BIODIZEL: POVIJEST, SVOJSTVA, VRSTE, PREDNOSTI, NEDOSTACI - KEMIJA - 2025

Biodizela goriva je prirodnog podrijetla koji je dobiven na reakciju, biljna ulja ili životinjska mast s malom količinom alkohola molekularne. Ta se reakcija naziva transesterifikacija; to jest, novi esteri masnih kiselina (koji se nazivaju i monoalkilni esteri) nastaju iz originalnih triglicerida.

U drugim kontekstima, umjesto da se upotrebljava riječ 'transeterifikacija', kaže se da biomasa prolazi alkoholizu, jer se tretira s alkoholima; među njima i pretežno metanol i etanol. Upotreba metanola u proizvodnji ovog biogoriva toliko je česta da je gotovo isto sinonim za to.

Crpka za biodizel B5. Izvor: Pxhere.

Biodizel je zelena alternativa za uporabu dizelskog goriva, dizela ili petrodizela (ističući još više što se njegov sastav sastoji od naftnih ugljikovodika). Međutim, njihova se svojstva i kvaliteta u pogledu performansi kod dizelskih motora ne razlikuju previše, tako da se oba goriva miješaju u različitim omjerima.

Neke od tih mješavina mogu biti bogate za biodizel (na primjer B100) ili bogatije za petrodizel (sa samo 5-20% biodizela). Na taj se način potrošnja dizela širi kad se biodizel uvede na tržište; ne bez da se prvo prevlada niz etičkih, produktivnih i ekonomskih problema.

Iz jednostavnog stajališta, ako se nafta može dobiti kao tekućina koja može sagorjeti i stvarati energiju za kretanje strojeva, zašto ne i ulje prirodnog podrijetla? Međutim, to samo po sebi nije dovoljno: morate se kemijski obrađivati ​​ako se želite natjecati ili držati korak s fosilnim gorivima.

Kad se ovaj tretman provodi vodikom, govori se o pročišćenju biljnog ulja ili životinjskih masti; stupanj njegove oksidacije je nizak ili su njegove molekule fragmentirane. Dok se u biodizelu umjesto vodika koriste alkoholi (metanol, etanol, propanol itd.).

Povijest

Reakcija transseterifikacije

Odgovor na prvi problem s kojim bi se suočila biogoriva otkriven je u prošlosti. Još davne 1853. godine dvojica znanstvenika, E. Duffy i J. Patrick, postigli su prvu transeterifikaciju biljnog ulja, čak i mnogo prije nego što je Rudolf Diesel pokrenuo svoj prvi radni motor.

U ovom postupku transeterifikacije trigliceridi ulja i / ili masti reagiraju s alkoholima, uglavnom metanolom i etanolom, kako bi se dobili metilni i etilni esteri masnih kiselina, kao i glicerol kao sekundarni proizvod. Za ubrzavanje reakcije koristi se osnovni katalizator, poput KOH.

Najvažnija točka transaterifikacije masti jest da će osamdeset godina kasnije belgijski znanstvenik, nazvan G. Chavanne, preusmjeriti ovu reakciju da smanji visoku i kontraproduktivnu viskoznost biljnih ulja.

Rudolf Diesel i njegov motor

Dizelski se motor pojavio 1890., već krajem 19. stoljeća, kao odgovor na ograničenja parnih motora. Okupio je sve što ste htjeli od motora: snagu i izdržljivost. Također je radila s bilo kojom vrstom goriva; a na divljenje samom Rudolfu i francuskoj vladi, mogao je raditi s biljnim uljima.

Budući da su trigliceridi izvori energije, bilo je logično misliti da će, kada se zapale, ispuštati toplinu i energiju sposobnu stvarati mehanički rad. Diesel je podržao izravnu uporabu tih ulja jer je pozdravio činjenicu da poljoprivrednici mogu vlastita goriva prerađivati ​​na mjestima koja su daleko od naftnih polja.

Prvi funkcionalni model dizelaša postigao je uspjeh na svom predstavljanju 10. kolovoza 1893. u Augusta u Njemačkoj. Njezin motor nalegao je na kikirikijevo ulje, jer je Rudolf Diesel čvrsto vjerovao da biljna ulja mogu biti suparnik fosilnim gorivima; ali baš onako kako su obrađeni na sirov način, bez naknadnih obrada.

Isti taj motor koji je pokretao kikirikijevo ulje predstavljen je na Svjetskom sajmu u Parizu 1900. Međutim, on nije privukao mnogo pažnje jer je do tada ulje bilo mnogo pristupačniji i jeftiniji izvor goriva.

Petrodiesel

Nakon Dieselove smrti 1913., rafiniranjem nafte dobiveno je dizelsko ulje (dizel ili petrodizel). I tako je model dizelskih motora dizajniran za kikirikijevo ulje trebalo prilagoditi i obnoviti za rad s tim novim gorivom, koje je manje viskozno od bilo kojeg drugog biljnog ili biomasnog ulja.

Ovo je način na koji je nekoliko desetljeća petrodizel prevladavao kao najjeftinija alternativa. Jednostavno nije bilo praktično sijati velike hektare povrtnih masa da bi se sakupila njihova ulja, koja su na kraju bila tako viskozna, što je dovela do problema s motorima i nisu izjednačila iste prinose dobivene benzinom.

Problem ovog fosilnog goriva bio je u tome što je povećao zagađenje atmosfere, a ovisio je i o ekonomiji i politici naftnih aktivnosti. S obzirom na nemogućnost pribjegavanja tome, u nekim su se kontekstima biljna ulja koristila za mobilizaciju teških vozila i strojeva.

Biogorivo u Drugom svjetskom ratu

Kada je u Drugom svjetskom ratu zbog sukoba nafta počela biti oskudna, nekoliko je zemalja našlo neophodno ponovno se okrenuti biljnim uljima; ali morali su se nositi s štetama stotina tisuća motora zbog razlike u viskoznosti koju njihov dizajn nije mogao podnijeti (a još manje ako su imali emulgiranu vodu).

Nakon rata, nacije su opet zaboravile na biljna ulja i nastavile sa praksom spaljivanja samo benzina i petrodizela.

Rođenje biodizela

Problem viskoznosti rješavao je belgijski znanstvenik G. Chavanne 1937. godine, kojem je odobren patent za njegovu metodu dobivanja etilnih estera masnih kiselina iz palminog ulja tretiranog etanolom.

Stoga se može reći da je biodizel formalno rođen 1937. godine; ali njegova sadnja i masovna proizvodnja morali su čekati do 1985. godine, izvršeni na austrijskom poljoprivrednom sveučilištu.

Podvrgavanjem ovih biljnih ulja transeterifikaciji napokon je riješen problem s viskoznošću, što je uskladilo performanse petrodizela i čak predstavljalo zelenu alternativu iznad njega.

Svojstva

Svojstva biodizela globalno ovise o sirovini s kojom je proizveden. Može imati boje u rasponu od zlatne do tamno smeđe, fizički izgled koji ovisi o procesu proizvodnje.

Općenito govoreći, to je gorivo s dobrom mazivom, a smanjuje buku motora, produžuje životni vijek i zahtijeva manje ulaganja za održavanje.

Ima točku paljenja veću od 120 ° C, što znači da sve dok vanjska temperatura ne prijeđe ovu, nema opasnosti od požara; To nije slučaj s dizelom, koji može izgorjeti čak i na 52 ° C (što se vrlo lako postiže za upaljenu cigaretu).

Zbog nedostatka aromatskih ugljikovodika kao što su benzen i toluen, ne predstavlja kancerogeni rizik u slučaju izlijevanja ili dužeg izlaganja.

Isto tako, on nema sumpor u svom sastavu, tako da ne stvara zagađujuće plinove SO ₂ ili SO ₃. Kada se pomiješa s dizelom, daje mu veći podmazujući karakter od prirodnih sumpornih spojeva. Zapravo, sumpor je nepoželjan element, a kada je desulfuriran dizel gubi se podmazivanje koje se mora obnoviti biodizlom ili drugim dodacima.

Dobivanje i proizvodnja

Biodizel se dobiva iz transaterificiranih biljnih ulja ili životinjskih masti. Ali, što bi od svih njih trebala činiti sirovinu? U idealnom slučaju onaj koji stvara veće količine ulja ili masti iz manjeg područja uzgoja; to bi bio prikladniji broj hektara koji zauzima vaše poljoprivredno zemljište.

Dobar biodizel mora poticati iz usjeva (žitarica, sjemena, plodova itd.) Koji stvara velike količine nafte iz malih polja; inače bi njihovi usjevi bili potrebni za pokrivanje čitavih zemalja i ne bi bili ekonomski održivi.

Jednom kada se biomasa skuplja, ulje se mora tada ekstrahirati beskonačnim postupcima; među njima je, na primjer, upotreba nadkritičnih tekućina za nošenje i otapanje ulja. Jednom kada se dobije ulje, podvrgava se transeterifikaciji da bi se smanjila njegova viskoznost.

Transeterifikacija se postiže miješanjem ulja s metanolom i bazom u šaržnim reaktorima, bilo pod ultrazvukom, nadkritičnim tekućinama, mehaničkim miješanjem, itd. Kada koristite metanol, dobivate metil estere masnih kiselina (FAME).

Ako se, s druge strane, koristi etanol, dobivat će se etilni esteri masnih kiselina (FAEE). Upravo su ti esteri i njihovi atomi kisika karakteristični za biodizel.

Metanol i glicerol

Metanol je alkohol koji se uglavnom koristi kao sirovina u proizvodnji biodizela; a glicerol je, s druge strane, nusproizvod koji se može upotrijebiti za podršku drugim industrijskim procesima i na taj način učiniti proizvodnju biodizela profitabilnijom.

Glicerol dolazi iz originalnih molekula triglicerida koji je zamijenjen metanolom kako bi se stvorile tri DMARD-a.

Vrste biodizela

Različita ulja ili masti imaju svoje profile masnih kiselina; prema tome, svaki biodizel ima različite mono-alkilne estere kao rezultat transferacije. Iako se ti esteri teško razlikuju u duljinama svojih ugljikovih lanaca, rezultirajuća goriva ne pokazuju velike oscilacije između njihovih svojstava.

Dakle, ne postoji klasifikacija biodizela, već različita učinkovitost i isplativost ovisno o izvoru ulja ili masti koje je odabrano za njegovu proizvodnju. Međutim, postoje smjese biodizela i petrodizela, jer se oba goriva mogu miješati i međusobno se miješati, pružajući korisne osobine motora.

Kaže se da je čisti biodizel B100; što je u njegovom sastavu jednako 0% petrodizela. Potom su tu i druge smjese:

- B20 (s 80% petrodizela).

- B5 (s 95% petrodizela).

- B2 (sa 98% petrodizela).

Automobili izgrađeni prije 1996. nisu mogli koristiti B100 u svojim motorima bez da zamijene određene dijelove koji su propadali zbog djelovanja otapala. Međutim, i danas postoje modeli automobila koji u tvorničkim jamstvima ne dopuštaju velike koncentracije biodizela, pa preporučuju uporabu smjesa nižih od B20.

Prednost

Slijedi prikaz niza prednosti koje biodizel ima u odnosu na petrodizel i koje ga čine zelenom i atraktivnom alternativom:

- Dobiva se iz biomase, sirovine koja je obnovljiva i koja se često gubi kao otpad.

- Biorazgradiv je i netoksičan. Stoga neće zagađivati ​​tla ili mora ako se slučajno izlije.

- Njegova visoka žarišna točka čini ga sigurnijim za skladištenje i transport.

- Ne proizvodi stakleničke plinove jer oslobođeni CO ₂ predstavlja istu količinu one koju biljke apsorbiraju. Zahvaljujući tome, udovoljava i Kyoto protokolu.

- Potiče ruralne aktivnosti na sadnji kultura iz kojih se dobiva biljno ulje.

- Može se čak i proizvesti iz prženog ulja. To vam daje veliku prednost jer se reciklirano ulje, kućne ili iz restorana, umjesto da se odlaže i zagađuje podzemna voda, može koristiti za proizvodnju više zelenog goriva.

- Predstavlja način da se dugoročno osamostalite od nafte i njenih derivata.

- Kod gorenja ostavlja manje ostataka.

- Bakterijske alge su osim soje i suncokretovih sjemenki obećavajući izvor nejestivog (i mnogima nepoželjnog) biodizela.

Nedostaci

Nije sve savršeno s ovim gorivom. Biodizel također ima ograničenja koja se moraju prevladati ako se želi zamijeniti naftni dizel. Neka od ovih ograničenja ili neugodnosti njegove upotrebe su:

- Ima višu temperaturu skrućivanja, što znači da pri niskim temperaturama postaje gel.

- Njegova otapala mogu uništiti prirodnu gumu i poliuretansku pjenu prisutnu u automobilima okupljenim prije 1990.

- Skuplji je od petrodizela.

- Povećava cijene usjeva i hrane jer sadrže dodanu vrijednost kada se koriste kao sirovina za biodizel.

- Ovisno o biomasi, možda će trebati obradivi više hektara, što bi značilo uzimanje tu ekosustava koji su tuđi, a time bi utjecao i na divlju faunu.

- Iako ne stvara sumporne plinove tijekom izgaranja, on oslobađa veće koncentracije dušikovih oksida, NO _x.

- Koristile bi se velike količine hrane koja bi se umjesto zasićenih gladi koristila za proizvodnju biodizela.

Reference

1. Wikipedia. (2019). Biodizel. Oporavilo sa: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28. prosinca 2011.). Biodizel: prednosti i nedostaci. Twenergy. Oporavilo od: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodizel. Oporavilo od: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (03. travnja 2019.). Povijest biodizela. Farma energija. Oporavilo sa: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Kako djeluje biodizel. HowStuffWorks. Oporavilo od: auto.howstuffworks.com
6. Pacifički biodizel. (2019). Biodizel. Oporavilo od: biodiesel.com