BIODIESELI: HISTORIA, OMINAISUUDET, TYYPIT, EDUT, HAITAT - KEMIA - 2026

Biodiesel polttoaine on luonnollista alkuperää, joka on saatu reagoivien kasviöljyt tai eläinrasvat, joissa alhaisen molekyylipainon alkoholien. Tätä reaktiota kutsutaan transesteröinniksi; ts. uusia rasvahappoestereitä (joita kutsutaan myös monoalkyyliestereiksi) muodostetaan alkuperäisistä triglyserideistä.

Muissa yhteyksissä sanan "transesteröinti" käytön sijasta sanotaan, että biomassa käy läpi alkoholisyn, koska sitä käsitellään alkoholilla; niiden joukossa ja pääasiassa metanolia ja etanolia. Metanolin käyttö tämän biopolttoaineen valmistukseen on niin yleistä, että se on lähes synonyymi sille.

Biodieselpumppu B5. Lähde: Pxhere.

Biodieseli on vihreä vaihtoehto dieselpolttoaineen, dieselin tai bensiinin käytölle (korostaen vielä enemmän, että sen koostumus koostuu öljyhiilivedyistä). Niiden ominaisuudet ja laatu dieselmoottorien suorituskyvyn suhteen eivät kuitenkaan eroa toisistaan ​​niin paljon, että molemmat polttoaineet sekoitetaan eri suhteissa.

Jotkut näistä seoksista saattavat olla rikkaampia biodieselissä (esimerkiksi B100) tai rikkaampia petrodieselissä (vain 5-20% biodieselillä). Tällä tavoin dieselin kulutus leviää, kun biodieseliä tuodaan markkinoille; ilman, että ensin voitetaan joukko eettisiä, tuottavia ja taloudellisia ongelmia.

Yksinkertaisesta näkökulmasta, jos öljyä voidaan saada nesteenä, joka kykenee palamaan ja tuottamaan energiaa koneiden liikuttamiseen, miksi ei luonnonperäistä öljyä? Pelkästään tämä ei kuitenkaan riitä: sinun on saatava kemiallinen käsittely, jos haluat kilpailla tai pysyä fossiilisten polttoaineiden kanssa.

Kun tämä käsittely suoritetaan vedyllä, puhutaan kasviöljyn tai eläinrasvan puhdistamisesta; sen hapetusaste on alhainen tai sen molekyylit ovat pirstoutuneita. Kun taas biodieselissä vedyn sijasta käytetään alkoholeja (metanoli, etanoli, propanoli jne.).

Historia

Transesteröintireaktio

Vastaus ensimmäiseen ongelmaan, johon biopolttoaineet kohtaavat, löydettiin aiemmin. Kaksi tutkijaa, E. Duffy ja J. Patrick, saavuttivat vuonna 1853 ensimmäisen kasviöljyn uudelleenesteröinnin, jo kauan ennen kuin Rudolf Diesel aloitti ensimmäisen toimivan moottorinsa.

Tässä transesteröintiprosessissa öljyjen ja / tai rasvojen triglyseridit reagoivat alkoholien, pääasiassa metanolin ja etanolin kanssa, tuottaen rasvahappojen metyyli- ja etyyliestereitä sekä glyserolia sivutuotteena. Emäksistä katalyyttiä, kuten KOH, käytetään reaktion nopeuttamiseen.

Tärkein kohta rasvojen uudelleenesteröinnissä on se, että kahdeksankymmentä vuotta myöhemmin belgialainen tiedemies, nimeltään G. Chavanne, ohjaisi tämän reaktion vähentämään kasviöljyjen korkeaa ja haitallista viskositeettia.

Rudolf Diesel ja hänen moottori

Dieselmoottori syntyi vuonna 1890, jo 1800-luvun lopulla, vastauksena höyrykoneiden rajoituksiin. Se yhdisti kaiken moottorista haluamasi: voiman ja kestävyyden. Se toimi myös minkä tahansa polttoaineen kanssa; ja itse Rudolfin ja Ranskan hallituksen ihailuun hän pystyi työskentelemään kasviöljyjen kanssa.

Koska triglyseridien energialähteet olivat loogisia ajatella, että palaessaan ne vapauttaisivat lämpöä ja energiaa, joka kykenee tuottamaan mekaanista työtä. Diesel tuki näiden öljyjen suoraa käyttöä, koska se ilmaisi tyytyväisyytensä siihen, että viljelijät voivat käsitellä omia polttoaineitaan kaukana öljykentistä.

Dieselmoottorin ensimmäinen toiminnallinen malli oli menestys esityksessään 10. elokuuta 1893 Augustassa, Saksassa. Sen moottori käytettiin maapähkinäöljyllä, koska Rudolf Diesel uskoi vakaasti, että kasviöljyt voivat kilpailla fossiilisia polttoaineita; mutta aivan kuten ne käsiteltiin raa'alla tavalla ilman myöhempiä käsittelyjä.

Sama moottori, jolla käytettiin maapähkinäöljyä, esiteltiin Pariisin maailmanmessuilla vuonna 1900. Se ei kuitenkaan kiinnittänyt paljon huomiota, koska tuolloin öljy oli paljon helpommin saatavissa oleva ja halvempi polttoaine.

Petrodiesel

Dieselin kuoleman jälkeen vuonna 1913 dieselöljyä (diesel- tai petrolieeliä) saatiin öljynjalostuksesta. Ja niinpä maapähkinäöljyyn suunniteltu dieselmoottorimalli oli mukautettava ja rakennettava uudelleen toimimaan tämän uuden polttoaineen kanssa, joka oli vähemmän viskoosinen kuin mikään muu kasvi- tai biomassaöljy.

Näin petrodiesel voitti usean vuosikymmenen ajan halvimpana vaihtoehtona. Ei ollut yksinkertaisesti käytännöllistä kylvää suuria hehtaareja kasvismassoja öljyjen keräämiseksi, mikä lopulta, niin viskoosinen, aiheutti ongelmia moottoreille eikä vastannut samoja saantoja kuin bensiinillä.

Tämän fossiilisen polttoaineen ongelmana oli, että se lisäsi ilmakehän pilaantumista, ja se riippui myös öljytoiminnan taloudesta ja politiikasta. Koska siihen ei voida turvautua, joissain tilanteissa kasviöljyjä käytettiin raskaiden ajoneuvojen ja koneiden liikuttamiseen.

Biopolttoaine toisessa maailmansodassa

Kun toisessa maailmansodassa öljyä oli niukasti konfliktin seurauksena, useat maat pitivät tarpeellisena kääntyä uudelleen kasviöljyihin; mutta heidän täytyi käsitellä satojen tuhansien moottorien vaurioita viskositeetin eron vuoksi, jota niiden rakenne ei kyennyt sietämään (ja vielä vähemmän, jos ne olisivat emulgoituneita vettä).

Sodan jälkeen maat unohtivat jälleen kasviöljyt ja jatkoivat polttoaineenaan vain bensiiniä ja petrolieeliä.

Biodieselin synty

Viskositeettiongelman oli ratkennut pienessä mittakaavassa belgialainen tutkija G. Chavanne vuonna 1937, joka sai patentin menetelmälleen rasvahappojen etyyliestereiden saamiseksi etanolilla käsitellystä palmuöljystä.

Siksi voidaan sanoa, että biodieseli syntyi muodollisesti vuonna 1937; mutta sen istutuksen ja massatuotannon piti odottaa vuoteen 1985 saakka, joka suoritettiin Itävallan maatalousyliopistossa.

Altistamalla nämä kasviöljyt transesteröitymiseen, viskositeettiongelma ratkaistiin lopulta, vastaten petrodyelin suorituskykyä ja edes edustamaan vihreää vaihtoehtoa sen yläpuolella.

ominaisuudet

Biodieselin ominaisuudet riippuvat globaalisti siitä raaka-aineesta, jolla se on valmistettu. Sen värit voivat vaihdella kullasta tummanruskeaan, fyysinen ulkonäkö riippuu tuotantoprosessista.

Yleisesti ottaen se on hyvävoiteltu polttoaine, joka vähentää moottorin melua, pidentää sen käyttöikää ja vaatii vähemmän investointeja kunnossapitoon.

Sen syttymispiste on yli 120 ºC, mikä tarkoittaa, että niin kauan kuin ulkolämpötila ei ylitä tätä, palovaaraa ei ole; Näin ei ole dieselissä, joka voi palaa jopa 52 ºC: ssa (erittäin helppo saavuttaa sytytetylle savukkeelle).

Aromaattisten hiilivetyjen, kuten bentseenin ja tolueenin puuttuessa, se ei aiheuta syöpää aiheuttavaa riskiä vuotojen tai pitkäaikaisen altistuksen yhteydessä.

Samoin sen koostumuksessa ei ole rikkiä, joten se ei tuota saastuttavia kaasuja SO ₂ tai SO ₃. Sekoitettuna dieselin kanssa se antaa sille paremman voiteluominaisuuden kuin sen luonnolliset rikkiyhdisteet. Itse asiassa rikki on ei-toivottava alkuaine, ja kun rikki poistetaan rikki, se menettää voitelun, joka on otettava talteen biodieselillä tai muilla lisäaineilla.

Hankinta ja tuotanto

Biodieseli saadaan transesteröityistä kasviöljyistä tai eläinrasvoista. Mutta minkä niistä tulisi muodostaa raaka-aine? Ihannetapauksessa se, joka tuottaa suurempia määriä öljyä tai rasvaa pienemmältä viljelyalueelta; että tarkoituksenmukaisemmin sanottuna se olisi hehtaarien lukumäärä, jonka viljelysmaatasi käyttää.

Hyvän biodieselin on oltava peräisin sadosta (jyvät, siemenet, hedelmät jne.), Joka tuottaa suuria määriä öljyä pieniltä peltoilta; muuten heidän kasviensa olisi katettava kokonaiset maat, ja ne eivät olisi taloudellisesti kannattavia.

Kun biomassa on kerätty, öljy on sitten uutettava äärettömien prosessien avulla; niiden joukossa on esimerkiksi ylikriittisten nesteiden käyttö öljyn kuljettamiseen ja liuottamiseen. Kun öljy on saatu, se suoritetaan uudelleenesteröintiin sen viskositeetin vähentämiseksi.

Transesteröinti saadaan aikaan sekoittamalla öljy metanolin ja emäksen kanssa panosreaktoreissa joko ultraäänellä, ylikriittisillä nesteillä, mekaanisella sekoituksella jne. Kun metanolia käytetään, saadaan rasvahappojen metyyliestereitä (FAME, lyhennettynä englanniksi: rasvahappometyyliesteri).

Jos taas käytetään etanolia, saadaan rasvahappoetyyliestereitä (FAEE). Kaikki nämä esterit ja niiden happiatomit ovat karakterisoivia biodieseliä.

Metanoli ja glyseroli

Metanoli on alkoholi, jota käytetään pääasiassa raaka-aineena biodieselin valmistuksessa; ja glyseroli on toisaalta sivutuote, jota voitaisiin käyttää tukemaan muita teollisia prosesseja ja tehostamaan sen vuoksi biodieselin tuotantoa.

Glyseroli tulee alkuperäisistä triglyseridimolekyyleistä, jotka korvataan metanolilla kolmen DMARD: n luomiseksi.

Biodieselin tyypit

Eri öljyillä tai rasvoilla on omat rasvahappoprofiilit; siksi jokaisessa biodieselissä on erilaisia ​​monoalkyyliestereitä transesteröinnin seurauksena. Jopa niin, koska nämä esterit eroavat tuskin hiiliketjujensa pituuksista, syntyvät polttoaineet eivät osoita suuria värähtelyjä ominaisuuksiensa välillä.

Joten biodieselille ei ole luokitusta, vaan pikemminkin erilainen tehokkuus ja kannattavuus sen tuotantoon valitun öljyn tai rasvan lähteestä riippuen. On kuitenkin olemassa biodieseli-petrolieelsyyliseoksia, koska molemmat polttoaineet voidaan sekoittaa ja sekoittuvat toisiinsa antaen niiden hyödylliset ominaisuudet moottorille.

Puhtaan biodieselin sanotaan olevan B100; joka on yhtä suuri kuin 0% petrodyyliä sen koostumuksessa. Sitten on muita sekoituksia:

- B20 (80-prosenttisella petrolieelillä).

- B5 (95-prosenttisella petrolieelillä).

- B2 (98-prosenttisella petrolieelillä).

Ennen vuotta 1996 rakennetut autot eivät voineet käyttää B100: ta moottoreissaan ilman, että niiden olisi vaihdettava tiettyjä komponentteja, jotka olivat huonontuneet sen liuottimen vaikutuksesta. Kuitenkin jo nykyään on automalleja, jotka eivät salli suuria biodieselpitoisuuksia tehdastakuissaan, joten ne suosittelevat seosten, jotka ovat alle B20, käyttöä.

Etu

Seuraavassa on eritelty joukko etuja, jotka biodieselillä on suhteessa petrodieseliin ja jotka tekevät siitä vihreän ja houkuttelevan vaihtoehdon:

- Se saadaan biomassasta, uusiutuvasta raaka-aineesta, joka usein häviää jätteenä.

- Se on biohajoava ja myrkytön. Siksi se ei saastuta maaperää tai merta vahingossa vuotaneen.

- Sen korkea leimahduspiste tekee siitä turvallisemman varastoitaessa ja kuljetettaessa.

- Se ei tuota kasvihuonekaasupäästöjen, koska CO ₂ vapautetaan edustaa saman määrän, joka imeytyy kasvien. Tämän ansiosta se on myös Kioton pöytäkirjan mukainen.

- Kannustaa maaseudulla harjoittamaan kasvien öljykasvien viljelyä.

- Se voidaan tuottaa jopa paistetusta öljystä. Tämä kohta suosii sitä suuresti, koska kierrätettyä öljyä, kotitalouksista tai ravintoloista, voidaan sen sijaan, että se hävitetään ja saastuttaa pohjavettä, tuottaa enemmän vihreää polttoainetta.

- edustaa tapaa tulla itsenäiseksi pitkällä aikavälillä öljystä ja sen johdannaisista.

- Jättää vähemmän jäämiä palaessaan.

- Bakteerilevät ovat soijapapujen ja auringonkukansiementen lisäksi lupaava syöttökelvoton (ja monille ei-toivottu) biodiesellähde.

haittoja

Kaikki ei ole täydellistä tällä polttoaineella. Biodieselillä on myös rajoituksia, jotka on ylitettävä, jos se korvaa öljydieselin. Jotkut näistä sen käytön rajoituksista tai haitoista ovat:

- Sillä on korkeampi jähmettymislämpötila, mikä tarkoittaa, että alhaisissa lämpötiloissa siitä tulee geeli.

- Sen liuotinvoima voi tuhota luonnollisen kumin ja polyuretaanivaahdon, joka on läsnä autoissa, jotka on koottu ennen vuotta 1990.

- Se on kalliimpaa kuin petrolieeli.

- Kasvattaa viljelykasvien ja elintarvikkeiden hintoja, koska niihin sisältyy lisäarvo käytettäessä biodieselin raaka-aineena.

- Biomassasta riippuen se voi tarvita monta hehtaaria viljelyä, mikä tarkoittaisi tähän tarkoitukseen vieraiden ekosysteemien ottamista ja vaikuttaisi siten luonnonvaraiseen eläimistöön.

- Vaikka se ei tuota rikkikaasuja palaessa, se ei vapauta suurempia määriä typen oksideja, NO _x.

- Käytettäisiin suuria määriä ruokaa, jota nälänhätän tyydyttämisen sijaan käytettäisiin biodieselin tuotantoon.

Viitteet

1. Wikipedia. (2019). Biodieseliä. Palautettu osoitteesta: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28. joulukuuta 2011). Biodieseli: edut ja haitat. Twenergy. Palautettu osoitteesta: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodieseliä. Palautettu sivustolta: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (3. huhtikuuta 2019). Biodieselin historia. Maatilan energia. Palautettu osoitteesta farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Kuinka biodieseli toimii. HowStuffWorks. Palautettu osoitteesta: auto.howstuffworks.com
6. Tyynenmeren biodieseli. (2019). Biodieseliä. Palautettu osoitteesta: biodiesel.com