Биодизельное топливо

Многие публикации энтузиастов  альтернативных видов топлива посвящены  производству биодизеля кустарным способом. Но такие технологии, кроме проблемы вышеупомянутой глицериновой фазы, не могут также гарантировать надлежащего качества топлива, а, следовательно, и сохранности двигателя. Это объясняется недостаточным очищением такого топлива от различных примесей, которые просто забивают мотор. Кроме того, в случае кустарного производства проблематично закупать метанол, который производят немногие крупные химзаводы. Метанол производится из природного газа, поэтому цена одного из ингредиентов для производства биотоплива оказывается жестко привязанной к ценам на газ, хотя сырьем для метанола может служить также шахтный газ (метан), биогаз и даже водород.

 

ПРИМЕНЕНИЕ

 

Биодизель используется, как альтернатива дизельному топливу, а значит применяется в тех же сферах. Например  в автотранспорте, сельском хозяйстве, энергетике, в тепловозах.

Биодизельное топливо применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом. В США смесь дизельного топлива с биодизелем обозначается буквой B; число после буквы означает процентное содержание биодизеля. В2 — 2 % биодизеля, 98 % дизельного топлива. В100 — 100 % биодизеля. Применение смесей не требует внесения изменений в двигатель.

Использование смесей обусловлено в основном высокой стоимостью биодизеля. Другой причиной для применения смеси из биодизеля и ДТ являются неудовлетворительные пусковые свойства двигателя, работающего на биодизеле при низкой температуре.

Биодизель может использоваться в различных целях. Его можно применять в качестве смазывающей добавки (1…2 %) к дизельному топливу с крайне низким содержанием серы, а смесь 20 % биодизеля с 80 % дизельного топлива (B20) обычно служит заменой ДТ, которым, согласно стандарту ASTM, могут быть ДТ1, ДТ2, авиационный керосин или другие продукты переработки нефти. При соответствующей подготовке можно использовать в двигателе и чистый биодизель (В100).

В настоящее  время B20 - самая распространенная биодизельная смесь в Соединенных Штатах. Считается, что она позволяет удачно сбалансировать требования, связанные с особенностями ДТ, рабочими характеристиками, эмиссией отработавших газов и стоимостью. Эта смесь может использоваться в системах, предназначенных для работы на дизельном топливе, в том числе в дизельных двигателях, нефтяных нагревательных котлах и турбинах, не требуя никаких перерегулировок и переделок.

Применение  смесей с более высоким содержанием  биодизеля (типа B50 или B100) требует специальной подготовки системы управления и может потребовать модификации оборудования, например, применения специальных подогревателей или замены уплотнений и прокладок, которые контактируют с топливом. В целом считается, что: B100 обеспечивает наиболее высокие экологические характеристики.; B20 обеспечивает получение впятеро меньших экологических преимуществ по сравнению с B100, но может широко использоваться на существующих двигателях при незначительной их модификации или вообще без нее; 2-процентная смесь биодизеля с ДТ обеспечивает незначительное улучшение экологических характеристик, но может использоваться как полезная добавка.

С помощью  биотоплива достигается увеличение срока службы двигателя. При работе двигателя на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 60 %. Важно отметить, что нет необходимости модернизировать двигатель.

Одной из наиболее важных характеристик ДТ является его способность к самовоспламенению. Эта характеристика определяется величиной  цетанового числа топлива (цетановым индексом). Американское ДТ имеет сравнительно невысокие цетановые числа, в среднем, около 40, а европейское ДТ имеет цетановый индекс 50 ед. Исследования показали, что цетановые числа биодизеля лежат в интервале величин от 45,8 до 56,9 ед.

Табл. 2 Физико-химические показатели биотоплива [3].

Цетановое число	Не менее 47
Кинематическая вязкость при 20 °С, мм2/с	7,1
Температура застывания, °С	Не выше -38
Температура помутнения, °С	не выше − 5
Температура вспышки в закрытом тигле, °С	не ниже 138
Теплотворная способность, кДж/кг	− 39670
Концентрация смол, мг на 100 см3 топлива	не более 39,5
Кислотность, мг КОН на 100 см3 топлива	не более 5
Зольность, %	не более 0,04
Коэффициент фильтруемости	не более 3
Плотность при 20 °С, кг/м3	не более 880
Содержание механических примесей	отсутствует
Содержание воды, %	отсутствует
Массовая доля серы, %	отсутствует

 

Важны исследования экологической стороны использования  биодизеля.  Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр.

Сокращение  выбросов СО₂ –еще один положительный момент при применении биодизеля. При сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьём для производства масла, за весь период его жизни. Биодизель в сравнении с обычным дизельным топливом почти не содержит серы. Это также хорошо с точки зрения экологии.

Точка воспламенения  для биодизеля превышает 100 °С, что позволяет назвать биотопливо относительно безопасным веществом.

Однако, кроме плюсов применения биодизеля, описанных выше, есть и отрицательная сторона. Если не использовать смесь В20, то в холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос.

Определенные  проблемы создают сроки хранения биодизеля, топливо не хранится более 3 месяцев. А производство топлива занимает дополнительные сельскохозяйственные площади.

Учитывая, что свойства биодизельного топлива еще не достаточно изучены, стандарты на него ограничиваются предельными значениями на процент этерификации, температуру помутнения,температуру застывания, количество общего и свободного глицерина и т.д. Предельные значения на эти показатели выступают в качестве компромисса между требованиями двигателестроителей на топливо без примесей и желанием производителей биодизельного топлива внедрять простые и недорогие технологии производства. Очевидно, что более жесткие стандарты на биодизель приведут к увеличению его стоимости, в то время как более лояльные могут привести к возникновению проблем при эксплуатации дизельных двигателей. Обе возможности будут влиять на восприятие биодизельного топлива на рынке. Существенное влияние на качество биодизельного топлива оказывает его состав, а для изучения зависимости качества биодизеля от его состава и установления жестких стандартов необходимы серьезные дорогостоящие испытания.

В ведущих  странах мира разработаны стандарты  на биодизельное топливо: Германия (DIN V 51606) принят в 1997 году; США (ASTM D-6751) принят в 2002 году; Австрия (ON C 1191) принят в 1997 году; Австралия (FS (B) D) принят в 2003 году; Швеция (SS 155436) принят в 1996 году.

Для биодизеля Европейской организацией стандартов разработан стандарт EN14214. Кроме него существуют стандарты EN590 (или EN590:2000) и DIN 51606. Первый описывает физические свойства всех видов дизельного топлива, реализуемого в ЕС, Исландии, Норвегии и Швейцарии. Этот стандарт допускает содержание 5 % биодизеля в минеральном дизеле; в некоторых странах (например, во Франции) все дизтопливо содержит 5 % биодизеля. DIN 51606 — германский стандарт, разработанный с учетом совместимости с двигателями почти всех ведущих автопроизводителей, поэтому он является самым строгим. Большинство видов биодизеля, производимых для коммерческих целей на Западе, соответствует ему или даже превосходит.

 

БИОДИЗЕЛЬ В РОССИИ И В МИРЕ

 

Успешное  развитие данного направления промышленности сдерживается сложностью и недостаточной  изученностью проблемы, а также разобщенностью прилагаемых для ее решения усилий. Объем выпуска этого топлива  в Европе постоянно растет. Оно  предназначено, в основном, для использования  в грузовых автомобилях. Существуют три наиболее крупных центра промышленного  производства этого топлива в  Европе - Австрия, Франция и Германия. Выпуск биодизеля составляет сейчас, соответственно, 7,5%, 0,7% и 0,4% от общего количества потребляемого в этих странах дизельного топлива. В Германии, Австрии и Швеции 100-процентный биодизель применяется на специально приспособленных для этого автомобилях. В среднем потребление биодизеля составляет ~1% от расхода дизельного топлива. Качество биодизеля достигло высокого уровня, который удовлетворяет требованиям европейского стандарта EN 14214, американского стандарта D-6751-02 и др.

На данный момент в мировом производстве биодизеля ведущую роль играет Европа. Это подтверждается сводными таблицами по количеству производства за последние годы:

 Табл. 3 Сводная статистика по количеству производства биодизеля (Европа) [4]

Страна	2004 г., тыс.т	2005 г., тыс. т	2006 г., тыс. т	2007 г., тыс. т	2008 г., тыс. т	2009 г., тыс. т[1]
Австрия	57	85	123	267	213	310
Бельгия	-	1	25	166	277	416
Кипр	-	1	1	1	9	9
Чехия	60	133	107	61	104	164
Дания	70	71	80	85	231  (Дания+Швеция)	233  (Дания+Швеция)
Эстония	-	7	1	0	0	24
Франция	348	492	743	872	1815	1959
Германия	1035	1669	2662	2890	2819	2539
Греция	-	3	42	100	107	77
Венгрия	-	-	0	7	105	133
Италия	320	396	447	363	595	737
Великобритания	9	51	192	150	192	137
Латвия	-	5	7	9	30	44
Литва	5	7	10	26	66	98
Мальта	-	2	2	1	1	1
Польша	-	100	116	80	275	332
Португалия	-	1	91	175	268	250
Словакия	15	78	82	46	146	101
Словения	-	8	11	11	9	9
Испания	13	73	99	168	207	859
Швеция	1,4	1	13	63	231  (Дания+Швеция)	233  (Дания+Швеция)
Болгария	-	-	-	-	11	25
Финляндия	-	-	-	-	85	220
Всего по странам Евросоюза	1933,4	3184	4890	5713	7755	9046

 

 

Табл. 4 Сводная  статистика по количеству производства биодизеля (Америка) [4]

Страна	2004 г., млн л	2005 г., млн л	2006 г., млн л	2007 г., млн л	2008 г., млн л	2009 г., млн л	2010 г., млн л
США	94,5	283,5	2200	-	2611,98[2]	-
Аргентина	-	25	50	-	-	-	2100
Бразилия	-	-	-	450	-	-	2300

 

 

Во многих странах существуют и действуют  программы, которые определяют требования к стандартам использования и  развитию биодизеля:

 

Табл. 5 Действующие  биодизельные программы [4]

Страна	Требование
Австралия	350 млн литров биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Аргентина	5 % в автомобильном топливе к 2010 году.
Бразилия	2 % с 1 января 2008, 4 % с 1 июля 2009 года, 5 % с 2010 года;
Германия	5 % в автомобильном топливе с 1 января 2007 года;
Дания	10 % биотоплив к 2020 году;
Европейский союз	5,75 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Зимбабве	10 % биодизеля от общего потребления дизельного топлива;
Индия	20 % биотоплив к 2017 году (этанол + биодизель)
Индонезия	10 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель);
Ирландия	5,75 % биотоплив к 2009 году (этанол + биодизель). 10 % биотоплив к 2020 году;
Канада	2 % биодизеля в автомобильном и печном топливе к 2012 году;
Китай	производить ежегодно 8 млн тонн к 2020 году;
Колумбия	5 % в автомобильном топливе. 10 % с 2010 года, 20 % с 2012 года.
Малайзия	20 % биодизеля от общего потребления дизельного топлива;
Мексика	3,2 % биотоплив в автомобильном топливе к 2012 году.
Миннесота, США	5 % содержание биодизеля в дизельном топливе с мая 2009 года
Миссури, США	5 % содержание биодизеля в дизельном топливе с июля 2010 г.
Новая Зеландия	5 % биотоплив к 2008 году (этанол + биодизель);
Португалия	10 % в автомобильном топливе с 2010 года.
Таиланд	5 % биодизеля в дизельном топливе к 2011 году, 10 % к 2012 году;
Тайвань	1 % в автомобильном топливе с 2008 года 2 % с 2010 года;
Филиппины	1 % биодизеля в автомобильном и топливе с 2007 года, 2 % с 2008 года;
Франция	7 % биотоплив к 2010 году (этанол + биодизель)
Чили	разрешено 5 % содержание в автомобильном топливе.
Южная Корея	0,5 % биодизеля от общего потребления дизельного топлива с 2006 года, 5 % с 2008 года;
Япония	с марта 2007 года разрешено 5 % содержание биодизеля в дизельном автомобильном топливе;