Биодизель

Биодизель - вид биотоплива, созданный на основе переэтерификации растительных масел, смешанный с нефтяными/газовыми компонентами.
Используется в дизельных двигателях.

Представляет собой экологически чистое, альтернативное топливо, которое может быть произведено из внутренних, возобновляемых источников – соевого, рапсового или растительного масла, а также животных жиров.

Биодизель не содержит нефти, но его можно смешивать с любой маркой солярки.
Смеси из 20 % биодизеля и 80 % дизельного топлива могут использоваться почти во всех типах дизельных установок.
Такие низкоуровневые смеси обычно не требуют каких-либо модификаций двигателя (за исключением топливных фильтров, топливных шлангов и уплотнений на некоторых старых марках дизельных двигателей), однако смеси, содержащие более высокий процент биотоплива (включая и чистый биодизель), уже потребуют незначительной модификации.

Биодизель прост в использовании, биоразлагаемый, экологически чистый и практически не содержит серы и ароматических соединений.

Фактическим мировым стандартом в отношении рассматриваемого вида топлива считается евростандарт EN 14214.

Согласно евростандарта, в состав биодизеля входят:

• растительное (кукурузное, соевое, рапсовое, подсолнечное) или животное масло. Неприемлемо применение пальмового и арахисового масла, поскольку получаемый из них биодизель не годится в качестве зимнего дизельного топлива;
• триглицериды;
• моноалкиловые сложные эфиры или метиловые эфиры жирных кислот;
• спирты (этанол или изопропанол;метанол);
• неизбежные добавки в виде консервантов - третичного бутилгидрохинона, диметилполисилоксана или лимонной кислоты, которые всегда содержатся в жирах животного происхождения. На качество биодизеля они не оказывают влияния.

Метиловые эфиры жирных кислот

Метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК, FAME) - это сложные эфиры, получаемые в результате реакции переэтерификации жиров с метанолом. Они являются основным компонентом биодизельного топлива. Производятся из растительного масла.
МЭЖК - это бесцветные соединения, температура плавления близка к комнатной, плотность при 15°C- около 0,87 г/см³), вязкость при 40°C: 3,5-5,0 мм²/с, температура вспышки - не ниже 120°C, серы - не более 10 мг/кг, коксуемость - не более 0,3%, цетановое число на 12-15 единиц выше, чем у неэтерифицированных аналогов ( 51 - по действующим стандартам).

Высокое цетановое число FAME обусловлено:

• процессом переэтерификации растительного масла;
• применением метанола в качестве реагента;
• каталитическими процессами с применением щелочей.

Преимущества использования МЭЖК: улучшенный запуск двигателя, мягкое сгорание топлива, снижение шума при работе двигателя, уменьшение дымности выхлопа.

В 2024 году объём рынка МЭЖК составлял по разным данным 5,2 - 24,07 млрд долл. США. Прогноз роста - до 9,8 - 41,9 млрд долл. США к 2034 году. Среднегодовой темп роста - более 5,7%.

Переэтерификация

Переэтерификация - это химическая реакция, при которой происходит обмен жирнокислотными группами между сложными эфирами жирных кислот, в результате чего образуются новые сложные эфиры. Процесс можно представить как расщепление глицеридов с последующим перемешиванием и замещением жирных кислот.

Если по - простому, то это реакция обмена ацилами при взаимодействии молекул 2 сложных эфиров. В контексте производства МЭЖК этот процесс подразумевает взаимодействие триглицеридов (из масел или жиров) с метанолом в присутствии метилата натрия. В результате образуются МЭЖК и глицерин как побочный продукт.

Химическая переэтерификация - использует метилат или этилат натрия в качестве катализатора. Температура - 80-90°C.
Ферментативная переэтерификация - использует липазы различного происхождения в качестве катализатора.

Технологический процесс переэтерификации:

• подготовка сырья: растительные масла (рапсовое, соевое, подсолнечное, пальмовое, льняное и др.), животные жиры, отходы масложирового производства;
• реакция переэтерификации: сырье смешивают со спиртом и катализатором при температуре 20–90 °C (оптимально около 55 °C - ниже точки кипения метанола, 65 °C) в течение 3-6 минут ;
• разделение фракций (декантация);
• верхний слой - МЭЖК (биодизель),
• нижний слой - глицерин (побочный продукт);
• очистка биодизеля: промывка водой или обработка сорбентом для удаления остатков метанола, катализатора и продуктов омыления (остатки засоряют фильтры и вызывают нагар), нейтрализация остаточных кислот, сушка;
• контроль на соответствие стандартам качества:
• после прохождения реакции переэтерификации содержание метиловых эфиров должно быть выше 96 %,
• для быстрой и полной переэтерификации метанол берется с избытком, поэтому метиловые эфиры необходимо очистить от него, использовать метиловые эфиры в качестве топлива для дизельной техники без предварительной очистки от продуктов омыления недопустимо;
• заключительный этап - сушка метиловых эфиров жирных кислот, т. к. вода приводит к развитию микроорганизмов в биодизеле и способствует образованию свободных жирных кислот, вызывающих коррозию металлических деталей;
• хранить биодизель более 3^х месяцев не рекомендуется из-за процессов разложения.