Біопаливо – паливо із біологічної сировини, яке придатне для використання в двигунах внутрішнього згоряння. Основними видами біопалива є: біоетанол, біометанол, біобутанол,диметиловий ефір та біодизель.

Біоетанол

Біоетанол – цеетанол, який отримують у процесі переробки рослинної сировини для використання якбіопаливо. Світове виробництво біоетанолу як пального для транспорту зросло з 17 млрд. літрів у2000до 52 млрд. літрів у2010.

Біоетанол використовується переважно вБразиліїтаСША, і разом ці країни забезпечили у2010році 89% світового виробництва етанолу. Більшість автомобілів США можуть працювати на суміші 10% біоетанолу та бензину, це законодавчо закріплено в деяких штатах і містах. З 1976 року бразильський уряд зробив обов’язковою суміш біоетанолу з бензином, а з2007року обов’язковою є суміш 25% етанолу та 75% бензину (суміш E25). Етанол у Бразилії виробляється переважно зцукрової тростини, а в США – з кукурудзи.

Біоетанол, на відміну віднафти, є однією з форм використання поновлюваних джерел енергії, які можна отримати з сільськогосподарської сировини. Його можна виготовляти зцукрової тростини,картоплі,маніокутакукурудзи. Проте дискусійним є питання користі заміни бензину біоетанолом. Занепокоєння з приводу його виробництва й використання викликає велика кількість орних земель, необхідних для сільськогосподарських культур, а також витрати енергії та забруднення навколишнього середовища. Останні події у виробництві целюлозного етанолу й комерціалізація цього процесу можуть розвіяти деякі з цих проблем.

Етанол є менш “енергощільним” джерелом енергії ніж бензин; пробіг машини, яка працює на чистому спирті складе приблизно 80% від пробігу на бензині. Але етанол значно дешевший за бензин і виробляється з відновної сировини.

Відомий з давніх часів спосіб отримання етанолу – спиртове бродіння органічних продуктів, які містять вуглеводи (виноград, плоди фруктів, тощо) під дією ферментів дріжджів і бактерій. Аналогічно виглядає переробка крохмалю картоплі, рису, кукурудзи та інших злаків. Реакція ця досить складна, але її схему можна представити рівнянням:

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2

В результаті бродіння отримується розчин, який містить не більше 15% етанолу, так як в більш концентрованих розчинах дріжджі зазвичай гинуть. Отриманий таким способом етанол шляхом дистиляції очищують і концентрують.

Сучасна промислова технологія отримання спирту із харчових продуктів включає наступні стадії:

– підготовка і подрібнення сировини – зерна, картоплі, кукурудзи та інших;

– ферментація. До підготовленої сировини додають рекомбінантні препарати;

– браго ректифікація. Відділення спирту від інших продуктів бродіння.

Відходами бродіння є барда і сивушні масла. Барда використовується для корму худоби, а сивушні масла для потреб хімічної промисловості.

Біометанол

Біометанол – це метанол, який отримують у процесі переробки рослинної сировини для використання якбіопаливо.

Промислове культивування і біотехнологічна конверсія морського фітопланктону розглядається як один із найбільш перспективних напрямків в області отримання біопалива.

На початку 80-х років декілька європейських держав розглядали проекти, які орієнтовані на створення промислових систем з використання прибережних пустинних районів. Виконанню цих планів помішало падіння ціни на нафту.

Зараз ціна на нафту знову висока і ряд країн знову повернулися до даної теми.

Спочатку біомасу виробляють шляхом культивації фітопланктону в штучних водоймах на морському побережжі.

Потім отриману біомасу піддають піролізу з отриманням метанолу, метану і ряду інших сполук.

Основними доводами на користь використання мікроскопічних водоростей є наступні:

висока продуктивність фітопланктону (до 100 т/га в рік);

у виробництві не використовуються ні родючі грунти, ні прісна вода;

процес не конкурує з сільськогосподарським виробництвом;

енерговіддача процесу досягає 14% на стадії отримання метану і 7% на стадії отримання метанолу;

З точки зору отримання енергії дана біосистема має істотні економічні переваги в порівнянні з іншими способами перетворення сонячної енергії.

Метанол може використовуватися у двигунах внутрішнього згоряння як у чистому вигляді, так і у вигляді суміші з бензином. Набагато краще використовувати метанол для паливних елементів.

Біобутанол

Бутанол – C4H9OН – бутиловий спирт. Безбарвна рідина з характерним запахом. Широко використовується в промисловості. В США щорічно виробляють 1,39 млрд. літрів бутанолу.

Бутанол почав вироблятися на початку XX століття з використанням бактерій Clostridiaacetobutylicum.

Бутанол не володіє корозійними властивостями, може транспортуватися по існуючі інфраструктурі. Може, но не обов’язково повинен змішуватися з традиційними видами палива. Енергія згоряння бутанолу близька до енергії бензину. Бутанол може використовуватися в паливних елементах як сировина для виробництва водню.

Сировиною для виробництва біобутанолу можуть бути цукровий троняк, буряк, кукурудза а також целюлоза і водорості.

Диметиловий ефір

Диметиловий ефір (ДМЕ) – C2H6O – широко застосовуваний на практиці простийефір. Являє собою безбарвний газ який при нормальних умовах в 1,63 разів важчеповітря. Добре змішується з водою і деякими органічними розчинниками. У промисловості виробляється зприродного газу,вугілля, абобіомаси.

Велика кількість диметиловиго ефіру виробляється з відходів целолозно-паперового виробництва. Зріджується при невеликому тиску.

Диметиловий ефір – екологічно чисте паливо без вмісту сірки, а вміст окисів азоту в вихлопних газах менше на 90% ніж у бензину. Використання ДМЕ не потребує спеціальних фільтрів, але потрібна переробна системи подачі палива (встановлення газобалонного обладнання, коректування сумішоутворення) і запалення двигуна. Без переробки можливо використовувати на автомобілях з LPG-систематидо 30% вмісту в пропан-бітанових сумішах.

Автомобільні двигуни, які працюють на дим етиловому ефірі розробляють KAMAZ,Volvo, Nissan та інші.

Біодизель

Біодизель – паливо на основі жирів тваринного, рослинного чи мікробного походження, а також продуктів їх етерифікації.

Для отримання біодизельного палива використовують рослинні або тваринні жири. Сировиною може бути рапсова, соєва, пальмова, кокосова олія, обо будь-якоїіншої олії, а також відходи харчової промисловості. Розробляється технологія виробництва біодизелю з водоростей.

Біодизель церідинажовтого кольору (може бути різних відтінків). Майже не змішується з водою, має високутемпературу кипіннята низьку пружність пари. Виготовлений з незабрудненої сировини біодизель є нетоксичним.

Відносно високатемпература займаннябіодизелю 150 C робить паливо досить безпечним у питані протипожежної безпеки.Густинабіодизелю 0.86 г/см?.

В’язкістьбіодизелю та звичайного дизельного пального однакова.

Процес одержання біодизельного палива є досить простим. Рослинна олія є сумішшю тригліцеридів, ефірів, сполучених з молекулоюгліцерину. Основне завдання при одержанні біодизелю полягає в тому, щоб видалити гліцерин, замінивши його на спирт. Цей процес називають переетерифікацією. В результаті етерифікації утворюються ефіри жирних кислот (біодизель) та побічний продукт переетерифікації – триатомний спирт гліцерин(в неочищеному стані його називають гліцерилом). З 1 тонни олії та 0,1 тонни метанолу виробляють орієнтовно 1 тонну біодизелю то 0,1 тонну гліцерилу.

Найпоширеніший спосіб отримання біодизелю — пере етерифікація рослинної оліїта тваринних жирів спиртами (етиловим,метиловим, ізопропіловим, бутанол).

При використанні етанолубуде отримано етилові ефіри біодизелю. Етанолова та ізопропанолова технології складніші (вимагають наяності каталізаторів та апаратури, яка б могла працювати при високому тиску).

Найпоширенішим для виробництва метилових ефірів є використання метанолу, оскільки він є найдешевшим зі спиртів. Під час реакції переетерифікації олії та жири вступають у реакцію з метиловим (етиловим) спиртом у присутності каталізатора (лугу), внаслідок чого утворюються складні ефіри (біодизель), а також гліцеролова фаза (так званий «чорний» гліцерин), що містить 45-56% гліцерину, 4% метанолу, що не прореагував, 13% жирних кислот, 8% води, 9% неорганічних солей, 10% ефірів. Одержану в результаті реакції суміш розділяють в сепараторах або ємностях-відстійниках. Очищений гліцерин використовується для виробництва миючих засобів, а після глибокої очистки використовується в фармації. Проте для проведення очистки гліцерину та утилізації відходів необхідні додаткові капіталовкладення на етапі проектування та будівництва переробного заводу.

Ці технології є дещо багатостадійними і пов’язані з нагромадженням відходів, зокрема гліцерилу, який не піддається етерифікації в цих умовах. Розробляються способи одержання біодизелю з використанням твердих гетерогенних каталізаторів, які відкривають перспективу створення одностадійних енергозберігаючих процесів переетерифікації олій та жирів та етерифікацію гліцерину навіть із застосуванням етанолу. Найбільше практичне застосування серед твердих кислот знаходять цеоліти, індивідуальні та змішані оксиди, активовані глини, органічні сульфокатіоніти.

Міжремонтний термін експлуатації двигуна, що працює на біодизелі збільшується приблизно на 50%.

Вищий показник змащувальної здатності біодизелю порівняно зі звичайним дизельним паливом — перевага, що сприяє тривалішому «життю» форсунок.

Цетанове числобіодизелю становить 51 (тоді як в мінерального дизпалива – близько 45), що покращує запуск двигуна.

Висока температура спалаху робить біодизель одним з найбільш пожежобезпечних видів палива.

Кількість викидів шкідливих сполук і твердих часток при роботі двигуна на біодизелі зменшується на 20-25%, чадного газу – на 10-12%, ніж при роботі на мінеральному дизельному паливі.

Біодизель не має неприємного бензоловогозапаху, а вихлоп машини, що працює на ньому, пахне смаженим насінням.

Біодизель відноситься до екологічних видів палива, а вуглекислого газу в вихлопні рівно стільки, скільки споживається із атмосфери тими ж рослинами, з яких отримується олія. Один гектар ріпакуможе поглинати до 20 т вуглекислого газу за сезон.

Біодизель, потряпляючи в довкілля, дуже швидко піддається біологічному розкладанню: один літр мінерального палива здатен забруднити 1 млн. л питної води і привести до загибелі водяної флори і фауни, тоді як біодизель при потраплянні в воду не наносить шкоди ні рослинам, ні тваринам. Крім того, він піддається практично повному біологічному розпаду: в грунті чи в воді мікроорганізми протягом 21 дня на 90% переробляють біодизель, протягом 28 днів – на 99%.

При роботі двигунів на біодизелі значно зменшуються шкідливі викиди інших продуктів згоряння, в тому числі сірки – на 98%, а сажі – від 50 до 61%, гідрокарбонатів – та вуглекислих монооксидів – на 30–34%.

Біодизель роз’їдає прокладки та трубки з натуральної гуми (натуральна гума переважно використовуються в двигунах, виготовлених до 1992), хоча найвірогідніше, що ці деталі вже замінені на вироби з синтетичної гуми, котра не роз’їдається біодизелем.

При використанні звичайного дизельного палива у двигуні та паливних трубках утворюється наліт. При переході на використання біодизелю цей наліт руйнується (так, як біодизель кращий розчинник ніж звичайне дизельне паливо) і засмічує паливні фільтри та інжектори. Тому при пробігу 1000—1500 км з моменту переходу на біодизель рекомендується замінапаливних фільтрів.

Зберігати біодизель понад три місяці не рекомендується, оскільки він розкладається.

Фінансовані виробниками нафтопродуктів дослідження доводять, що для двигунів, звичайне дизельне паливо є кращим ніж біодизель. Але це заперечують незалежні організації, які помітили що біодизель зменшує спрацювання двигуна. Температура за якої чистий (В100) біодизель починає гуснути значно коливається і залежить від суміші ефірів а відповідно від сировини що використовувалась для виробництва палива. Наприклад біодизель виготовлений з певних різновидів каноли починає гуснути при −10°C. Біодизель виготовлений з тваринних жирів стає гелеподібним при +16°C. Взимку використовується низькотемпературний біодизель, що містить домішки котрі значно знижують температуру загуснення біодизелю.

Дехто модифікує свій транспорт для використання біодизелю без домішок навіть при низьких температурах. Встановлюється другий паливний бак. До нього підводиться нагрівальна спіраль якою тече змащувально-охолоджувальна рідина автомобіля. Давач температури, встановлений у баці, повідомляє водія коли біодизель достатньо нагрітий для використання, водій перемикає бак подачі палива.