomonoalkyyliestereitä (biodiesel, FAME) ja glyserolia. Biodieselin tunnistamiseksi ja sen erottamiseksi bitumikivistä valmistetusta maaöljydieselistä on tarpeen määrittää rasvahappojen metyyliesterien (FAME) pitoisuus. rasvahappojen monoalkyyliesterien analyysi ei anna tarkkaa biodieselin pitoisuutta dieselpolttoaineessa.
Triglyseridit vaihtoesteröidään metanolilla , harvemmin etanolilla tai isopropyylialkoholilla (noin suhteessa 1 tonniin öljyä 200 kg metanolia + kalium- tai natriumhydroksidia ) 60 °C:n lämpötilassa ja normaalipaineessa.
Laadukkaan tuotteen saamiseksi on täytettävä useita vaatimuksia:
Sitä käytetään ajoneuvoissa puhtaassa muodossaan ja erilaisten seosten muodossa dieselpolttoaineen kanssa . Yhdysvalloissa dieselpolttoaineen ja biodieselin seos on merkitty B:ksi; kirjaimen perässä oleva numero ilmaisee biodieselin prosenttiosuuden. B2 - 2% biodieseliä, 98% dieselpolttoainetta . B100 - 100% biodiesel. Vastaava polttoaineen merkintäjärjestelmä otettiin käyttöön EU:ssa vuonna 2018. [yksi]
Seosten käyttö ei vaadi muutoksia moottoriin.
Tiedetään hyvin, että tietyn biopolttoaineen tuotannossa käytetyn raaka-aineen tyypistä riippuen ne jaetaan sukupolviin (1. sukupolvi, 2. sukupolven biopolttoaineet jne.). Tämä luokitus koskee myös biodieselpolttoainetta. Siten käytetystä raaka-aineesta riippuen voidaan puhua 1. sukupolven biodieselistä (viljelykasveista), 2. sukupolven biodieselistä (rasvapitoisesta jätteestä) ja 3. sukupolven biodieselistä (mikrolevien lipideistä). Biodieselistä eri maissa:
EU , Venäjä , Ukraina - rapsi ;
USA - soijapavut ;
Kanada - rapsi (eräänlainen rypsi );
Indonesia , Filippiinit - palmuöljy ;
Intia - jatropha , (Jatropha);
Brasilia - risiiniöljy.
Käytetään myös jätekasviöljyä, eläinrasvoja, kalaöljyä jne .
Öljyntuotantoa erilaisista raaka-aineista yhdeltä hehtaarilta maata vuodessa
| Raakamateriaalit | kg öljyä/ha | litraa öljyä/ha |
|---|---|---|
| Maissi | 145 | 172 |
| Cashew pähkinät | 148 | 176 |
| kaura | 183 | 217 |
| Lupiini | 195 | 232 |
| Kehäkukka | 256 | 305 |
| Puuvilla | 273 | 325 |
| Hamppu | 305 | 363 |
| Soija | 375 | 446 |
| Kahvi | 386 | 459 |
| Liinavaatteet | 402 | 478 |
| Hasselpähkinä | 405 | 482 |
| kurpitsan siemeniä | 449 | 534 |
| Korianteri | 450 | 536 |
| sinapinsiemeniä _ | 481 | 572 |
| Camelinan siemenet | 490 | 583 |
| Seesami | 585 | 696 |
| Safloriväriaine | 655 | 779 |
| Riisi | 696 | 828 |
| Auringonkukka | 800 | 952 |
| Kaakao | 863 | 1026 |
| Maapähkinä | 890 | 1059 |
| Unikko | 978 | 1163 |
| Raiskata | 1000 | 1190 |
| Oliivi | 1019 | 1212 |
| risiiniöljy | 1188 | 1413 |
| Pekaanipähkinä | 1505 | 1791 |
| Jojoba | 1528 | 1818 |
| Jatropha | 1590 | 1892 |
| Macadamia | 1887 | 2246 |
| brasilialainen pähkinä | 2010 | 2392 |
| Avokado | 2217 | 2638 |
| Kookospalmu | 2260 | 2689 |
| öljypalmu | 5000 | 5950 |
| talipuu | 5500 [1] | |
| Merilevä | 95 000 |
Tiedot Global Petroleum Clubilta
| Maa | 2004, tuhatta tonnia | 2005, tuhatta tonnia | 2006, tuhatta tonnia | 2007, tuhatta tonnia | 2008, tuhatta tonnia | 2009, tuhatta tonnia [2] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Itävalta | 57 | 85 | 123 | 267 | 213 | 310 |
| Belgia | - | yksi | 25 | 166 | 277 | 416 |
| Kypros | - | yksi | yksi | yksi | 9 | 9 |
| Tšekki | 60 | 133 | 107 | 61 | 104 | 164 |
| Tanska | 70 | 71 | 80 | 85 | 231 (Tanska+Ruotsi) |
233 (Tanska+Ruotsi) |
| Viro | - | 7 | yksi | 0 | 0 | 24 |
| Ranska | 348 | 492 | 743 | 872 | 1815 | 1959 |
| Saksa | 1035 | 1669 | 2662 | 2890 | 2819 | 2539 |
| Kreikka | - | 3 | 42 | 100 | 107 | 77 |
| Unkari | - | - | 0 | 7 | 105 | 133 |
| Italia | 320 | 396 | 447 | 363 | 595 | 737 |
| Iso-Britannia | 9 | 51 | 192 | 150 | 192 | 137 |
| Latvia | - | 5 | 7 | 9 | kolmekymmentä | 44 |
| Liettua | 5 | 7 | kymmenen | 26 | 66 | 98 |
| Malta | - | 2 | 2 | yksi | yksi | yksi |
| Puola | - | 100 | 116 | 80 | 275 | 332 |
| Portugali | - | yksi | 91 | 175 | 268 | 250 |
| Slovakia | viisitoista | 78 | 82 | 46 | 146 | 101 |
| Slovenia | - | kahdeksan | yksitoista | yksitoista | 9 | 9 |
| Espanja | 13 | 73 | 99 | 168 | 207 | 859 |
| Ruotsi | 1.4 | yksi | 13 | 63 | 231 (Tanska+Ruotsi) |
233 (Tanska+Ruotsi) |
| Bulgaria | - | - | - | - | yksitoista | 25 |
| Suomi | - | - | - | - | 85 | 220 |
| EU-maille yhteensä | 1933.4 | 3184 | 4890 | 5713 | 7755 | 9046 |
| Maa | 2004, milj | 2005, milj | 2006, milj | 2007, milj | 2008, milj | 2009, milj | 2010, milj. l |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| USA | 94.5 | 283,5 | 2200 | - | 2611,98 [3] | - | |
| Argentiina | - | 25 | viisikymmentä | - | - | - | 2100 |
| Brasilia | - | - | - | 450 | - | - | 2300 |
Vuonna 2004 noin 80 % Euroopan biodieselistä tuotettiin rypsiöljystä, kun taas vuonna 2004 noin kolmannes rypsisadosta käytettiin erityisesti biopolttoaineiden tuotantoon.
Euroopan unionissa biodieseliä alettiin tuottaa vuonna 1992 . Vuoden 2008 ensimmäisen puoliskon loppuun mennessä EU-maihin rakennettiin 214 biodieselin tuotantolaitosta, joiden kokonaiskapasiteetti on 16 miljoonaa tonnia biodieseliä vuodessa [4] . Heinäkuussa 2010 EU-maissa toimi 245 biodieseltehdasta, joiden kokonaiskapasiteetti oli 22 miljoonaa tonnia.
Yhdysvalloissa lokakuussa 2004 asennettu kapasiteetti oli noin 567 miljoonaa litraa vuodessa (150 miljoonaa gallonaa ). Vuoden 2008 puolivälissä Yhdysvalloissa toimi 149 tehdasta, joiden yhteenlaskettu kapasiteetti oli noin 7,669 miljardia litraa vuodessa (2029 miljoonaa gallonaa ). Rakenteilla oli 10 tehdasta, joiden kokonaiskapasiteetti oli noin 808,9 miljoonaa litraa vuodessa (214 miljoonaa gallonaa ).
Kanadassa oli vuoden 2006 lopussa toiminnassa neljä tehdasta , joiden kokonaiskapasiteetti oli noin 196,5 miljoonaa litraa vuodessa (52 miljoonaa gallonaa ).
Vuonna 2010 biodieselin maailmantuotanto kasvoi 12 prosenttia vuoteen 2009 verrattuna ja oli 19 miljardia litraa [5] .
Biodieselille Euroopan standardointijärjestö on kehittänyt EN14214-standardin. Sen lisäksi standardit EN590 (tai EN590:2000) ja DIN 51606. Ensimmäinen kuvaa kaikkien EU:ssa, Islannissa, Norjassa ja Sveitsissä myytävien dieselpolttoaineiden fysikaalisia ominaisuuksia. Tämä standardi sallii 5 %:n biodieselpitoisuuden mineraalidieselissä; joissakin maissa (esim. Ranska) kaikki dieselpolttoaine sisältää 5 % biodieseliä. DIN 51606 on saksalainen standardi, joka on suunniteltu yhteensopivaksi lähes kaikkien johtavien autonvalmistajien moottoreiden kanssa, joten se on tiukin. Suurin osa lännessä kaupallisesti tuotetusta biodieselistä vastaa tai ylittää sen.
Biodiesel, kuten kokeet ovat osoittaneet, ei vahingoita kasveja ja eläimiä joutuessaan veteen. Lisäksi se läpikäy lähes täydellisen biologisen hajoamisen: maaperässä tai vedessä mikro-organismit käsittelevät 99% biodieselistä 28 päivässä, minkä ansiosta voimme puhua jokien ja järvien saastumisen minimoimisesta.
CO 2 - päästöjen vähentäminen . Biodieselin palamisesta vapautuu täsmälleen sama määrä hiilidioksidia kuin öljyntuotannon raaka-aineena oleva laitos kulutti ilmakehästä koko elinkaarensa aikana. Biodieselissä ei ole lähes lainkaan rikkiä verrattuna perinteiseen dieselpolttoaineeseen . Tämä on ympäristön kannalta hyvä asia . (Laskelmissa ei kuitenkaan oteta huomioon hiilidioksidin määrää, joka vapautuu raaka-aineiden jalostuksessa biodieseliksi.)
Korkea syttymislämpötila. Biodieselin leimahduspiste on yli 100 °C , mikä tekee biopolttoaineesta suhteellisen turvallisen aineen.
Biodieselin raaka-aineiden tuotantoa varten vieraannutetaan suuria maa-alueita, joilla käytetään usein suuria annoksia kasvinsuojeluaineita . Tämä johtaa maaperän biologiseen hajoamiseen ja maaperän laadun heikkenemiseen.
Toisaalta kasviöljytuotannon prosessissa saatua kakkua ja jauhoa käytetään karjan rehuna, mikä mahdollistaa kasvibiomassan täydellisemmän hyödyntämisen.
Biodieselin tuotanto mahdollistaa käyttämättömän maatalousmaan liikkeelle laskemisen, uusien työpaikkojen luomisen maataloudessa, konepajateollisuudessa, rakentamisessa jne. Esimerkiksi Venäjällä 1995-2005 kylvöala pieneni 25,06 miljoonalla hehtaarilla . USA voi vuosittain kasvattaa 1,3 miljardia tonnia biomassaa vapailla mailla .
Biodieselin valmistuksessa esteröintireaktiolla syntyy seos, jonka annetaan laskeutua. Tuotteen kevyet pinnat ovat rapsin metyylieetteriä tai biodieseliä. Pohjafraktiot ovat ns. glyserolifaasi , jota usein kutsutaan väärin glyseroliksi . Itse asiassa se on vielä "tuotettava" puhtaaksi glyseriiniksi, jota ilman sen varastointi ja hävittäminen ovat vakava ongelma lisääntyneen alkaliteetin ja metanolipitoisuuden vuoksi . Samat ongelmat syntyvät, kun esteröintiin käytetään etanolia . Etanolipohjaisen biodieselin tuotanto on kuitenkin vähemmän kannattavaa sen suuremman tiheyden vuoksi.
Monet vaihtoehtoisten polttoaineiden ystävien julkaisut ovat omistettu biodieselin tuotantoon käsityönä - kirjaimellisesti autotallissa. Mutta tällaiset tekniikat, edellä mainitun glyserolifaasin ongelman lisäksi, eivät myöskään voi taata polttoaineen asianmukaista laatua ja siten moottorin turvallisuutta. Tämä johtuu tällaisen polttoaineen riittämättömästä puhdistamisesta erilaisista epäpuhtauksista, jotka yksinkertaisesti tukkivat moottorin. Lisäksi artesaanituotannossa on ongelmallista ostaa metanolia, jota valmistaa muutama suuri kemiantehdas. Metanoli valmistetaan maakaasusta, joten biopolttoaineiden valmistuksen yhden ainesosan hinta on tiukasti sidottu kaasun hintaan, vaikka metanolin raaka-aineena voivat toimia myös kaivoskaasu (metaani), biokaasu ja jopa vety .
Monet maailman maat ovat kehittäneet ohjelmia öljymoottoripolttoaineiden osittaiseksi korvaamiseksi erilaisilla biopolttoaineilla, mukaan lukien biodiesel:
| Maa | Vaatimus |
|---|---|
| Minnesota , Yhdysvallat | 5 % biodieselin pitoisuus dieselpolttoaineessa toukokuusta 2009 lähtien [7] |
| Missouri , USA | 5 % biodieselpitoisuus dieselpolttoaineessa heinäkuusta 2010 lähtien |
| Ranska | 7% biopolttoaineita vuoteen 2010 mennessä ( etanoli + biodiesel) |
| Euroopan unioni | 5,75 % biopolttoaineita vuoteen 2010 mennessä ( etanoli + biodiesel) |
| Australia | 350 miljoonaa litraa biopolttoaineita vuoteen 2010 mennessä ( etanoli + biodiesel) |
| Brasilia | 2 % 1. tammikuuta 2008 alkaen, 4 % 1. heinäkuuta 2009 [8] , 5 % 2010 [9] ; |
| Zimbabwe | 10 % biodieselistä dieselpolttoaineen kokonaiskulutuksesta ; |
| Malesia | 20 % biodieselistä dieselpolttoaineen kokonaiskulutuksesta ; |
| Thaimaa | 5 % biodieseliä dieselpolttoaineessa vuoteen 2011 mennessä , 10 % vuoteen 2012 mennessä ; |
| Uusi Seelanti | 5 % biopolttoaineita vuoteen 2008 mennessä ( etanoli + biodiesel); |
| Intia | 20 % biopolttoaineita vuoteen 2017 mennessä ( etanoli + biodiesel) [10] |
| Kiina | tuottaa vuosittain 8 miljoonaa tonnia vuoteen 2020 mennessä ; |
| Indonesia | 10 % biopolttoaineita vuoteen 2010 mennessä ( etanoli + biodiesel); |
| Etelä-Korea | 0,5 % biodieseliä dieselin kokonaiskulutuksesta vuodesta 2006 lähtien , 5 % vuodesta 2008 ; |
| Kanada | 2 % biodieselistä auto- ja lämmityspolttoaineissa vuoteen 2012 mennessä ; |
| Japani | maaliskuusta 2007 lähtien moottoriajoneuvojen dieselpolttoaineessa on sallittu 5 % biodieseliä; |
| Filippiinit | 1 % biodieseliä autoissa ja polttoaineissa vuodesta 2007 , 2 % vuodesta 2008 ; |
| Saksa | 5 % autojen polttoaineissa 1. tammikuuta 2007 alkaen ; |
| Irlanti | 5,75 % biopolttoaineita vuoteen 2009 mennessä ( etanoli + biodiesel). 10 % biopolttoaineita vuoteen 2020 mennessä ; |
| Tanska | 10 % biopolttoaineita vuoteen 2020 mennessä ; |
| Taiwan | 1 % autojen polttoaineissa vuodesta 2008 2 % vuodesta 2010 [11] ; |
| Portugali | 10% autojen polttoaineissa vuodesta 2010 . |
| Kolumbia | 5 % autojen polttoaineessa. 10 % vuodesta 2010 , 20 % vuodesta 2012 . |
| Argentiina | 5 % autojen polttoaineissa vuoteen 2010 mennessä . |
| Chile | sallittu 5 % pitoisuus autojen polttoaineessa. |
| Meksiko | 3,2 % biopolttoaineista autojen polttoaineissa vuoteen 2012 mennessä [12] . |
Venäjällä ei ole yhtenäistä valtion ohjelmaa biodieselpolttoaineen kehittämiseksi, mutta alueellisia ohjelmia luodaan, esimerkiksi Altai - alueen kohdeohjelma "Rpsi - Biodiesel". Lipetskin alueelle on perustettu Rypsiöljyn tuottajien liitto .
Biodieselin tuotantolaitoksia on tarkoitus rakentaa Lipetskin alueelle , Tatarstanin , Altain alueelle , Rostovin alueelle , Volgogradin alueelle , Orjolin alueelle , Krasnodarin alueelle , Omskin alueelle , Novgorodin alueelle .
Vuosina 2006-2007 Russian Railways OJSC testasi rypsiöljystä valmistettua biodieseliä Kaakkoisrautatien Voronezh-Kursky - varaston dieselvetureissa . Venäjän rautateiden edustajat ilmoittivat olevansa valmiita käyttämään biodieseliä teollisessa mittakaavassa dieselvetureissaan [13] .
Lupaavin biodieseltuotannon raaka-aineen lähde on levät . Yhdysvaltain energiaministeriön mukaan yksi eekkeri ( 4047 m² ~ 0,4 ha) maata voi tuottaa 255 litraa soijaöljyä tai 2400 litraa palmuöljyä . Samasta vesipinta-alasta (1 tynnyri = 159 litraa) voidaan tuottaa jopa 3570 tynnyriä bioöljyä. Green Star Products arvioi, että eekkeriä kohden voidaan tuottaa 48 gallonaa soijaöljyä, 140 gallonaa rypsiöljyä ja 10 000 gallonaa leviä.
Yhdysvaltain energiaministeriö tutki vuosina 1978–1996 runsaasti öljyä ja selluloosaa sisältäviä leviä " Aquatic Species Program" -ohjelman [14] puitteissa . Tutkijat päättelivät, että Kalifornia , Havaiji ja New Mexico sopivat teolliseen levien tuotantoon avolammikoissa. Kuuden vuoden ajan leviä kasvatettiin 1000 m²:n lammikoissa. Lammen New Mexicossa on osoitettu olevan erittäin tehokas hiilidioksidin absorboinnissa . Sato oli yli 50 grammaa levää per 1 m² päivässä. 200 000 hehtaaria lampia voi tuottaa tarpeeksi polttoainetta 5 %:n yhdysvaltalaisten autojen vuosikulutukseen . 200 000 hehtaaria on alle 0,1 % Yhdysvaltojen levien viljelyyn sopivasta maasta. Tekniikassa on edelleen monia ongelmia. Esimerkiksi levät rakastavat korkeita lämpötiloja, aavikkoilmasto soveltuu hyvin niiden tuottamiseen, mutta lämpötilan säätelyä tarvitaan yön aikana. 90 -luvun lopulla tekniikka ei tullut teolliseen tuotantoon öljyn alhaisen hinnan vuoksi .
Avolammikoiden levienviljelyn lisäksi on olemassa teknologioita levien kasvattamiseen voimalaitosten lähellä sijaitsevissa pienissä bioreaktoreissa . CHP-laitoksen hukkalämpö voi kattaa jopa 77 % levien kasvattamiseen tarvittavasta lämmöntarpeesta. Tämä tekniikka ei vaadi kuumaa aavikon ilmastoa.
Vuonna 2006 useat yritykset ilmoittivat leväbiodiesellaitosten rakentamisesta:
Venäjän tiedeakatemian ja Moskovan valtionyliopiston Joint Institute for High Temperatures (JIHT) venäläiset tutkijat ovat kehittäneet ja onnistuneet testaamaan laitoksen mikrolevien biomassan muuntamiseksi biobensiiniksi . Tuloksena oleva polttoaine, joka oli sekoitettu tavalliseen bensiiniin , testattiin kaksitahtisessa polttomoottorissa . Uusi kehitys mahdollistaa koko levien biomassan käsittelyn kerralla kuivattamatta sitä. Aiemmat yritykset tuottaa biobensiiniä levistä sisälsivät kuivausvaiheen, joka oli energiatehokkaampi kuin tuloksena oleva polttoaine. Nyt tämä ongelma on ratkaistu. Nopeasti kasvavat mikrolevät prosessoivat auringonvalon ja hiilidioksidin energiaa biomassaksi ja hapeksi paljon tehokkaammin kuin tavalliset maakasvit, joten biopolttoaineen saaminen niistä on erittäin lupaavaa [15] [16] [17] .
Valmistaja O2Diesel (USA).
Käytetty USA :ssa , Brasiliassa ja Intiassa .
| Orgaanisten polttoaineiden päätyypit | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossiili |
| ||||||||
| Uusiutuva ja biologinen | |||||||||
| keinotekoinen | |||||||||