BIODÍZEL: ELŐZMÉNYEK, TULAJDONSÁGOK, TÍPUSOK, ELŐNYÖK, HÁTRÁNYOK - KÉMIA - 2025

A biodízel üzemanyag természetes eredetű, amelyet növényi olajok vagy állati zsírok reagáltatásakor alacsony molekulatömegű alkoholokkal állítanak elő. Ezt a reakciót átészterezésnek nevezik; vagyis új zsírsavészterek (más néven monoalkil-észterek) képződnek az eredeti trigliceridekből.

Más összefüggésekben az „átészterezés” szó használata helyett azt mondják, hogy a biomassza alkoholizálódik, mivel alkoholokkal kezelik; köztük és túlnyomórészt metanol és etanol. A metanolt e bioüzemanyag előállítására olyan gyakran használják, hogy szinte azonos azzal.

Biodízel szivattyú B5. Forrás: Pxhere.

A biodízel zöld alternatíva a dízelüzemanyag, dízelolaj vagy petrol-benzin felhasználására (még jobban kiemelve, hogy összetétele kőolaj-szénhidrogénekből áll). Ugyanakkor tulajdonságuk és minősége a dízelmotorok teljesítményében nem különböznek túl sokat, így mindkét üzemanyagot különböző arányban keverik.

Ezen keverékek némelyike ​​gazdagabb lehet a biodízelben (például B100) vagy gazdagabb a petrol-benzinben (mindössze 5-20% biodízelben). Ilyen módon elterjed a dízelfogyasztás, amikor a biodízel kerül a piacra; mindenekelőtt az etikai, produktív és gazdasági problémák sorozatának leküzdése nélkül.

Egyszerű szempontból, ha olajat lehet előállítani folyadékként, amely képes égetni és energiát generálni a gépek mozgatásához, miért nem természetes eredetű olaj? Ez önmagában azonban nem elég: kémiai kezelést kell kapnia, ha versenyre akar lépni vagy lépést tartani a fosszilis tüzelőanyagokkal.

Amikor ezt a kezelést hidrogénnel hajtják végre, a növényi olaj vagy állati zsír finomításáról beszélünk; alacsony oxidációs foka vagy molekulái széttöredezettek. Míg a biodízelben hidrogén helyett alkoholokat (metanol, etanol, propanol stb.) Használnak.

Történelem

Átészterezési reakció

A bioüzemanyagok első problémájára a múltban fedezték fel a választ. Már 1853-ban két tudós, E. Duffy és J. Patrick elérte a növényi olaj első átészterezését, még jóval azelőtt, hogy Rudolf Diesel elindította első működő motorját.

Ebben az átészterezési eljárásban az olajok és / vagy zsírok trigliceridjei alkoholokkal, főleg metanollal és etanollal reagálnak, így zsírsav-metil- és etil-észtereket, valamint másodlagos termékként glicerint állítanak elő. A reakció felgyorsításához bázikus katalizátort, például KOH-t alkalmazunk.

A zsírok átészterezésének legfontosabb pontja az, hogy nyolcvan évvel később egy G. Chavanne nevű belga tudós irányítja ezt a reakciót a növényi olajok magas és ellentmondásos viszkozitásának csökkentésére.

Rudolf Diesel és motorja

A dízelmotor 1890-ben, már a XIX. Század végén jelent meg, a gőzgép korlátozásainak hatására. Összehozott mindent, amit a motortól akart: az erőt és a tartósságot. Bármely típusú üzemanyaggal is működött; és maga Rudolf és a francia kormány csodálkozásaként dolgozott növényi olajokkal.

Mivel trigliceridek az energiaforrások, logikus volt azt gondolni, hogy égéskor hőt és energiát szabadítanak fel, amely képes mechanikus munka előállítására. Diesel támogatta ezen olajok közvetlen felhasználását, mivel üdvözölte azt a tényt, hogy a gazdálkodók az olajmezőktől távol eső területeken feldolgozhatták saját üzemanyagukat.

A dízelmotor első funkcionális modellje sikeres volt az 1893. augusztus 10-i bemutatóján, a németországi Augusta városában. Motorja mogyoróolajjal működött, mivel Rudolf Diesel határozottan úgy gondolta, hogy a növényi olajok versenyben állhatnak a fosszilis tüzelőanyagokkal; de ugyanúgy, mint a nyers feldolgozást, későbbi kezelések nélkül.

Ugyanezt a mogyoróolajjal működő motort a párizsi világkiállításon mutatták be 1900-ban. Ez azonban nem vonzott nagy figyelmet, mert addigra az olaj sokkal hozzáférhetőbb és olcsóbb üzemanyagforrás volt.

Petrodiesel

Diesel 1913-os halála után a dízelolajat (dízel vagy petrol-benzin) kőolaj finomításából nyerték. Így a földimogyoró-olajhoz tervezett dízelmotor-modellt hozzá kellett igazítani és át kellett építeni az új üzemanyaghoz, amely kevésbé viszkózus, mint bármely más növényi vagy biomassza-olaj.

Így uralkodott a petrodiesel több évtizede a legolcsóbb alternatíva. Egyszerűen nem volt praktikus nagy hektár növényi tömeget vetni az olajok összegyűjtésére, amely végül, annyira viszkózus, problémákat okozott a motorok számára, és nem volt megegyező a benzinhez viszonyított hozammal.

Ennek a fosszilis tüzelőanyagnak az volt a problémája, hogy növeli a légkör szennyeződését, és az olajtevékenységek gazdaságától és politikájától is függött. Mivel lehetetlen igénybe venni azt, bizonyos összefüggésekben növényi olajokat használták a nehéz járművek és gépek mozgósításához.

Bioüzemanyag a második világháborúban

Amikor a második világháborúban a konfliktus eredményeként kevés olajat kerestek, több ország úgy találta, hogy ismét növényi olajokra kell fordulni; de a százezres motoroknak a viszkozitásbeli különbség miatt, amelyet a kialakításuk nem tudott elviselni (és még kevésbé, ha emulgeált vizet kellett volna kezelniük).

A háború után a nemzetek ismét elfelejtették a növényi olajokat, és folytatták a gyakorlatot, hogy csak benzint és benzin benzint égetjenek el.

A biodízel születése

A viszkozitási problémát G. Chavanne belga tudós kis léptékben, 1937-ben oldotta meg, aki szabadalmat kapott a zsírsav-etil-észterek előállítási módszerére etanollal kezelt pálmaolajból.

Ezért elmondható, hogy a biodízel hivatalosan 1937-ben született; de az ültetésnek és a tömegtermelésnek 1985-ig kellett várnia, amelyet egy osztrák mezőgazdasági egyetemen hajtottak végre.

Ezeket a növényi olajokat átészterezésnek vetve végül megoldódott a viszkozitási probléma, egyenlővé téve a petrol-benzin teljesítményét, sőt fölött egy zöld alternatívát képviselve.

Tulajdonságok

A biodízel tulajdonságai globálisan attól a nyersanyagtól függenek, amelytől előállították. Színei lehetnek az aranytól a sötétbarnáig, fizikai megjelenésük függ a gyártási folyamattól.

Általánosságban véve ez egy jó kenőképességű üzemanyag, amely csökkenti a motorok zaját, meghosszabbítja élettartamát, és karbantartásához kevesebb beruházást igényel.

120 ° C-nál magasabb gyulladási ponttal rendelkezik, ami azt jelenti, hogy mindaddig, amíg a külső hőmérséklet nem haladja meg ezt, nem áll fenn tűzveszély; Nem ez a helyzet a gázolajjal, amely akár 52ºC-on is éghet (nagyon könnyű elérni egy meggyújtott cigaretta esetén).

Aromás szénhidrogének, például benzol és toluol hiánya miatt kiömlés vagy hosszantartó expozíció esetén nem jelent rákkeltő kockázatot.

Hasonlóképpen, összetételében nincs kén, tehát nem termelő szennyező gázokat SO ₂ vagy SO ₃. Dízelrel keverve nagyobb kenési tulajdonságot ad, mint a természetes kénvegyületek. Valójában a kén nemkívánatos elem, és amikor a dízel kénteleníti, elveszíti a kenését, amelyet biodízelrel vagy más adalékanyagokkal kell visszanyerni.

Beszerzés és előállítás

A biodízel transzészterezett növényi olajokból vagy állati zsírokból nyerhető. De melyiknek kell képeznie a nyersanyagot? Ideális esetben az, amely nagyobb mennyiségű olajat vagy zsírt termel egy kisebb termesztési területről; hogy helyesebben fogalmazva, az a hektárszám lenne, amelyet a mezőgazdasági földterület fog elfoglalni.

A jó biodízelnek olyan növényből (gabona, mag, gyümölcs stb.) Kell származnia, amely nagy mennyiségű olajat termel kis mezőkből; egyébként növényeiknek teljes országot le kellene fedniük, és nem lenne gazdaságilag életképes.

A biomassza összegyűjtése után az olajat végtelen folyamatokkal kell extrahálni; köztük például a szuperkritikus folyadékok használata az olaj hordozására és feloldására. Az olaj előállítása után az átészterezésnek vetjük alá annak viszkozitásának csökkentése érdekében.

Az átészterezést úgy érik el, hogy az olajat metanollal és egy bázissal elegyítik szakaszos reaktorokban, akár ultrahang, szuperkritikus folyadékok, mechanikus keverés, stb. Alatt. Metanol használatakor zsírsav-metil-észtereket (FAME, rövidítésként angolul: zsírsav-metil-észter) kapunk.

Ha viszont etanolt használnak, akkor zsírsav-etil-észtereket (FAEE) kapnak. Mindezek az észterek és oxigénatomok jellemzik a biodízel.

Metanol és glicerin

A metanol az az alkohol, amelyet főként nyersanyagként használnak a biodízel előállításához; és a glicerin viszont olyan melléktermék, amelyet más ipari folyamatok támogatására lehet felhasználni, és ezért a biodízelgyártás jövedelmezőbbé válhat.

A glicerin az eredeti trigliceridmolekulákból származik, amelyeket metanollal helyettesítünk, hogy három DMARD-at hozzunk létre.

A biodízel típusai

A különféle olajok vagy zsírok saját zsírsavprofilokkal rendelkeznek; ezért az egyes biodízelnek különböző monoalkil-észterei vannak az átészterezés eredményeként. Mégis, mivel ezek az észterek alig különböznek szénláncuk hosszában, az így kapott üzemanyagok nem mutatnak nagy ingadozást tulajdonságuk között.

Tehát nincs osztályozás a biodízel számára, inkább eltérő hatékonyságot és jövedelmezőséget mutat, attól függően, hogy melyik olaj- vagy zsírforrást választják a termeléshez. Vannak azonban biodízel-petrol-benzin keverékek, mivel mindkét üzemanyag keverhető és egymással elegyedő, biztosítva a motor számára előnyös tulajdonságaikat.

A tiszta biodízelről azt mondják, hogy B100; amely összetételében 0% petrodiszel. Akkor vannak más keverékek:

- B20 (80% petrol-benzin).

- B5 (95% petrol-benzin).

- B2 (98% petrol-benzin).

Az 1996 előtt gyártott autók nem tudták használni a B100-at motorjaikban anélkül, hogy kicserélniük kellett volna bizonyos alkatrészeket, amelyek az oldószer hatása miatt romlottak. Még ma is vannak olyan modellek, amelyek nem engedik meg a biodízel nagy koncentrációját a gyári garanciákban, ezért javasolják a B20-nál alacsonyabb keverékek alkalmazását.

Előny

Az alábbiakban bemutatjuk azon előnyök sorozatát, amelyek a biodízelnek a petrol-benzinhez képest vannak, és amelyek zöld és vonzó alternatívává teszik:

- biomasszából nyerik, amely megújuló nyersanyag, amelyet gyakran hulladékként veszítenek el.

- Biológiailag lebontható és nem mérgező. Ezért véletlenszerű kiömlés esetén nem szennyezi a talajokat vagy a tengereket.

- Magas lobbanáspontja biztonságosabbá teszi tárolása és szállítása során.

- Ez nem termelnek üvegházhatású gázokat, mert a CO ₂ szabadul jelentése azonos mennyiségű, hogy felszívódik a növények. Ennek köszönhetően megfelel a Kiotói Jegyzőkönyvnek.

- Ösztönzi a növényi olajból nyert növények ültetési vidéki tevékenységeit.

- Sült olajból is előállítható. Ez a pont nagyon kedveli Önt, mivel az újrafeldolgozott olaj, háztartási vagy vendéglátóipari olajok ártalmatlanításuk és szennyeződés helyett felhasználhatók több zöld üzemanyag előállítására.

- Egy olyan módszert képvisel, amely hosszú távon függetlenné válhat az olajtól és származékaitól.

- Kevesebb maradvány marad az égés során.

- A bakteriális algák a szójabab és a napraforgómag mellett ígéretes forrást jelentenek az ehető (és sok számára nemkívánatos) biodízel számára.

hátrányai

Nem minden tökéletes ezzel az üzemanyaggal. A biodízelnek vannak olyan korlátozásai is, amelyeket át kell küzdeni, ha a kőolaj-dízel helyébe lép. A használat korlátozásai vagy kellemetlenségei a következők:

- Magasabb megszilárdulási hőmérséklete van, ami azt jelenti, hogy alacsony hőmérsékleten gélré válik.

- Oldószer-ereje elpusztíthatja az 1990 előtt összeszerelt autókban található természetes gumi és poliuretánhabot.

- Ez drágább, mint a petrolélel.

- Növeli a növények és az élelmiszerek árait, mivel hozzáadott értéket képviselnek, ha biodízel-alapanyagként használják.

- A biomasszától függően sok hektár művelésre lehet szükség, ami ebből a célból idegen ökoszisztémák megragadását jelentené, és így befolyásolná a vadon élő állatokat.

- Bár ez nem termel kén gázokat során égés, ez engedje nagyobb koncentrációban a nitrogén-oxidok, NO _x.

- Nagy mennyiségű ételt használnának, amelyet az éhínség helyett biodízel előállítására használnának.

Irodalom

1. Wikipedia. (2019). Biodízel. Helyreállítva: en.wikipedia.org
2. Penelope. (2011. december 28.). Biodízel: előnyei és hátrányai. Twenergy. Helyreállítva: twenergy.com
3. RENOVETEC. (2013). Biodízel. Helyreállítva: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (2019. április 03.). A biodízel története. Farm energia. Helyreállítva a következőből: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Hogyan működik a biodízel? Hogyan működnek a dolgok. Helyreállítva: auto.howstuffworks.com
6. Csendes-óceáni biodízel. (2019). Biodízel. Helyreállítva: biodiesel.com