Биодизель представляет собой жидкость, полученную из натуральных липидов в качестве растительных или жирных животных, с использованием или без использования, с помощью промышленных процессов этерификации и переэтерификации и применяемых при получении полной или частичной замены нефтепродуктов или газойля, полученных из нефти. Биодизель можно смешивать с дизельным топливом от переработки нефти в разных количествах.
производство
Биодизель обычно получают путем переэтерификации растительного масла или животного жирового сырья и других непищевых исходных материалов, таких как масло для жарки и т. Д. Существует несколько способов проведения этой реакции переэтерификации, включая общий периодический процесс, гетерогенные катализаторы, сверхкритические процессов, ультразвуковых методов и даже микроволновых методов.
Химически переэтерифицированное биодизельное топливо включает смесь моноалкиловых сложных эфиров длинноцепочечных жирных кислот. Наиболее распространенная форма использует метанол (превращенный в метоксид натрия) для получения метиловых эфиров (обычно их называют метиленовым эфиром жирной кислоты — FAME), так как он является самым дешевым спиртом, хотя этанол можно использовать для получения этилового эфира (обычно называемого в качестве этилового эфира жирной кислоты — FAEE) также использовали биодизель и высшие спирты, такие как изопропанол и бутанол. Использование спиртов с более высоким молекулярным весом улучшает свойства холодного течения полученного сложного эфира за счет менее эффективной реакции переэтерификации. Процесс получения переэтерификации липидов используется для превращения базового масла в желаемые сложные эфиры. Любые свободные жирные кислоты (FFA) в базовом масле либо превращают в мыло, либо удаляют из процесса, либо они этерифицируют (получая больше биодизеля) с использованием кислотного катализатора. После этой обработки, в отличие от прямого растительного масла, биодизель обладает свойствами горения, очень похожими на свойства дизельного топлива, и может заменить его в большинстве современных применений.
Метанол, используемый в большинстве процессов производства биодизеля, производится с использованием топливных входов. Однако в качестве исходного сырья имеются источники возобновляемого метанола с использованием двуокиси углерода или биомассы, что делает их производственные процессы без использования ископаемого топлива.
Побочным продуктом процесса переэтерификации является получение глицерина. На каждую 1 тонну произведенного биодизеля производится 100 кг глицерина. Первоначально был ценный рынок глицерина, который помогал экономике процесса в целом. Однако с ростом производства биодизеля в мире рыночная цена на этот неочищенный глицерин (содержащий 20% воды и остатков катализатора) потерпела крах. Исследования проводятся в глобальном масштабе для использования этого глицерина в качестве химического строительного блока (см. Химический промежуточный продукт в статье Википедии «Глицерин»). Одной из инициатив в Великобритании является The Glycerol Challenge.
Обычно этот неочищенный глицерин должен быть очищен, как правило, путем вакуумной дистилляции. Это довольно энергоемкий. Очищенный глицерин (98% + чистота) затем может быть использован непосредственно или превращен в другие продукты. В 2007 году были сделаны следующие объявления: совместное предприятие Ashland Inc. и Cargill объявило о планах по производству пропиленгликоля в Европе из глицерина, а Dow Chemical объявила о подобных планах для Северной Америки. Dow также планирует построить завод в Китае, чтобы сделать эпихлоргидрин из глицерина. Эпихлоргидрин является сырьем для эпоксидных смол.
Уровни производства
В 2007 году производство биодизеля быстро росло, причем среднегодовые темпы роста с 2002-06 годов превысили 40%. В 2006 году, по последним данным, по которым можно было получить фактические данные о производстве, общий объем производства биодизеля в мире составил около 5-6 млн. Тонн, из которых 4,9 млн. Тонн было переработано в Европе (из которых 2,7 млн. Тонн было из Германии), а большая часть остального из США. В 2008 году только производство в Европе выросло до 7,8 млн тонн. В июле 2009 года пошлина была добавлена к американскому импортному биодизелю в Европейском союзе, чтобы сбалансировать конкуренцию со стороны европейских, особенно немецких производителей. Мощность 2008 года в Европе составила 16 миллионов тонн. Это сопоставимо с общим спросом на дизельное топливо в США и Европе примерно на 490 млн тонн (147 млрд галлонов). Общее мировое производство растительного масла для всех целей в 2005/06 году составило около 110 миллионов тонн, при этом около 34 миллионов тонн пальмового масла и соевого масла. По состоянию на 2018 год Индонезия является ведущим мировым поставщиком биотоплива на основе палмойл с годовым объемом производства 3,5 млн. Тонн и будет экспортировать около 1 млн. Тонн биодизеля.
Производство биодизеля в США в 2011 году привело отрасль к новой вехе. В соответствии со стандартом EPA по возобновляемому топливу для предприятий по производству биодизеля были реализованы цели для мониторинга и документирования уровней производства по сравнению с общим спросом. По данным на конец года, опубликованным EPA, производство биодизеля в 2011 году достигло более 1 миллиарда галлонов. Этот номер производства намного превысил 800 миллионов галлонов, установленный EPA. Прогнозируемая добыча на 2020 год составляет почти 12 миллиардов галлонов.
Доступность и цены
Мировое производство биодизеля в 2005 году достигло 3,8 млн. Тонн. Примерно 85% производства биодизеля поступало из Европейского союза.
В 2007 году в Соединенных Штатах средняя розничная цена (по насосу), включая федеральные и государственные налоги на топливо, B2 / B5 была ниже, чем нефтяное дизельное топливо, примерно на 12 центов, а смеси B20 были такими же, как и бензин. Однако в связи с резким изменением цен на дизельное топливо к июлю 2009 года Министерство энергетики США сообщало о средних расходах на B20 15 центов за галлон выше, чем дизельное топливо (2,69 долл. США за галлон против 2,54 долл. США / галлон). B99 и B100 обычно стоят дороже, чем нефтепродукты, за исключением случаев, когда местные органы власти предоставляют налоговый стимул или субсидию. В октябре 2016 года биодизель (B20) был на 2 цента ниже / галлон, чем нефтедизель.
Биодизельное сырье
Для производства биодизеля можно использовать различные масла. Они включают:
Основным источником употребления является масло сырой нефти — рапсовое и соевое масло, на долю соевого масла приходится около половины производства в США. Он также может быть получен из Pongamia, полевой пенникресс и ятрофа и других культур, таких как горчица, жожоба, лен, подсолнечник, пальмовое масло, кокос и конопля (см. Список растительных масел для биотоплива для получения дополнительной информации);
Отработанное растительное масло (WVO);
Жиры животных, включая жир, сало, желтую жирность, куриный жир и побочные продукты производства жирных кислот Омега-3 из рыбьего жира.
Водоросли, которые можно выращивать с использованием отходов, таких как сточные воды и без вытеснения земли, используемой в настоящее время для производства продуктов питания.
Масло из галофитов, таких как Salicornia bigelovii, которые можно выращивать с использованием соленой воды в прибрежных районах, где нельзя выращивать традиционные культуры, урожайность которых равна урожаям соевых бобов и других масличных культур, выращенных с использованием пресноводного орошения
Осадка сточных вод — поле для очистки сточных вод и биотоплива привлекает интерес к таким крупным компаниям, как «Управление отходами» и стартапам, таким как InfoSpi, которые делают ставку на то, что возобновляемые биодизельные воды для сточных вод могут стать конкурентоспособными по цене на дизельное топливо.
Многие защитники предполагают, что отработанное растительное масло является лучшим источником масла для производства биодизеля, но поскольку доступное предложение значительно меньше, чем количество топлива на основе нефти, которое сжигается для транспортировки и домашнего отопления в мире, это локальное решение не может до нынешнего уровня потребления.
Жиры животных являются побочным продуктом производства мяса и приготовления пищи. Хотя было бы неэффективно поднять животных (или поймать рыбу) просто за их жир, использование побочного продукта добавит ценность для животноводства (свиней, крупный рогатый скот, птица). В настоящее время многожильные биодизельные установки производят высококачественное биодизельное топливо на основе животного жира. В настоящее время в США строится завод стоимостью 5 миллионов долларов США с целью производства биодизеля на 11,4 миллиона литров (3 миллиона галлонов) из примерно 1 миллиарда кг (2,2 миллиарда фунтов) куриного жира, ежегодно вырабатываемого на местном Тайсонская птицефабрика. Аналогичным образом, некоторые мелкомасштабные заводы по производству биодизеля используют отработанное рыбье масло в качестве исходного сырья. Проект, финансируемый ЕС (ENERFISH), предполагает, что на вьетнамском заводе по производству биодизеля от сома (база, также известного как пангасиус), из 81 т рыбных отходов может быть произведено производство 13 т / сутки биодизеля (в свою очередь, из 130 тонн рыбы). В этом проекте используется биодизель для сжигания ТЭЦ на рыбоперерабатывающем заводе, главным образом для питания заводов по замораживанию рыбы.
Требуемое количество сырья
Текущего мирового производства растительного масла и животного жира недостаточно для замены использования жидкого ископаемого топлива. Кроме того, некоторые возражают против огромного количества фермерских хозяйств и, в результате, оплодотворения, использования пестицидов и конверсии землепользования, которые необходимы для производства дополнительного растительного масла. Согласно данным Управления энергетической информации Министерства энергетики США, предполагаемое топливо для перевозки дизельного топлива и домашнего отопительного масла, используемое в Соединенных Штатах, составляет около 160 миллионов тонн (350 миллиардов фунтов). В Соединенных Штатах, по оценкам, производство растительного масла для всех видов использования составляет около 11 миллионов тонн (24 миллиарда фунтов), а оценочная добыча животного жира составляет 5,3 миллиона тонн (12 миллиардов фунтов).
Если бы весь участок пахотных земель США (470 млн. Акров, или 1,9 млн. Кв. Км) был посвящен производству биодизеля из сои, это потребовало бы всего лишь 160 млн. Тонн (при условии, что оптимистичный 98 млн. Галлонов / акров биодизеля) , Этот земельный участок в принципе может быть значительно уменьшен с использованием водорослей, если можно преодолеть препятствия. По оценкам Министерства энергетики США, если бы водорослевое топливо заменило все нефтяное топливо в Соединенных Штатах, для этого потребовалось бы 15 000 квадратных миль (39 000 квадратных километров), что на несколько тысяч квадратных миль больше, чем в штате Мэриленд, или на 30% больше, чем в Бельгии , предполагая выход 140 тонн / га (15 000 галлонов / акров). С учетом более реалистичного урожая в 36 т / га (3834 галлонов / акров) требуемая площадь составляет около 152 000 квадратных километров, что примерно соответствует уровню штата Джорджия или Англии и Уэльса. Преимущества водорослей заключаются в том, что их можно выращивать на непахотных землях, таких как пустыни или в морских условиях, а потенциальные выходы нефти намного выше, чем у растений.
Уступать
Эффективность урожайности на единицу площади влияет на возможность наращивания производства на огромные промышленные уровни, необходимые для питания значительного процента транспортных средств.
Некоторые типичные урожаи
урожай Уступать
Л / га США гал / акр
пальмовое масло 4752 508
Кокос 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Рапсовое +954 102
Соя (Индиана) 554-922 59.2-98.6
Китайский саль 907 97
арахис +842 90
подсолнух 767 82
конопля 242 26
«Биотопливо: некоторые цифры». Grist.org. Retrieved 2010-03-15.
Макаревичен и др. «Возможности использования особи чуфа в производстве биодизеля»,
Промышленные культуры и продукты, 50 (2013) с. 635, таблица 2.
Класс, Дональд, «Биомасса для возобновляемых источников энергии, Топливо,
и химические вещества », стр. 341. Academic Press, 1998.
Китани, Осаму, «Том V: Энергетика и биомассы,
Справочник сельскохозяйственной инженерии СИГР «, Амерское общество сельского хозяйства, 1999 год.
Добыча водорослей еще не определена, но сообщается, что водоросли дают в 30 раз больше энергии на акр, чем сельскохозяйственные культуры, такие как соевые бобы. Урожайность 36 т / га считается практической Ами Бен-Амоц из Института океанографии в Хайфе, которая занимается сельскохозяйственной добычей водорослей более 20 лет.
Ятрофа цитируется как высокопродуктивный источник биодизеля, но урожайность сильно зависит от климатических и почвенных условий. Оценки в нижней части дали урожай примерно 200 галлонов / акров (1,5-2 тонны на гектар) на каждую культуру; в более благоприятном климате были достигнуты два или более урожая в год. Он выращивается на Филиппинах, Мали и в Индии, устойчив к засухе и может использовать пространство с другими культурными культурами, такими как кофе, сахар, фрукты и овощи. По словам его защитников, он хорошо подходит для полузасушливых земель и может способствовать замедлению опустынивания.
Эффективность и экономические аргументы
Согласно исследованию доктора. Van Dyne и Raymer для администрации долины Теннесси, средняя американская ферма потребляет топливо со скоростью 82 литра на гектар (8,75 галлонов / акров) земли для производства одного урожая. Однако средние урожаи рапса производят нефть со средней скоростью 1029 л / га (110 галлонов / акров), а высокопродуктивные рапсовые поля дают около 1 356 л / га (145 галлонов / акров). Отношение входных данных к выходу в этих случаях составляет примерно 1: 12,5 и 1: 16,5. Известно, что фотосинтез имеет коэффициент эффективности около 3-6% от общего солнечного излучения, и если вся масса урожая используется для производства энергии, общая эффективность этой цепи в настоящее время составляет около 1%. Хотя это может неблагоприятно сравнивать с солнечной в сочетании с электроприводом биодизель дешевле развертывать (солнечные батареи стоят примерно 250 долларов США за квадратный метр) и транспорт (электромобили требуют батарей, которые в настоящее время имеют гораздо меньшую плотность энергии, чем жидкое топливо). Исследование, проведенное в 2005 году, показало, что производство биодизеля с использованием соевых бобов потребовало на 27% больше энергии, чем биодизель, и на 118% больше энергии с использованием подсолнечника.
Однако этих статистических данных недостаточно, чтобы показать, имеет ли такое изменение экономический смысл. Необходимо учитывать дополнительные факторы, например: топливный эквивалент энергии, необходимой для переработки, выход топлива из сырой нефти, возврат на культивирование продуктов питания, влияние биодизеля на цены на продукты питания и относительную стоимость биодизеля против нефтепродукты, загрязнение воды из фермерского стока, истощение почвы и внешние издержки политического и военного вмешательства в нефтедобывающие страны, направленные на контроль цены на нефтепродукты.
Дискуссия по поводу энергетического баланса биодизеля продолжается. Для полного использования биотоплива могут потребоваться огромные участки земли, если используются традиционные продовольственные культуры (хотя могут использоваться непищевые культуры). Эта проблема будет особенно серьезной для стран с крупной экономикой, поскольку масштабы потребления энергии с экономической отдачей.
При использовании только традиционных пищевых растений большинство таких стран не имеют достаточных пахотных земель для производства биотоплива для транспортных средств страны. Страны с меньшим экономическим потенциалом (следовательно, меньшее потребление энергии) и более пахотные земли могут находиться в лучших ситуациях, хотя многие регионы не могут позволить себе отвлекать землю от производства продовольствия.
Для стран третьего мира источники биодизеля, которые используют маргинальные земли, могут иметь больше смысла; например, орехи макаронных понгам, выращенных вдоль дорог или ятрофа, выращенных вдоль железнодорожных линий.
В тропических регионах, таких как Малайзия и Индонезия, заводы, производящие пальмовое масло, быстро растут, чтобы обеспечить растущий спрос на биодизель в Европе и на других рынках. Ученые показали, что удаление тропических лесов для пальмовых плантаций не является экологически безопасным, поскольку расширение плантаций масличных пальм создает угрозу естественным тропическим лесам и биоразнообразию.
В Германии было подсчитано, что у биодизеля для пальмового масла менее одной трети издержек производства биодизеля рапса. Прямым источником энергетического содержания биодизеля является солнечная энергия, захваченная растениями во время фотосинтеза. Что касается положительного энергетического баланса биодизеля:
Когда солома оставалась на поле, производство биодизеля было сильно энергетически положительным, в результате чего было получено 1 ГДж биодизеля на каждые 0,561 ГДж энергии (отношение доходности / стоимости 1,78).
Когда солома была сожжена, поскольку в качестве удобрения использовалось расточительство топлива и масличных семян, соотношение выхода / стоимости для производства биодизеля было еще лучше (3,71). Другими словами, для каждой единицы энергии, подаваемой для производства биодизеля, выход составлял 3,71 единицы (разница в 2,71 единицы была бы от солнечной энергии).
Экономическое влияние
Было проведено несколько экономических исследований, касающихся экономических последствий производства биодизеля. Одно из исследований, проведенное по заказу Национального совета по биодизелю, сообщило, что производство биодизеля в 2011 году обеспечило 39 027 рабочих мест и более 2,1 млрд. Долл. США дохода домашних хозяйств в Соединенных Штатах. Рост биодизеля также помогает значительно увеличить ВВП. В 2011 году биодизель создал более 3 млрд. Долл. США в ВВП. Судя по продолжающемуся росту стандарта на возобновляемые источники топлива и расширению налогового стимула на биодизель, количество рабочих мест может увеличиться до 50 725, 2,7 млрд. Долл. США в виде доходов и достигнет 5 млрд. Долл. США к ВВП к 2012 и 2013 годам.
Энергетическая безопасность
Одним из основных факторов, способствующих внедрению биодизеля, является энергетическая безопасность. Это означает, что зависимость страны от нефти снижается и заменяется использованием местных источников, таких как уголь, газ или возобновляемые источники. Таким образом, страна может извлечь выгоду из принятия биотоплива без сокращения выбросов парниковых газов. В то время как общий энергетический баланс обсуждается, ясно, что зависимость от нефти снижается. Одним из примеров является энергия, используемая для производства удобрений, которые могут поступать из различных источников, кроме нефти. Национальная лаборатория по возобновляемым источникам энергии США (NREL) заявляет, что энергетическая безопасность является главной движущей силой программы США по биотопливу, а в документе Белой Палаты «Энергетическая безопасность для XXI века» ясно говорится, что энергетическая безопасность является основной причиной для продвижения биодизель. Бывший президент комиссии ЕС Жозе Мануэль Баррозу, выступая на недавней конференции по биотопливу ЕС, подчеркнул, что надлежащее управление биотопливом может усилить безопасность поставок ЕС через диверсификацию источников энергии.
Воздействие на окружающую среду
Всплеск интереса к биодизелям выявил ряд экологических последствий, связанных с его использованием. Они потенциально могут включать сокращение выбросов парниковых газов, обезлесение, загрязнение и скорость биодеградации.
Согласно опубликованному в феврале 2010 года в соответствии с EPA стандартом на соответствие стандартам качества возобновляемых источников топлива, биодизельное топливо из соевого масла, в среднем, уменьшает парниковые газы на 57% по сравнению с дизельным топливом, а биодизель, полученный из отходов, приводит к 86% снижение. Более подробную информацию см. В главе 2.6 отчета EPA.
Однако экологические организации, например, Rainforest Rescue и Greenpeace, критикуют выращивание растений, используемых для производства биодизеля, например, масличных пальм, соевых бобов и сахарного тростника. Говорят, что обезлесение тропических лесов усугубляет изменение климата и что чувствительные экосистемы разрушаются, чтобы очистить землю от плантаций масличных пальм, сои и сахарного тростника. Более того, это биотопливо способствует голоду в мире, поскольку пахотные земли больше не используются для выращивания продуктов. Агентство по охране окружающей среды (EPA) опубликовало данные в январе 2012 года, в которых показано, что биотопливо, изготовленное из пальмового масла, не будет учитываться в отношении мандата на возобновляемые виды топлива в стране, поскольку они не являются благоприятными для климата. Экологи приветствуют заключение, поскольку рост плантаций масличных пальм привел к тропическому обезлесению, например, в Индонезии и Малайзии.
Пища, земля и вода против топлива
В некоторых бедных странах рост цен на растительное масло вызывает проблемы. Некоторые предлагают, чтобы топливо производилось только из неэпидируемых растительных масел, таких как камелия, ятрофа или морская рыба, которые могут процветать на маргинальных сельскохозяйственных угодьях, где многие деревья и культуры не будут расти или будут давать только низкие урожаи.
Другие утверждают, что проблема более фундаментальна. Фермеры могут перейти от производства продовольственных культур к производству биотопливных культур, чтобы заработать больше денег, даже если новые культуры не съедобны. Закон спроса и предложения предсказывает, что, если меньше фермеров производят продукты, цена на продовольствие будет расти. Это может занять некоторое время, так как фермеры могут потратить некоторое время на изменение того, что они растут, но увеличение спроса на биотопливо первого поколения, вероятно, приведет к росту цен на многие виды продуктов питания. Некоторые из них указали, что есть бедные фермеры и бедные страны, которые зарабатывают больше денег из-за более высокой цены на растительное масло.
Биодизель из морских водорослей не обязательно приведет к вытеснению наземных земель, которые в настоящее время используются для производства продовольствия, и могут быть созданы новые рабочие места в альгакультуре.
При сравнении следует отметить, что производство биогаза использует сельскохозяйственные отходы для производства биотоплива, известного как биогаз, а также производит компост, тем самым повышая уровень сельского хозяйства, устойчивость и производство продуктов питания.
Текущее исследование
Продолжаются исследования по поиску более подходящих культур и улучшению выхода нефти. Возможны и другие источники, в том числе людские фекальные вещества, с созданием Ганы своего первого «завода по производству биодизеля с фекальным осаждением». Используя текущие урожаи, потребуется огромное количество земли и пресной воды для производства достаточного количества масла, чтобы полностью заменить использование ископаемого топлива. Для того чтобы удовлетворить текущие потребности в отоплении и транспортировке в США, потребуется вдвое больше площади суши США, или две трети, которые будут направлены на производство рапса.
Специально разведенные сорта горчицы могут давать достаточно высокие урожаи нефти и очень полезны при севообороте зерновыми культурами и имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что оставшаяся после выведения масла еда может действовать как эффективный и биодеградируемый пестицид.
NFESC, основанная в Сан-Барбаре Biodiesel Industries, работает над разработкой технологий биодизеля для военно-морских и военных военно-морских сил США, одного из крупнейших в мире производителей дизельного топлива.
Группа испанских разработчиков, работающих в компании Ecofasa, объявила о выпуске нового биотоплива из мусора. Топливо создается из общих городских отходов, которые обрабатываются бактериями для производства жирных кислот, которые могут быть использованы для производства биодизеля.
Другим подходом, который не требует использования химического вещества для производства, является использование генетически модифицированных микробов.
Биодизель из водорослей
С 1978 по 1996 год NREL США экспериментировал с использованием водорослей в качестве источника биодизеля в «Программе водных видов». Самопубликуемая статья Майкла Бриггса в UNH Biodiesel Group предлагает оценки для реалистичной замены всего автомобильного топлива биодизелем за счет использования водорослей с содержанием масла более 50%, которые, по мнению Бриггса, можно выращивать на водоемах водорослей на очистных сооружениях. Эти богатые нефтью водоросли можно затем экстрагировать из системы и перерабатывать в биодизель, причем высушенный остаток дополнительно перерабатывают для получения этанола.
Производство водорослей для сбора нефти для биодизеля еще не проводилось в коммерческих масштабах, но были проведены технико-экономические исследования для достижения вышеуказанной оценки урожайности. В дополнение к прогнозируемому высокому урожаю, альгакультура — в отличие от биотоплива на основе сельскохозяйственных культур — не приводит к снижению производства продуктов питания, поскольку для этого не требуются ни сельскохозяйственные угодья, ни пресная вода. Многие компании проводят биореакторы водорослей для различных целей, включая расширение производства биодизеля до коммерческих уровней.
Профессор Родриго Э. Тейшейра из Университета Алабамы в Хантсвилле продемонстрировал извлечение липидов биодизеля из влажных водорослей с помощью простой и экономичной реакции в ионных жидкостях.
Pongamia
Millettia pinnata, также известный как Pongam Oiltree или Pongamia, представляет собой зернобобовое, маслосодержащее дерево, которое было идентифицировано как кандидат на непищевое растительное масло.
Понамайские плантации для производства биодизеля имеют двоякую экологическую выгоду. Деревья хранят углерод и производят мазут. Понгамия растет на маргинальных землях, не пригодных для продовольственных культур, и не требует нитратных удобрений. Наибольшая урожайность нефтедобывающего завода (приблизительно 40% от веса семян — масло) имеет маслодобывающее дерево, растущее на недоедающих почвах с высоким содержанием соли. Он становится основным фокусом в ряде исследовательских организаций биодизеля. Основными преимуществами Pongamia являются более высокое восстановление и качество нефти, чем другие культуры, и прямая конкуренция с продовольственными культурами. Однако рост на маргинальных землях может привести к снижению нефтеотдачи, что может привести к конкуренции с продовольственными культурами для улучшения почвы.
Ятрофа
Несколько групп в различных секторах проводят исследования ярофических курков, ядовитого кустарникового дерева, которое производит семена, которые многие считают жизнеспособным источником биодизельного сырья. Большая часть этих исследований сосредоточена на улучшении общей урожайности нефти на акров Ятрофы путем развития генетики, почвоведения и практики садоводства.
SG Biofuels, разработчик Jatropha из Сан-Диего, использовал молекулярное размножение и биотехнологию для производства элитных гибридных семян Jatropha, которые демонстрируют значительное улучшение урожайности по сравнению с сортами первого поколения. SG Biofuels также утверждает, что из таких штаммов возникли дополнительные преимущества, в том числе улучшенная синхронность цветения, более высокая устойчивость к вредителям и болезням, а также повышенная толерантность к холодной погоде.
Plant Research International, отдел Университета Вагенингена и Исследовательский центр в Нидерландах, ведет постоянный проект Jatropha Evaluation (JEP), в котором рассматривается возможность крупномасштабного выращивания ятрофы путем полевых и лабораторных экспериментов.
Центр устойчивого энергетического земледелия (CfSEF) — некоммерческая исследовательская организация в Лос-Анджелесе, посвященная исследованиям Jatropha в области науки о растениеводстве, агрономии и садоводства. По прогнозам, успешное исследование этих дисциплин позволит увеличить урожайность фермерских хозяйств Jatropha на 200-300% в течение следующих десяти лет.
Грибы
Группа в Российской академии наук в Москве опубликовала статью в сентябре 2008 года, в которой говорилось, что они изолировали большое количество липидов от одноцепочечных грибов и превратили их в биодизель экономически эффективным способом. Больше исследований этого грибкового вида; Cunninghamella japonica и другие, вероятно, появятся в ближайшем будущем.
Недавнее открытие варианта гриба Gliocladium roseum указывает на производство так называемого микодизеля из целлюлозы. Этот организм был недавно обнаружен в тропических лесах северной Патагонии и обладает уникальной способностью превращать целлюлозу в углеводороды средней длины, обычно находящиеся в дизельном топливе.
Биодизель с использованной кофейной гущи
Исследователи из Университета Невады, Рено, успешно произвели биодизель из нефти, полученной из использованной кофейной гущи. Их анализ использованных грунтов показал содержание масла от 10% до 15% (по массе). Как только масло было извлечено, оно подвергалось обычной переработке в биодизель. По оценкам, готовое биодизельное топливо может быть произведено примерно на один доллар США за галлон. Кроме того, сообщалось, что «техника не сложна» и что «так много кофе вокруг, что можно было бы ежегодно производить несколько сотен миллионов галлонов биодизеля». Однако, даже если все кофейные гущи в мире использовались для производства топлива, количество произведенного топлива будет составлять менее 1 процента дизельного топлива, используемого в Соединенных Штатах ежегодно. «Это не решит энергетическую проблему в мире», — сказал доктор Мисра о своей работе.
Экзотические источники
Недавно жир аллигатора был идентифицирован как источник для производства биодизеля. Каждый год около 15 миллионов фунтов жира аллигатора утилизируются на свалках в качестве отработанного побочного продукта аллигаторной мясной и кожевенной промышленности. Исследования показали, что биодизель, полученный из жиров аллигатора, по составу похож на биодизель, созданный из соевых бобов, и его дешевле очищать, поскольку он является главным образом отходами.
Биодизель до водородной энергии
Был разработан микрореактор для преобразования биодизеля в водородный пар в энергетические топливные элементы.
Паровой риформинг, также известный как реформинг ископаемого топлива, представляет собой процесс, который производит газообразный водород из углеводородного топлива, особенно из-за его эффективности. Микрореактор ** ** или риформинг — это устройство обработки, в котором водяной пар реагирует с жидким топливом при высоких температурах и давлении. При температурах от 700 до 1100 ° С катализатор на основе никеля позволяет получать монооксид углерода и водород:
Углеводород + H2O ⇌ CO + 3 H2 (высоко эндотермический)
Кроме того, более высокий выход газообразного водорода может быть использован путем дополнительного окисления монооксида углерода для получения большего количества водорода и двуокиси углерода:
CO + H2O → CO2 + H2 (слегка экзотермический)
Справочная информация о топливных элементах водорода
Топливные элементы работают подобно батарее в том, что электричество связано с химическими реакциями. Разница в топливных элементах по сравнению с батареями заключается в их способности питаться постоянным потоком водорода, находящегося в атмосфере. Кроме того, они производят только воду как побочный продукт и практически молчат. Недостатком топливных элементов с водородным топливом является высокая стоимость и опасность хранения сильно горючего водорода под давлением.
Один из способов, которым новые процессоры могут преодолеть опасности транспортировки водорода, — это производить его по мере необходимости. Микрореакторы могут быть объединены для создания системы, которая нагревает углеводород под высоким давлением для получения газообразного водорода и двуокиси углерода, процесс, называемый паровым риформингом. Это дает до 160 галлонов водорода / минуту и дает потенциал для подачи на заправочные станции для водорода или даже на бортовой источник водородного топлива для транспортных средств с водородными ячейками. Внедрение в автомобили позволит использовать энергоносители, такие как биодизель, на кинетическую энергию, избегая при этом побочных продуктов сгорания и загрязняющих веществ. Квадратный кусок металла размером с ручку содержит микроскопические каналы с каталитическими участками, которые непрерывно превращают биодизель и даже его побочный продукт глицерина в водород.
Обеспокоенность
Износ двигателя
Смазка топлива играет важную роль в износе, который возникает в двигателе. Дизельный двигатель использует свое топливо для обеспечения смазывающей способности металлических компонентов, которые постоянно контактируют друг с другом. Биодизель — гораздо лучшая смазка по сравнению с дизельным топливом из-за присутствия сложных эфиров. Испытания показали, что добавление небольшого количества биодизеля в дизельное топливо может в короткий срок значительно повысить смазывающую способность топлива. Однако в течение более длительного периода времени (2-4 года) исследования показывают, что биодизель теряет свою смазывающую способность. Это может быть из-за повышенной коррозии во времени из-за окисления ненасыщенных молекул или увеличения содержания воды в биодизеле от поглощения влаги.
Вязкость топлива
Одной из основных проблем, связанных с биодизелем, является его вязкость. Вязкость дизельного топлива составляет 2,5-3,2 сСт при 40 ° С, а вязкость биодизеля, производимого из соевого масла, составляет от 4,2 до 4,6 сСт. Вязкость дизеля должна быть достаточно высокой, чтобы обеспечить достаточную смазку для деталей двигателя, но достаточно низкую для потока рабочая температура. Высокая вязкость может включать топливный фильтр и систему впрыска в двигатели. Растительное масло состоит из липидов с длинными цепями углеводородов, для снижения его вязкости липиды разбиваются на более мелкие молекулы сложных эфиров.Это делается путем преобразования растительного масла и животных жиров в алкиловые сложные эфиры с использованием переэтерификаций для снижения их вязкости. Тем не менее вязкость биодизеля остается выше, чем у дизеля, и двигатель может не использовать топливо при топливном фильтре.
Производительность двигателя
Биодизель имеет более высокий удельный расход топлива по сравнению с дизельным топливом, что означает, что для такого же крутящего момента требуется больше расхода топлива для биодизеля. Однако было обнаружено, что смесь биодизеля B20 обеспечивает максимальное увеличение теплового КПД, низкое потребление энергии, зависящее от конкретного тормоза, и более низкие вредные выбросы. Производительность двигателя зависит от свойств топлива, а также от горения, давления форсунки и многих других факторов. Так существуют различные смеси биодизеля, это может объяснять противоречивые сообщения о производительности двигателя.