4 Біодизельні палива

4.1 Біодизельне паливо на основі олій і рослинних жирів

Чим дорожча нафта, тим більше шансів на те, що проблеми енергетики будуть розв’язуватися за допомогою біомаси. За іронією долі, людство повертається до самого початку «ери моторів», коли винахідники ще не були упевнені у тім, що ДВЗ будуть працювати на бензині.

У 1895 р. німецький винахідник Рудольф Дизель створив дизельний мотор, що працював на арахісовій олії. Цікаво, що теперішній дизельний мотор, сконструйований у 1890 р. працював на продуктах переробки нафти, але Рудольф Дизель тоді вирішив, що олія- більш перспективний вид палива.

Згодом випускалися винятково «звичайні» дизелі. Головною причиною цього була дешевизна нафти.

Біодизель – паливо на основі тваринних чи рослиних жирів або продуктів їх переетерифікації, що використовується для повної або часткової заміни звичайного дизельного палива.

Сьогодні зацікавленість у біодизельному паливі зростає у всьому світі. У вересні 2005р. Міннесота стала першим штатом США, в якому законодавчо встановлена норма, відповідно до якої дозволено продаж лише дизельного палива з вмістом біодизеля не менше ніж 2%. Сьогодні подібні програми діють у різних країнах світу. Збільшується виробництво біодизельних палив. Це викликано не тільки подорожанням нафти, а й покращеними екологічними характеристиками біопалив і, насамперед, їх СО₂-нейтральністю. Основна перепона швидкого використання біодизельного палива – його неконкурентоспроможність через відносно дешеве дизельне паливо. Труднощі виникають і з транспортуванням та створенням мережі заправних станцій.

4.1.1 Способи застосування біодизельного палива

Біодизельне паливо застосовується у двох основних формах: безпосередньо у вигляді олії і у вигляді продуктів її переетерифікації – етерів жирних кислот. Сьогодні можна виділити чотири основні шляхи застосування біодизельного палива:

– одержання олії, фільтрація і робота на чистій олії. Таку технологію вперше запропонував Рудольф Дизель у 1895р. Цим шляхом пішли у Німеччині, там створені спеціальні двигуни;

– одержання олії, фільтрація і добавка її у традиційне дизельне палива в об’ємі 20-50%. Таким шляхом пішли у США при цьому не потрібне створення спеціальних двигунів;

– одержання продукту переетерифікації олії. Цим шляхом пішли країни ЄС. У цьому разі також не потрібне створення спец двигунів;

– переробка олії на нафтопереробних заводах і одержання біонафти. Цей спосіб не знайшов широкого вжитку.

Використання олії в звичайних дизельних двигунах, як правило, неможливе, оскільки вона за своїми властивостями сильно відрізняється від дизельного палива. Технічно це завдання можна розв’язати двома шляхами: пристосувати паливо до двигуна або створити двигун, що працює на олії. Дані табл. 4.1 свідчать, що обидва варіанти мають як свої перевиги, так і недоліки.

Таблиця 4.1 - Порівняльна характеристика використання різних типів біодизелів

Технічне рішення	Переваги	Недоліки
Використання продуктів переетефікації	Етери олій можна використовувати в звичайних дизельних двигунах без їх перероблення. Використання існуючої техніки можливе уже найближчим часом	Зниження коефіцієнта корисної дії, оскільки перетворення в етер потребує додаткової енергії. Додаткові фінансові затрати. Іноді трапляється розрідження моторної оливи.
Двигуни ротаційні на олії	Немає необхідності в переробці олії, немає додаткових витрат як енергії, так і фінансів. Відсутня проблема утилізації стічних вод. Немає проблем з реалізацією продуктів, наприклад гліцерину	Серійно вироблених двигунів майже немає, мало серійне виробництво. При запуску іноді потрібне звичайне дизельне паливо. Підготовка двигуна для використання палива коштує дуже дорого

Фізико-хімічні властивості олії суттєво відрізняються від властивостей дизельного палива (табл. 4.2).

Таблиця 4.2 - Властивості дизельного палива та ріпакової олії.

Параметри	Дизельне паливо (літнє)	Ріпакова олія
Густина за температури 20°С, кг/м3	826	913-920
Кінематична в’язкість за температури 20°С, мм2/с	3,5-3,8	87-89
Поверхневий натяг за температури 20°С, Н/м	27,1*10-3	33,2*10-3
Середня молярна маса, кг/кмоль	180-200	270-290
Цетанове число	45	50-52
Елементний склад, кг/кг:
карбон	0,87	0,77
гідроген	0,126	0,12
оксиген	0,004	0,11
Теоретично необхідна кількість повітря для згоряння 1 кг палива, кг/кг	14,45	12,9
Температура спалаху, °С	54	150-170
Нижча теплота згоряння, МДж/кг	42,5	36,0

При безпосередньому використанні олії у двигунах потрібна суттєва модифікація останніх. Деякі західноєвропейські фірми пропонують багатопаливні двигуни, що працюють на олії.

У звичайних двигунах можливе застосування суміші традиційного дизпалива з олією (до 20% олії в суміші). Біодизельне паливо В20 (20% олії) використовується у Нью-Йорку для перевезення пошти на поромі у Сан-Франциско, на машинах-заправниках на базах військово-повітряних сил США.

Зараз найчастіше застосовують біодизель у вигляді продукту переробки ріпакової олії до ріпаково-метилового етеру (РМЕ), який за своїми моторними властивостями, (цетанове число, в’язкість, температура спалаху та застигання) близький до дизельного палива (табл. 4.3). Тому його можна застосовувати на серійних дизелях без будь-яких змін останніх.

Перші дослідження технології виробництва і використання РМЕ були проведені в Австралії. За допомогою етеру складали дизельні суміші: 5% етеру додавали в дизельне паливо, призначене для використання звичайними автомобілями, 30% етеру – паливо для машин громадського транспорту. Проводились екскременти з використанням 50% біодизеля.

Таблиця 4.3 - Характеристики традиційного дизельного палива і РМЕ

Параметри	Дизпаливо з нафти, ДСТУ 3868-99	Ріпаково- метиловий етер
Густина за температури 20 °С, кг/м3	826	877
Поверхневий натяг за температури 20°С, Н/м	27,1*10-3	30,7*10-3
Кінематична в’язкість за температури 20°С, мм2/с	3,83	8
Цетанове число, не менше	45	48
Температура, °С:
-спалаху, не менше	60	56
-застигання, не більше	-10	-8
Вміст, %:
Сульфуру	0,2	0,02
Золи	0,02	0,02
Води	0	0
Коксівність 10%-го залишку,%, не більше	0,5	0,3
Випробування на мідній пластині	+	+
Кислотне число, мг КОН/г	0,06	0,5
Сумарний вміст гліцерину, %(max)	-	0,3
Нижча теплота згоряння, МДж/кг	42,5	37,5

Сьогодні у світі насамперед у країнах Західної Європи, біодизель використовують у суміші зі звичайним дизельним паливом у різних співвідношеннях. Так, у Німеччині вже більш як на 1000 станціях заправляють автомобілі біодизельним паливом.