Biodiesel, eller biodiesel brændstof -flydende motor biobrændstof , som er en blanding af monoalkyl estere af fedtsyrer . Biodiesel opnås fra triglycerider (mere sjældent frie fedtsyrer) ved omsætning af transesterificering (esterificering) med monovalente alkoholer ( methanol , ethanol osv.). Kilden til triglycerider kan være forskellige vegetabilske olier eller animalske fedtstoffer.
Processen med at opnå biodieselbrændstof sker under den kemiske reaktion af interesterificering. I denne reaktion reagerer vegetabilsk olie eller enhver anden kilde til triglycerider i nærværelse af en katalysator med monovalente alkoholer til dannelse af fedtsyremonoalkylestere (biodiesel, FAME) og glycerol. For at identificere biodiesel og skelne den fra petroleumsdiesel fremstillet af bituminøse bjergarter er det nødvendigt at bestemme indholdet af fedtsyremethylestere (FAME); analysen af monoalkylestere af fedtsyrer vil ikke give det nøjagtige indhold af biodiesel i diesel.
Triglycerider interesterificeres med methanol , sjældnere med ethanol eller isopropylalkohol (ca. i forhold til 1 ton olie 200 kg methanol + kalium- eller natriumhydroxid ) ved en temperatur på 60 ° C og normalt tryk.
For at opnå et kvalitetsprodukt er det nødvendigt at opfylde en række krav:
Det bruges i køretøjer i sin rene form og i form af forskellige blandinger med dieselbrændstof . I USA er en blanding af dieselbrændstof med biodiesel betegnet B; tallet efter bogstavet angiver procentdelen af biodiesel. B2 - 2% biodiesel, 98% diesel . B100 - 100% biodiesel. Et lignende brændstofmærkningssystem blev indført i EU i 2018. [en]
Brugen af blandinger kræver ikke ændringer af motoren.
Det er velkendt, at de, afhængigt af typen af råmateriale, der anvendes til fremstilling af et bestemt biobrændstof, er opdelt i generationer (1. generation, 2. generations biobrændstoffer osv.). Denne klassificering gælder også for biodiesel. Afhængigt af det anvendte råmateriale kan vi altså tale om 1. generations biodiesel (fra landbrugsafgrøder), 2. generations biodiesel (fra fedtholdigt affald) og 3. generations biodiesel (fra mikroalgelipider). biodiesel i forskellige lande:
EU , Rusland , Ukraine - raps ;
USA - sojabønner ;
Canada - raps (en type rapsfrø );
Indonesien , Filippinerne - palmeolie ;
Indien - jatropha , (Jatropha);
Afrika - sojabønner , jatropha;
Brasilien - ricinusolie.
Affald af vegetabilsk olie, animalsk fedt, fiskeolie osv. bruges også .
Olieproduktion fra forskellige råvarer fra en hektar jord om året
| Råmateriale | kg olie/ha | liter olie/ha |
|---|---|---|
| Majs | 145 | 172 |
| Cashew nødder | 148 | 176 |
| havre | 183 | 217 |
| Lupin | 195 | 232 |
| Morgenfrue | 256 | 305 |
| Bomuld | 273 | 325 |
| Hamp | 305 | 363 |
| Soja | 375 | 446 |
| Kaffe | 386 | 459 |
| Linned | 402 | 478 |
| Hasselnød | 405 | 482 |
| græskarkerner _ | 449 | 534 |
| Koriander | 450 | 536 |
| sennepsfrø _ | 481 | 572 |
| Camelina frø | 490 | 583 |
| Sesam | 585 | 696 |
| Saflorfarvestof | 655 | 779 |
| Ris | 696 | 828 |
| Solsikke | 800 | 952 |
| Kakao | 863 | 1026 |
| Jordnød | 890 | 1059 |
| Valmue | 978 | 1163 |
| Voldtage | 1000 | 1190 |
| Oliven | 1019 | 1212 |
| ricinusolie | 1188 | 1413 |
| Pekannød | 1505 | 1791 |
| Jojoba | 1528 | 1818 |
| Jatropha | 1590 | 1892 |
| Macadamia | 1887 | 2246 |
| Brasiliansk nød | 2010 | 2392 |
| Avocado | 2217 | 2638 |
| Kokospalme | 2260 | 2689 |
| olie palme | 5000 | 5950 |
| talg træ | 5500 [1] | |
| Tang | 95.000 |
Data fra The Global Petroleum Club
| Land | 2004, tusinde tons | 2005, tusind tons | 2006, tusinde tons | 2007, tusind tons | 2008, tusinde tons | 2009, tusind tons [2] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Østrig | 57 | 85 | 123 | 267 | 213 | 310 |
| Belgien | - | en | 25 | 166 | 277 | 416 |
| Cypern | - | en | en | en | 9 | 9 |
| tjekkisk | 60 | 133 | 107 | 61 | 104 | 164 |
| Danmark | 70 | 71 | 80 | 85 | 231 (Danmark+Sverige) |
233 (Danmark+Sverige) |
| Estland | - | 7 | en | 0 | 0 | 24 |
| Frankrig | 348 | 492 | 743 | 872 | 1815 | 1959 |
| Tyskland | 1035 | 1669 | 2662 | 2890 | 2819 | 2539 |
| Grækenland | - | 3 | 42 | 100 | 107 | 77 |
| Ungarn | - | - | 0 | 7 | 105 | 133 |
| Italien | 320 | 396 | 447 | 363 | 595 | 737 |
| Storbritanien | 9 | 51 | 192 | 150 | 192 | 137 |
| Letland | - | 5 | 7 | 9 | tredive | 44 |
| Litauen | 5 | 7 | ti | 26 | 66 | 98 |
| Malta | - | 2 | 2 | en | en | en |
| Polen | - | 100 | 116 | 80 | 275 | 332 |
| Portugal | - | en | 91 | 175 | 268 | 250 |
| Slovakiet | femten | 78 | 82 | 46 | 146 | 101 |
| Slovenien | - | otte | elleve | elleve | 9 | 9 |
| Spanien | 13 | 73 | 99 | 168 | 207 | 859 |
| Sverige | 1.4 | en | 13 | 63 | 231 (Danmark+Sverige) |
233 (Danmark+Sverige) |
| Bulgarien | - | - | - | - | elleve | 25 |
| Finland | - | - | - | - | 85 | 220 |
| I alt for EU-lande | 1933.4 | 3184 | 4890 | 5713 | 7755 | 9046 |
| Land | 2004, mio . l | 2005, mio. l | 2006, mio. l | 2007, mio. l | 2008, mio. l | 2009, mio. l | 2010, mio. l |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| USA | 94,5 | 283,5 | 2200 | - | 2611,98 [3] | - | |
| Argentina | - | 25 | halvtreds | - | - | - | 2100 |
| Brasilien | - | - | - | 450 | - | - | 2300 |
I 2004 blev omkring 80 % af den europæiske biodiesel produceret af rapsolie, mens omkring en tredjedel af rapsafgrøden i 2004 blev brugt specifikt til produktion af biobrændstoffer.
I Den Europæiske Union begyndte man at producere biodiesel i 1992 . Ved udgangen af første halvdel af 2008 blev der bygget 214 biodieselproduktionsanlæg med en samlet kapacitet på 16 millioner tons biodiesel om året i EU-landene [4] . I juli 2010 var 245 biodieselanlæg med en samlet kapacitet på 22 millioner tons i drift i EU-landene.
I USA i oktober 2004 var den installerede kapacitet ca. 567 millioner liter om året (150 millioner gallons ). I midten af 2008 var der 149 fabrikker i drift i USA med en samlet kapacitet på cirka 7,669 milliarder liter om året (2029 millioner gallons ). 10 anlæg var under opførelse med en samlet kapacitet på cirka 808,9 millioner liter om året (214 millioner gallons ).
I Canada var fire fabrikker i drift ved udgangen af 2006 med en samlet kapacitet på ca. 196,5 millioner liter om året (52 millioner gallons ).
I 2010 steg verdensproduktionen af biodiesel med 12 % i forhold til 2009 og nåede op på 19 milliarder liter [5] .
For biodiesel har den europæiske standardiseringsorganisation udviklet EN14214-standarden. Udover det er der standarderne EN590 (eller EN590:2000) og DIN 51606. Den første beskriver de fysiske egenskaber af alle typer dieselbrændstof, der sælges i EU, Island, Norge og Schweiz. Denne standard tillader 5 % biodieselindhold i mineralsk diesel; i nogle lande (f.eks. Frankrig) indeholder al dieselolie 5 % biodiesel. DIN 51606 er en tysk standard designet til at være kompatibel med motorer fra næsten alle førende bilproducenter, så den er den mest stringente. Det meste biodiesel produceret kommercielt i Vesten matcher eller overstiger det.
Biodiesel, som eksperimenter har vist, skader ikke planter og dyr, når den kommer i vandet. Derudover gennemgår den næsten fuldstændig biologisk henfald: I jord eller vand behandler mikroorganismer 99% af biodiesel på 28 dage, hvilket giver os mulighed for at tale om at minimere forurening af floder og søer.
Reduktion af CO 2 -emissioner . Forbrændingen af biodiesel frigiver nøjagtig den samme mængde kuldioxid, som blev forbrugt fra atmosfæren af anlægget, som er råmaterialet til produktion af olie, i hele dens levetid. Biodiesel indeholder næsten ingen svovl sammenlignet med konventionel diesel . Det er godt ud fra et miljømæssigt synspunkt . (Beregningerne tager dog ikke højde for mængden af kuldioxid, der frigives under forarbejdning af råvarer til biodiesel.)
Høj antændelsestemperatur. Flammepunktet for biodiesel er over 100 °C , hvilket gør biobrændstof til et relativt sikkert stof.
Til produktion af råvarer til biodiesel fremmedgøres store arealer, hvor der ofte anvendes høje doser plantebeskyttelsesmidler . Dette fører til bionedbrydning af jord og et fald i jordkvalitet.
På den anden side bruges kage og mel , der er opnået ved produktion af vegetabilsk olie, som husdyrfoder, hvilket giver mulighed for en mere fuldstændig udnyttelse af plantebiomasse.
Produktionen af biodiesel gør det muligt at sætte ubrugt landbrugsjord i omløb, skabe nye arbejdspladser inden for landbrug, teknik, byggeri osv. For eksempel i Rusland fra 1995 til 2005 faldt det tilsåede areal med 25,06 millioner hektar . USA kan årligt dyrke 1,3 milliarder tons biomasse på frie arealer .
Ved produktion af biodiesel frembringer en esterificeringsreaktion en blanding, der får lov til at bundfælde sig. De lette toppe af produktet er rapsmethylether eller biodiesel. Bundfraktionerne er den såkaldte glycerolfase , som ofte fejlagtigt omtales som glycerol . Faktisk skal den stadig "bringes til" ren glycerin, uden hvilken opbevaring og bortskaffelse er et alvorligt problem på grund af den øgede alkalinitet og methanolindhold . De samme problemer opstår, når ethanol bruges til esterificering . Ethanolbaseret biodiesel er dog mindre rentabelt at producere på grund af dens højere tæthed.
Mange publikationer fra alternative brændstofentusiaster er viet til produktion af biodiesel på en håndværksmæssig måde - bogstaveligt talt i en garage. Men sådanne teknologier, ud over problemet med den førnævnte glycerolfase, kan ikke også garantere den korrekte kvalitet af brændstoffet og følgelig motorens sikkerhed. Dette skyldes utilstrækkelig rensning af sådant brændstof fra forskellige urenheder, der simpelthen tilstopper motoren. Derudover er det ved håndværksmæssig produktion problematisk at købe methanol, som produceres af nogle få store kemiske fabrikker. Methanol er produceret af naturgas, så prisen på en af ingredienserne til produktion af biobrændstoffer er tæt knyttet til gaspriserne, selvom minegas (metan), biogas og endda brint også kan tjene som råmateriale til methanol .
Mange lande i verden har udviklet programmer til delvis udskiftning af petroleumsmotorbrændstoffer med forskellige typer biobrændstoffer, herunder biodiesel:
| Land | Krav |
|---|---|
| Minnesota , USA | 5 % biodieselindhold i dieselbrændstof siden maj 2009 [7] |
| Missouri , USA | 5 % biodieselindhold i dieselbrændstof siden juli 2010 |
| Frankrig | 7 % biobrændstoffer i 2010 ( ethanol + biodiesel) |
| europæiske Union | 5,75 % biobrændstoffer i 2010 ( ethanol + biodiesel) |
| Australien | 350 millioner liter biobrændstof i 2010 ( ethanol + biodiesel) |
| Brasilien | 2 % fra 1. januar 2008 , 4 % fra 1. juli 2009 [8] , 5 % fra 2010 [9] ; |
| Zimbabwe | 10% af biodiesel fra det samlede forbrug af dieselolie ; |
| Malaysia | 20% af biodiesel fra det samlede forbrug af dieselolie ; |
| Thailand | 5 % biodiesel i diesel i 2011 , 10 % i 2012 ; |
| New Zealand | 5 % biobrændstoffer i 2008 ( ethanol + biodiesel); |
| Indien | 20 % biobrændstoffer i 2017 ( ethanol + biodiesel) [10] |
| Kina | producere årligt 8 millioner tons i 2020 ; |
| Indonesien | 10 % biobrændstoffer i 2010 ( ethanol + biodiesel); |
| Sydkorea | 0,5 % biodiesel fra det samlede dieselforbrug siden 2006 , 5 % siden 2008 ; |
| Canada | 2 % biodiesel i brændstof til biler og opvarmning inden 2012 ; |
| Japan | siden marts 2007 har 5 % biodieselindhold i motorkøretøjers diesel været tilladt; |
| Filippinerne | 1 % biodiesel i biler og brændstof siden 2007 , 2 % siden 2008 ; |
| Tyskland | 5 % i brændstof til biler fra 1. januar 2007 ; |
| Irland | 5,75 % biobrændstoffer i 2009 ( ethanol + biodiesel). 10 % biobrændstoffer i 2020 ; |
| Danmark | 10 % biobrændstoffer i 2020 ; |
| Taiwan | 1 % i brændstof til biler siden 2008 2 % siden 2010 [11] ; |
| Portugal | 10 % i brændstof til biler siden 2010 . |
| Colombia | 5 % i brændstof til biler. 10 % siden 2010 , 20 % siden 2012 . |
| Argentina | 5 % i brændstof til biler i 2010 . |
| Chile | tilladt 5 % indhold i bilbrændstof. |
| Mexico | 3,2 % af biobrændstoffer i bilbrændstof i 2012 [12] . |
I Rusland er der ikke noget samlet statsprogram for udvikling af biodieselbrændstof, men regionale programmer er ved at blive oprettet, for eksempel Altai Territory Target Program "Raps - Biodiesel". Sammenslutningen af rapsolieproducenter er blevet etableret i Lipetsk-regionen .
Det er planlagt at bygge anlæg til produktion af biodiesel i Lipetsk-regionen , Tatarstan , Altai-regionen , Rostov-regionen , Volgograd-regionen , Oryol-regionen , Krasnodar-regionen , Omsk-regionen , Novgorod-regionen .
I 2006-2007 testede Russian Railways OJSC biodiesel fra rapsolie på diesellokomotiver fra Voronezh-Kursky-depotet på South -Eastern Railway . Repræsentanter for russiske jernbaner meddelte, at de var parate til at bruge biodiesel i industriel skala i deres diesellokomotiver [13] .
Den mest lovende kilde til råmateriale til biodieselproduktion er alger . Ifølge det amerikanske energiministerium kan en acre (4047 m² ~ 0,4 ha) jord producere 255 liter sojaolie eller 2400 liter palmeolie . Der kan produceres op til 3.570 tønder bioolie fra samme vandoverfladeareal (1 tønde = 159 liter). Green Star Products anslår, at der kan produceres 48 liter sojaolie, 140 liter rapsolie og 10.000 liter alger pr.
Det amerikanske energiministerium fra 1978 til 1996 undersøgte alger med et højt indhold af olie og cellulose under "Aquatic Species Program" [14] . Forskerne konkluderede, at Californien , Hawaii og New Mexico er velegnede til industriel produktion af alger i åbne damme. I 6 år blev alger dyrket i 1000 m² damme. En dam i New Mexico har vist sig at være yderst effektiv til at absorbere CO 2 . Udbyttet var mere end 50 gram alger pr. 1 m² pr. dag. 200.000 hektar damme kan producere nok brændstof til det årlige forbrug af 5% af amerikanske biler . 200.000 hektar er mindre end 0,1% af amerikansk jord, der er egnet til dyrkning af alger. Teknologien har stadig mange problemer. For eksempel elsker alger høje temperaturer, ørkenklimaer er velegnede til deres produktion, men en vis temperaturregulering er påkrævet under nattetemperaturændringer. I slutningen af 90'erne kom teknologien ikke ind i industriel produktion på grund af de lave omkostninger til olie .
Ud over at dyrke alger i åbne damme findes der teknologier til dyrkning af alger i små bioreaktorer placeret i nærheden af kraftværker . Spildvarme fra et kraftvarmeværk kan dække op til 77 % af det varmebehov, der kræves til at dyrke alger. Denne teknologi kræver ikke et varmt ørkenklima.
I 2006 annoncerede flere virksomheder opførelsen af algebiodieselanlæg:
Russiske forskere fra Joint Institute for High Temperatures (JIHT) ved det russiske videnskabsakademi og Moscow State University har udviklet og med succes testet et anlæg til at omdanne mikroalgebiomasse til biobenzin . Det resulterende brændstof, blandet med almindelig benzin , blev testet i en totakts forbrændingsmotor . Den nye udvikling gør det muligt at behandle hele biomassen af alger på én gang uden at tørre den. Tidligere forsøg på at fremstille biobenzin fra alger omfattede et tørretrin, der var mere energieffektivt end det resulterende brændstof. Nu er dette problem løst. Hurtigtvoksende mikroalger behandler energien fra sollys og kuldioxid til biomasse og ilt meget mere effektivt end almindelige landplanter, så det er meget lovende at få biobrændstof fra dem [15] [16] [17] .
Produceret af O2Diesel (USA).
Brugt i USA , Brasilien , Indien .
| Hovedtyper af organisk brændsel | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Vedvarende og biologisk | |||||||||
| kunstig | |||||||||