BIODYZELINAS: ISTORIJA, SAVYBĖS, TIPAI, PRANAŠUMAI, TRŪKUMAI - CHEMIJA - 2025

Biodyzelino kuras yra gamtinės kilmės, kuris gaunamas reaguojantis augalinių aliejų arba gyvulinių riebalų su mažos molekulinės masės alkoholių. Ši reakcija vadinama transesterifikacija; ty iš pradinių trigliceridų susidaro nauji riebalų rūgščių esteriai (dar vadinami monoalkilo esteriais).

Kitais atvejais vietoj žodžio „transesterifikacija“ sakoma, kad biomasė alkoholizuojama, nes ji yra apdorojama alkoholiais; tarp jų ir daugiausia metanolio ir etanolio. Metanolio naudojimas šiam biokurui gaminti yra toks įprastas, kad jis yra beveik to paties sinonimas.

Biodyzelino pompa B5. Šaltinis: Pxhere.

Biodyzelinas yra ekologiška alternatyva naudoti dyzelinį kurą, dyzeliną ar benziną (dar labiau pabrėžiant, kad jo sudėtį sudaro naftos angliavandeniliai). Tačiau jų savybės ir kokybė dyzelinių variklių eksploatacinių savybių srityje labai nesiskiria, todėl abu degalai yra maišomi skirtingomis proporcijomis.

Kai kurie iš šių mišinių gali būti turtingesni biodyzelinu (pavyzdžiui, B100) arba turtingesni petrodezelinu (turintys vos 5–20% biodyzelino). Tokiu būdu dyzelino suvartojimas plinta, kai rinkai pateikiamas biodyzelinas; pirmiausia neišnagrinėjęs etinių, produktyvių ir ekonominių problemų.

Paprasčiau tariant, jei aliejaus galima gauti kaip skysčio, galinčio deginti ir generuoti energiją mašinoms judėti, kodėl gi ne natūralios kilmės aliejus? Tačiau vien to nepakanka: jei norite konkuruoti ar neatsilikti nuo iškastinio kuro, turite jį chemiškai apdoroti.

Kai šis apdorojimas atliekamas vandeniliu, kalbama apie augalinio aliejaus ar gyvulinių riebalų rafinavimą; jo oksidacijos laipsnis yra žemas arba molekulės yra suskaidytos. Tuo tarpu biodyzeline vietoj vandenilio naudojami alkoholiai (metanolis, etanolis, propanolis ir kt.).

Istorija

Peresterifikacijos reakcija

Atsakymas į pirmąją problemą, su kuria susidurs biokuras, buvo rastas praeityje. Dar 1853 m. Du mokslininkai, E. Duffy ir J. Patrick, pasiekė pirmąjį augalinio aliejaus esterifikavimą, dar prieš tai, kai Rudolfas Dieselis pradėjo savo pirmąjį darbinį variklį.

Šiame transesterifikavimo procese aliejų ir (arba) riebalų trigliceridai reaguoja su alkoholiais, daugiausia metanoliu ir etanoliu, kad susidarytų riebiųjų rūgščių metilo ir etilo esteriai, taip pat glicerolis kaip antrinis produktas. Reakcijai pagreitinti naudojamas pagrindinis katalizatorius, toks kaip KOH.

Svarbiausias riebalų transesterifikavimo momentas yra tas, kad praėjus aštuoniasdešimčiai metų Belgijos mokslininkas, vardu G. Chavanne'as, nukreiptų šią reakciją ir sumažintų aukštą ir priešingą produktyvų augalinių aliejų klampumą.

Rudolfas Dyzelis ir jo variklis

Dyzelinis variklis atsirado 1890 m., Jau XIX a. Pabaigoje, reaguojant į garų variklių apribojimus. Tai sujungė viską, ko norėjote iš variklio: galią ir patvarumą. Jis taip pat dirbo su bet kokio tipo degalais; ir paties Rudolfo bei Prancūzijos vyriausybės susižavėjimu jis galėjo dirbti su augaliniais aliejais.

Būdami trigliceridų energijos šaltiniai, buvo logiška galvoti, kad sudegus jie išskiria šilumą ir energiją, galinčią generuoti mechaninį darbą. Dyzelis palaikė tiesioginį šių aliejų naudojimą, nes jis pasidžiaugė, kad ūkininkai gali perdirbti savo kurą vietose, esančiose labai toli nuo naftos telkinių.

Pirmasis funkcinis dyzelinio variklio modelis buvo sėkmingas jo pristatyme 1893 m. Rugpjūčio 10 d. Augusta mieste, Vokietijoje. Jo variklis veikė žemės riešutų aliejumi, nes Rudolfas Dieselis tvirtai tikėjo, kad augaliniai aliejai gali konkuruoti su iškastiniu kuru; bet taip pat, kaip jie buvo perdirbti neapdorotu būdu, be tolesnio apdorojimo.

Tas pats variklis, kuris varė žemės riešutų aliejų, buvo atidengtas 1900 m. Paryžiuje vykusioje pasaulinėje mugėje. Tačiau jis nesulaukė tiek daug dėmesio, nes iki tol nafta buvo kur kas prieinamesnis ir pigesnis degalų šaltinis.

Petrodyelis

Po dyzelino mirties 1913 m., Dyzelinas (dyzelinas ar petrolis) buvo gautas perdirbant naftą. Taigi žemės riešutų aliejui skirtą dyzelinio variklio modelį reikėjo pritaikyti ir pertvarkyti, kad būtų galima naudoti šį naują kurą, kuris buvo mažiau klampus nei bet kuris kitas augalinis ar biomasės aliejus.

Taip kelis dešimtmečius vyravo „petrodiesel“ kaip pigiausia alternatyva. Tiesiog nebuvo praktiška sėti didelius hektarus daržovių masės, kad būtų galima surinkti jų aliejų, kuris galų gale, nes buvo toks klampus, varikliams sukėlė problemų ir neprilygo tokiam pačiam derliui, gautam iš benzino.

Šio iškastinio kuro problema buvo ta, kad jis padidino atmosferos užterštumą, taip pat priklausė nuo naftos veiklos ekonomikos ir politikos. Atsižvelgiant į tai, kad neįmanoma jo panaudoti, kai kuriais atvejais augaliniai aliejai buvo naudojami mobilizuojant sunkiąsias transporto priemones ir mašinas.

Biokuras II pasauliniame kare

Kai po Antrojo pasaulinio karo naftos pradėjo trūkti dėl konflikto, kelios šalys nusprendė, kad būtina vėl kreiptis į augalinius aliejus; tačiau jie turėjo susidurti su šimtų tūkstančių variklių žala dėl klampos skirtumo, kurio jų dizainas negalėjo pakęsti (ir dar mažiau, jei jie būtų emulsijavę vandenį).

Po karo tautos vėl pamiršo augalinius aliejus ir atnaujino praktiką deginti tik benziną ir benziną.

Biodyzelino gimimas

Klampumo problemą nedideliu mastu išsprendė belgų mokslininkas G. Chavanne'as 1937 m., Kuriam buvo išduotas patentas už jo metodą riebalų rūgščių etilo esteriams gauti iš palmių aliejaus, apdoroto etanoliu.

Taigi galima sakyti, kad biodyzelinas oficialiai gimė 1937 m. tačiau jo sodinimas ir masinė gamyba turėjo būti laukiama iki 1985 m., atlikto Austrijos žemės ūkio universitete.

Padarius šiuos augalinius aliejus perterštinimui, klampos problema buvo galutinai išspręsta, suderinus su petrodizelio charakteristikomis ir netgi parodžius žalią alternatyvą virš jo.

Savybės

Biodyzelino savybės visame pasaulyje priklauso nuo žaliavos, su kuria jis buvo pagamintas. Jos spalva gali būti nuo aukso iki tamsiai rudos, fizinė išvaizda priklauso nuo gamybos proceso.

Apskritai tai yra tinkamo tepimo kuras, kuris sumažina variklio triukšmą, pailgina jo eksploatavimo laiką ir reikalauja mažiau investicijų techninei priežiūrai.

Jo užsidegimo taškas yra aukštesnis nei 120ºC, o tai reiškia, kad tol, kol lauko temperatūra neviršija šios, nėra gaisro pavojaus; Tai netaikoma dyzelinui, kuris gali degti net esant 52ºC (labai lengvai pasiekiamas uždegus cigaretę).

Dėl aromatinių angliavandenilių, tokių kaip benzenas ir toluenas, trūkumo, tai nekelia kancerogeninės rizikos išsiliejus ar ilgai veikiant.

Lygiai taip pat jis neturi sieros savo sudėtyje, todėl neišskiria teršiančių dujų SO ₂ ar SO ₃ . Sumaišius su dyzelinu, jis suteikia didesnį sutepimo pobūdį nei natūralūs sieros junginiai. Iš tikrųjų siera yra nepageidaujamas elementas, o kai dyzelinas nusierinamas, jis praranda tepimą, kurį reikia panaudoti biodyzelinu ar kitais priedais.

Gavimas ir gamyba

Biodyzelinas gaunamas iš peresteruotų augalinių aliejų arba gyvulinių riebalų. Bet kuri iš jų turėtų sudaryti žaliavą? Geriausia, kai iš mažesnio auginimo ploto gaunama daugiau aliejaus ar riebalų; kad tinkamiau tariant, tai būtų jūsų užimamos žemės plotas hektarų.

Geras biodyzelinas turi būti gaunamas iš pasėlių (grūdų, sėklų, vaisių ir kt.), Iš kurių gaunami dideli kiekiai aliejaus iš mažų laukų; priešingu atveju, jų pasėliai turėtų apimti ištisas šalis ir nebūtų ekonomiškai perspektyvūs.

Surinkus biomasę, naftą reikia išgauti begaliniais procesais; tarp jų, pavyzdžiui, yra superkritinių skysčių naudojimas aliejui pernešti ir ištirpinti. Gavus aliejų, jis yra pakartotinai esterinamas, siekiant sumažinti jo klampumą.

Peresterifikacija pasiekiama maišant aliejų su metanoliu ir baze partiniuose reaktoriuose ultragarsu, superkritiniais skysčiais, mechaniškai maišant ir kt. Kai naudojamas metanolis, gaunami riebalų rūgščių metilesteriai (FAME, kurio santrumpa angliškai: Fatty Acid Methyl Ester).

Kita vertus, jei naudojamas etanolis, gaunami riebiųjų rūgščių etilo esteriai (FAEE). Visi šie esteriai ir jų deguonies atomai apibūdina biodyzeliną.

Metanolis ir glicerolis

Metanolis yra alkoholis, daugiausia naudojamas kaip žaliava biodyzelino gamyboje; kita vertus, glicerolis yra šalutinis produktas, kuris gali būti naudojamas palaikyti kitus pramoninius procesus ir todėl biodyzelino gamyba tampa pelningesnė.

Glicerolis gaunamas iš originalių trigliceridų molekulių, kurias pakeičia metanolis, kad būtų sukurti trys DMARD.

Biodyzelino rūšys

Įvairūs aliejai ar riebalai turi savo riebalų rūgščių savybes; todėl kiekvienas biodyzelinas turi skirtingus monoalkilo esterius dėl transesterinimo. Net jei šie esteriai beveik nesiskiria nuo anglies grandinių ilgio, gaunamas kuras neparodo didelių svyravimų tarp jų savybių.

Taigi nėra klasifikuojamas biodyzelinas, o skiriasi efektyvumas ir pelningumas priklausomai nuo aliejaus ar riebalų šaltinio, pasirinkto jo gamybai. Tačiau yra biodyzelino ir naftos benzino mišinių, nes abu degalus galima maišyti ir maišyti tarpusavyje, suteikiant naudingas variklio savybes.

Teigiama, kad grynas biodyzelinas yra B100; kuris savo sudėtyje lygus 0% petrodizelio. Tada yra kiti mišiniai:

- B20 (su 80% petrodietilo).

- B5 (su 95 proc.

- B2 (su 98% petrodietilo).

Automobiliai, pagaminti iki 1996 m., Negalėjo naudoti B100 savo varikliuose, nepakeisdami tam tikrų komponentų, kurie nusidėvėjo dėl jo tirpiklio veikimo. Tačiau net ir šiandien yra automobilių modelių, kurie gamyklos garantijose neleidžia naudoti didelės biodyzelino koncentracijos, todėl jie rekomenduoja naudoti žemesnius nei B20 mišinius.

Privalumas

Žemiau yra keletas privalumų, kuriuos biodyzelinas turi, palyginti su nafta, ir kurie daro jį ekologiška ir patrauklia alternatyva:

- Jis gaunamas iš biomasės - žaliavos, kuri yra atsinaujinanti ir dažnai prarandama kaip atliekos.

- Jis yra biologiškai skaidus ir netoksiškas. Taigi, jei netyčia išsiliejo, jis neužterš dirvožemio ar jūros.

- Dėl aukšto pliūpsnio temperatūra tampa saugesnė jį sandėliuojant ir transportuojant.

- Negamina šiltnamio efektą sukeliančių dujų, nes išleistas CO ₂ sudaro tą patį kiekį, kurį absorbuoja augalai. Dėl to ji taip pat atitinka Kioto protokolą.

- skatina pasėlių, iš kurių išgaunamas augalinis aliejus, sodinimą kaimo vietovėse.

- Jis gali būti gaminamas net iš kepto aliejaus. Šis punktas labai palankiai vertina jus, nes perdirbtas aliejus, buitinis ar iš restoranų, užuot išmestas ir užteršiantis požeminį vandenį, gali būti naudojamas gaminti daugiau ekologiško kuro.

- Tai būdas ilgainiui tapti nepriklausomu nuo naftos ir jos darinių.

- Deginant lieka mažiau likučių.

- Bakteriniai dumbliai, be sojų pupelių ir saulėgrąžų sėklų, yra perspektyvus nevalgomo (ir daugeliui nepageidaujamo) biodyzelino šaltinis.

Trūkumai

Su šiuo kuru ne viskas tobula. Biodyzelinas taip pat turi apribojimų, kuriuos reikia įveikti norint pakeisti naftos dyzeliną. Kai kurie iš šių jo naudojimo apribojimų ar nepatogumų yra:

- Jis turi aukštesnę kietėjimo temperatūrą, o tai reiškia, kad žemoje temperatūroje jis tampa geliu.

- Jo tirpiklio galia gali sunaikinti natūralų kaučiuką ir poliuretano putas, esančias automobiliuose, surinktuose iki 1990 m.

- Jis yra brangesnis nei petrodizelis.

- Padidėja javų ir maisto kainos, nes jie sukuria pridėtinę vertę, kai naudojami kaip biodyzelino žaliava.

- Priklausomai nuo biomasės, jai gali prireikti daug hektarų dirbimo, o tai reikštų svetimų ekosistemų paėmimą šiam tikslui ir todėl paveiktų laukinę fauną.

- Nors degdamas jis nesukuria sieros dujų, jis išskiria didesnes azoto oksidų, NO _{x, koncentracijas} .

- Bus naudojamas didelis maisto kiekis, kuris vietoj sotinančio bado būtų naudojamas biodyzelino gamybai.

Nuorodos

1. Vikipedija. (2019 m.). Biodyzelinas. Atkurta iš: en.wikipedia.org
2. Penelopė. (2011 m. Gruodžio 28 d.). Biodyzelinas: privalumai ir trūkumai. Twenergy. Atkurta iš: twenergy.com
3. „Renovetec“. (2013). Biodyzelinas. Atkurta iš: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpenas Jonas. (2019 m. Balandžio 03 d.). Biodyzelino istorija. Ūkio energija. Atkurta iš: farm-energy.extension.org
5. Scottas Hessas. (2019 m.). Kaip veikia biodyzelinas. Kaip darbai. Atkurta iš: auto.howstuffworks.com
6. Ramiojo vandenyno biodyzelinas. (2019 m.). Biodyzelinas. Atgauta iš: biodyzelinas.com