Биодизель: особенности биотоплива

Биодизель: особенности биотоплива

Valerik4x4 › Блог › Эффективность и целесообразность использования биодизельного топлива в Украине

Топливо для автомобильных и тракторных дизельных двигателей можно получать не только из нефти. Альтернативным его источником может быть биологическая масса растительного происхождения, точнее, растительное масло. Получают биодизельное топливо результате химической реакции из растительных жиров. Чаще всего используют рапсовое масло, так как она самая дешевая. Но можно использовать и подсолнечное, кукурузное, соевое и др.
Масло нужно отделить от примесей и в соотношении 9:1 смешать с метиловым спиртом, а для того чтобы отделить глицерин, добавить небольшое количество щелочного катализатора. Полученная таким образом жидкость имеет особые молекулярные свойства, позволяющие использовать ее для сжигания в дизельных двигателях. Как видим, технология довольно проста, хотя с точки зрения экономики процесс получения биотоплива уступает традиционной перегонке сырой нефти.

С каждым годом использовать на автомобилях и тракторах традиционное дизельное топливо становится все дороже. Повышение цен на топливо вызвано главным образом уменьшением нефти в недрах Земли. По прогнозам ученых, при существующих темпах добычи нефти ее запасов достаточно будет всего на 30-40 лет. Этот факт, безусловно, влияет на цену топлива и побуждает к поиску альтернативных его видов.

Другим важным фактором, вызывает повышенный интерес к биодизельного топлива, является его экологичность, т.е. меньше выбросы вредных соединений в окружающую среду. Биодизельное топливо не является абсолютно экологически чистым, но по сравнению с нефтяным, оно все же чище. Об этом свидетельствуют проведенные исследования. Так, в продуктах сгорания биотоплива на 8-10% меньше окиси углерода, почти на 50% меньше сажи и значительно меньше серы (0,005% против 0,2% у обычного дизельного топлива). И только благодаря высокому содержанию кислорода в биотопливе продукты его сгорания содержат приблизительно на 10% больше окиси азота по сравнению с нефтяным дизельным топливом.

Биодизельное топливо отличается высоким цетановым числом, которое составляет 56-58 (у традиционного дизельного топлива этот показатель равен примерно 50), что дает возможность использовать биотопливо на дизельных двигателях без дополнительных веществ, обеспечивающих лучшее зажигания, особенно при запуске двигателя.

Несмотря на малое содержание серы, биотопливо характеризуется высокими смазочными свойствами. Способствует этому особый химический состав и высокое содержание кислорода. Вследствие смазки движущихся деталей двигателя, работающего на биотопливе, межремонтный срок его эксплуатации увеличивается примерно на 50%. При этом нужно только чаще менять топливный фильтр. Но важнейшим является тот факт, что, переходя на биодизельное топливо, не нужно дополнительно переоборудовать ни сам двигатель, ни другие его системы.

Углекислого газа в продуктах сгорания биотоплива ровно столько, сколько потребляют из атмосферы посевы культур, из семян которых изготавливают топливо. Так, один гектар рапсовых поля за вегетацию может поглотить около 20 т углекислого газа, одновременно с этим значительно улучшая структурный и химический состав почвы.

В случае попадания в почву или воду биодизельное топливо в течение 25-30 дней практически полностью распадается и не наносит экологического вреда, тогда как один килограмм минеральных нефтепродуктов может загрязнить почти миллион литров питьевой воды, уничтожая в ней всю флору и фауну. Это свидетельствует о целесообразности перевода на биодизельное топливо двигателей, установленных на речном и морском транспорте.

Но вместе с многочисленными преимуществами есть и недостатки, присущие биодизельном топливу. Биотопливо агрессивно по резиновых и полимерных деталей двигателей, чем обычное нефтяное. В случае попадания на лакокрасочное покрытие кузова биотопливо нужно поскорее вытереть, потому что оно довольно быстро разъедает его верхний слой.

Кроме этого, биотопливо несколько меняет технико-эксплуатационные параметры работы дизельных двигателей. Мощность двигателя при работе в номинальном режиме с использованием биотоплива снижается на 6-8%. Вместе с этим расход топлива повышается примерно на 5-8%. Кроме незначительной потери мощности в холодное время года и при высокой влажности наблюдается неприятный специфический запах отработавших газов.

Биодизельное топливо достаточно широко используют во многих странах Европы и мира. Производство биотоплива для использования в чистом виде требует немалых дополнительных капиталовложений. Поэтому в большинстве стран практикуют смешивание нефтяного дизельного топлива с рапсовым маслом или же используют как добавку (от 5 до 30%) до традиционного дизельного топлива.

Налоговые льготы и дополнительные стимулы имеют сельскохозяйственные предприятия, которые выделяют часть площадей под выращивание рапса. Так, например, в Германии за каждый засеянный гектар рапса фермер получает примерно 300 евро.

В странах Европы биодизель основном является продуктом рапсового масла. Причем как производство, так и использование биодизельного топлива имеет поддержку на государственном уровне. Там уже построено достаточно малых и больших перерабатывающих заводов. В частности, в Германии ежегодно производят около 2 млн т биодизельного топлива, а его доля на рынке дизельного топлива составляет 3,0%. Биодизельное топливо используют и ближайшие соседи Украины: Чехия, Словакия, Польша. В последнее время эти страны существенно увеличили посевные площади под рапс.

С 2009 года все страны Европейского союза обязуются производить и использовать биодизельное топливо. А к 2020 году Европейский союз планирует не менее 20% транспорта заправлять биотопливом.

В Украине доля легковых автомобилей, оборудованных дизельными двигателями, незначительна. Главная причина — низкое качество топлива. В сельскохозяйственном производстве все тракторы и самоходные комбайны работают на дизельном топливе. Относительно грузовых автомобилей, то среди них дизельных — примерно 85% и 95% автобусов и микроавтобусов. И если бы удалось перевести на биодизельное топливо хотя бы общественный пассажирский транспорт, то это значительно улучшило экологическую ситуацию, особенно в крупных городах.

Увеличение объемов мирового потребления рапсового масла в течение 1990-2004 годов обусловлено исключительно ее биологическими особенностями. Благодаря этому рапсовое масло по своей ценности занимает первое место в мире среди растительных масел. Учитывая пользу рапсового масла, особенно ощутимыми темпами растет спрос и объемы производства рапса. Площадь посевов этой культуры в мире занимает около 24 млн га, при средней урожайности 13-15 ц / га. Среди стран мира крупнейшие посевные площади рапса в Индии, Китае, Канаде, США, Австралии. В странах Западной Европы посевные площади рапса достигают около 3500 тысяч га. Больше рапса высевают в Германии, Польше и Чехии. Всего 28 стран мира считают рапс основной масличной культурой.

Мировое лидерство по объемам производства рапса принадлежит странам ЕС, на которые приходится ежегодно около 25% мирового производства. Такая ситуация объясняется действием ряда факторов, а именно: значительным субсидированием производства и поддержкой экспорта продукции, высокой покупательной способностью и развитостью отрасли, а также использованием семян рапса как основного сырья для производства продукции широкого потребления. Именно поэтому основные производственные мощности компаний-гигантов олиехимичнои области содержатся именно в Европе. Кроме того, общественная забота о сохранении окружающей среды вынуждает правительства прибегать к разработке программ использования альтернативных источников энергии, в том числе производства биотоплива, сырьем для которого являются семена рапса.

В Украине рапс как промышленную культуру начали интенсивно внедрять лишь последние 10-15 лет. Несмотря на длительную агитацию за эту культуру, рапс не приобрел у нас массового распространения. Причина заключается в том, что не решенными остается ряд вопросов. Вот некоторые из них. Рапс является культурой с очень мелким зерном, и поэтому для его посева, уборки и первичной переработки нужна специальная техника или усовершенствованная традиционная. Приобретение такой техники или переоборудования уже существующего требует немалых затрат рабочего времени и средств, которых в хозяйствах, как правило, хватает.

Другая проблема, которая сдерживает развитие рапсоводства, — недостаточная зимостойкость озимого рапса. Производство этой культуры — дело весьма рискованное. Так, в течение зимы 2002-2003 маркетингового года в Украине вследствие неблагоприятных погодных условий погибло около 70% посевов рапса, отчего сельхозпроизводители понесли значительные потери. Выращивать яровой рапс нецелесообразно, так как его урожайность примерно в 1,5 раза ниже озимый.

Среди основных масличных культур Украины в структуре посевных площадей рапс занимает третье место, уступая только подсолнечника и сои. Сейчас подсолнечник, благодаря выгодной реализации семян, — основная масличная культура в Украине. Рост производства этой культуры происходит за счет расширения посевных площадей при снижении урожайности в среднем на 46,3%. Около 30% площадей подсолнечника размещены в зоне Полесья, где уровень обеспеченности почвы питательными веществами низкий. Кроме того, повышенная влагообеспеченность и сравнительно низкий температурный режим негативно влияют на рост и развитие подсолнечника, его производительность. Поэтому именно рапс в этой зоне, где подсолнечник не имеет преимуществ через агроклиматические условия, должен частично, а то и полностью его заменить.

Как свидетельствуют данные Государственного комитета статистики Украины, в структуре пахотных земель озимый рапс занимает около 0,2-0,3%, а средняя урожайность находится на уровне 10,7 ц / га. Следует заметить, что в последние годы выращивали еще и яровой рапс на площади около 15 тыс. га с урожайностью 7,4 ц / га.

Для сравнения: в Германии посевные площади под рапсом достигли 1300 тысяч га (почти 10% пахотной земли), а его средняя урожайность — около 30 ц / га. Товаропроизводитель получает за тонну семян рапса более 230 евро. В Германии на долю рапса как предшественника в денежном выражении приходится 100 евро / га.

Для Украины есть два альтернативных направления использования рапса: наладить собственное производство биодизельного топлива или выращивать рапс и экспортировать его в западные страны, получая за это твердую валюту. Если провести экономические расчеты, то их результаты покажут, что на сегодня хозяйствам выгоднее реализовывать рапсовое семя на внешнем рынке, чем производить из него биодизельное топливо для собственных нужд.

Но, несмотря на все приведенные преимущества и недостатки биотоплива, сейчас переход на экологически чистые виды топлива является потребностью уже не только настоящее, но и завтрашнего дня, и не учитывать этого нельзя. Технические средства, двигатели которых будут работать на биотопливе, не будут загрязнять окружающую среду вредными соединениями так, как техника, использующая традиционный нефтяное топливо.

Сейчас Украина способна производить около 200 тыс. т зерна рапса для промышленных нужд. Вместе есть все основания надеяться, что при внедрении новых прогрессивных технологий и технических средств появится возможность в недалеком будущем довести валовой сбор семян рапса до 1,0-1,5 млн т, перерабатывать его на отечественных заводах, создавая новые рабочие места и повышая конкурентную способность украинского производителя на внутреннем и внешнем рынках.

С агроэкологического взгляда именно украинское Полесье и Лесостепь имеют благоприятные условия для выращивания озимого и ярового рапса. Вместе с традиционным регионом выращивания рапса — Западной Украиной — наиболее перспективными являются Черниговская, Сумская, Черкасская, Полтавская области, где в последние годы наблюдается стремительный рост (в 20-25 раз) валовых сборов озимого рапса.

Определяющей препятствием в увеличении производства и развития рынка рапса является отсталая техническая база сельскохозяйственных предприятий. Вследствие нарушения технологии выращивания, в частности точности высева, недостаточного внесения удобрений, несоблюдение сроков сева и уборки, хозяйства теряют почти 60% потенциального урожая, что обусловливает повышение себестоимости производства одной тонны рапса. Кроме того, в большинстве рипакосийних хозяйств — низкий уровень агротехнических мероприятий, вследствие чего они имеют валовые сборы рапса только за счет естественного плодородия почвы.

Читать еще:  Какое масло лить в хонду цивик 2008

Так, первоочередными задачами рапсоводства является разработка и внедрение механизированных технологий производства рапса, разработка новой и модернизация существующей техники для его посева и сбора, а также получение высоких урожаев семян этой культуры. Ценные свойства рапсового масла, повышение рентабельности производства рапса способствовать дальнейшему развитию мирового рынка рапса и продукции его переработки. Снижение экспортной таможенной пошлины способствовало бы бюджетным поступлениям, которые можно было бы направлять на дотации рапсовый отрасли.

Для того чтобы быть конкурентоспособным, биодизельное топливо должно хотя бы на 5-10% стоить дешевле по сравнению с традиционными нефтепродуктами. В условиях Украины рыночная стоимость рапса не дает этого сделать. Поэтому некоторые хозяйства планируют самостоятельно выращивать рапс и делать из него масло. Такой путь достаточно рациональный, так как отходы от переработки сырья можно использовать для кормления животных или как удобрение, а глицерин — в фармакологии.

Биологическое дизельное топливо сейчас сможет заменить только часть используемых минеральных нефтепродуктов. Но следует учитывать, что нефти осталось не так уж много.

Развитие альтернативных видов топлива как в Украине, так и в других государствах возможен только благодаря льготному кредитованию соответствующих программ и проектов, а также гибкие налоговой системе. При условии рационального подхода к развитию отрасли рапсоводства биодизельное топливо станет эффективным инвестированием украинской экономики, а именно: вложение средств в будущее.

В. Марченко, канд. техн. наук, доцент, В. Синько, инженер-механик

Виды биотоплива и его экологические характеристики

Дата публикации: 4 марта 2019

Технологии по производству биологического топлива решают проблему с поиском возобновляемых источников энергии с минимальным использованием ценных ресурсов, а также позволяют экологично утилизировать отходы различных производств в промышленных масштабах.

Биотопливо: сырье и технологии

Биотопливо производят из любого органического сырья. Это могут быть отходы жизнедеятельности животных, оболочка и стебли растений, некондиционная древесина, а также отходы пищевой промышленности.

Биомасса дробится, подвергается биологической либо термохимической обработке (нагревание, воздействие различных видов микроорганизмов). После чего образовавшиеся вещества сортируются, очищаются, затем отправляются в коллектор.

Существует классификация биотоплива по типу исходного сырья:

  • Первое поколение топлива производится из растений с высоким содержанием сахаров, жиров, крахмала. Например, соя, рапс, кукуруза, а также сахарная свекла. Выращивание этих культур наносит вред климату.
  • Второе поколение биотопливного сырья: трава, древесина, отходы сельского хозяйства. Подобная биомасса требует более технологичных методов обработки, но решает также проблему утилизации промышленных отходов.
  • Сырьевой базой третьего поколения служат водоросли. Их специально выращивают, но для этого не требуется ни пресной воды, ни земельных площадей. Неприхотливые водоросли позволяют получать топливо без расхода ценных ресурсов.

Разные поколения биотоплива отличаются своими экологическими характеристиками. Наиболее предпочтительным вариантом для топливного производства является биомасса второго-третьего поколений.

Виды биотоплива

Как и другие вещества, биотопливо имеет три разновидности по своему агрегатному состоянию:

  • Твердый тип производится на основе отходов сельского хозяйства либо деревообработки.
  • Жидкий тип представлен биобутанолом, биоэтанолом, диметиловым эфиром, биодизелем.
  • Газообразный тип: биоводород, биометан, биогаз.

Все три разновидности имеют свои специфические особенности, которые рассмотрены ниже.

Твердое биологическое топливо

Самый традиционный пример твердого биотоплива — дрова. С их помощью обогревают жилища уже несколько тысяч лет. Но это далеко не самый экологичный вид топлива, поскольку древесному фонду для возобновления требуются десятки лет.

Альтернативой дровам становятся пеллеты, которые производятся из некондиционной древесины — коры, веток, опилок, обрезков, а также щепы. Сырье перемалывается, затем из него под воздействием высокого давления и высокой температуры формируются мелкие цилиндрики или брикеты. Из-за правильной формы их удобно хранить. Кроме того, это прекрасный способ утилизации отходов деревообрабатывающей промышленности.

Помимо древесной массы для изготовления твердого топлива используют солому, ореховую шелуху, внешние оболочки растений. Такое сырье прессуется и гранулируется.

Не менее часто пеллеты изготавливают из навоза. Современные технологии позволяют устранить неприятный запах из такого вида топлива. Это хороший способ использования отходов жизнедеятельности животных. Кроме того, это дешевое сырье очень быстро возобновляется.

Жидкое биологическое топливо

Жидкое топливо служит альтернативой бензину, либо дополнением к традиционному автомобильному топливу. Различают пять основных видов жидкого биотоплива:

  • Биометанол. В качестве сырья для его производства служат одноклеточные водоросли. Разведение таких водорослей не требует ни пресной воды, ни земельных площадей, а потому это одно из наиболее перспективных направлений развития биотехнологий.
  • Биодизель — основан на смешивании эфиров жирных кислот. Он абсолютно безопасен, хранится три месяца, разлагается за четыре недели. Применяется как альтернативное автомобильное горючее либо как добавка к традиционному топливу.

  • Биобутанол, является аналогом бутанола, но производится из растений: кукурузы, пшеницы, маниока и свеклы. Это вещество способно заменить традиционное автомобильное горючее.
  • Биоэтанол получают из сырья, содержащего сахара и крахмал, путем спиртового брожения. Применяется для топки каминов, поскольку обладает высокой теплоотдачей и не образует побочных продуктов горения. Может использоваться в качестве добавки к автомобильному топливу, поскольку защищает мотор и снижает количество выбросов.
  • Диметиловый эфир производится из отходов бумажного производства. Может применяться для изготовления автомобильного топлива для машин с LPG-двигателями.

Газообразное биологическое топливо

Основными типами газообразного биотоплива являются:

  • Биоводород — аналог водорода. Получают его из органического сырья двумя способами — термохимическим (нагрев до 800 градусов без доступа кислорода) и биохимическим (легкий подогрев и микроорганизмы). Преимущество этого вида топлива — его возобновляемость. Для сырьевой массы используются органические отходы; бактерии, участвующие в переработке сырья, можно использовать неоднократно.
  • Биогаз является аналогом природного газа. В его состав входит метан, углекислый газ, а также малое количество примесей (водород и сероводород). Если этот газ очистить от углекислоты, то получится биологический метан. Биогаз получается в результате метанового либо водородного брожения. Метановое брожение включает три этапа биологической обработки сырьевой массы: при помощи гидролизных бактерий, а также кислотообразующих и метанообразующих микроорганизмов. В качестве сырья служат отходы жизнедеятельности животных, водоросли, бытовые отходы. Сфера применения такая же, как у природного газа.

Плюсы и минусы биотоплива

Развитие биотехнологий решает проблему утилизации органических отходов, а также замены нефти и газа на альтернативные виды топлива. Но неразумное их использование может вызвать дополнительные проблемы с климатом, а также экосистемами. Рассмотрим несколько ключевых пунктов в развитии этой отрасли:

  • Биотопливо — это возобновляемый источник энергии с дешевым сырьем.
  • Технологии, основанные на переработке органических отходов, применимы везде, где есть люди и производственные комплексы.
  • Производство биологического топлива снижает уровень углекислого газа в атмосфере, а его применение вместо традиционного горючего уменьшает выработку углекислого газа.
  • Выращивание монокультур в больших масштабах (в качестве сырья для биотоплива) приводит к обеднению почвенного состава и снижению биоразнообразия, что оказывает влияние на климат.

Разумный подход к производству биологического топлива способен решить самые острые экологические проблемы окружающей среды.

К этому все и идет, если сейчас не искать альтернативные источники топлива, в том числе и био, то будет туго. Надо искать новые подходы, пусть где-то не выгодно или происходит урон окружающей среде. Методом проб и ошибок мы должны прийти к разумному компромиссу.

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Биодизель. Необходимый шаг в будущее

Фактическим мировым стандартом в отношении рассматриваемого вида топлива считается евростандарт EN 14214. Согласно ему, в состав биодизеля входят:

  1. 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.
  2. Триглицериды.
  3. Моноалкиловые сложные эфиры или метиловые эфиры жирных кислот.
  4. Спирты (этанол или изопропанол; в ограниченных количествах, вследствие своей токсичности, используют также метанол).
  5. 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.

Технология производства

Биодизельное топливо может быть изготовлено из новых или отработанных растительных масел и животных жиров. Технологии производства биодизеля различны. Масла и жиры фильтруются и предварительно обрабатываются для удаления воды и загрязнений. После обработанные масла и жиры смешивают со спиртом и катализатором. Молекулы масла разрушаются, и превращаются в метиловые эфиры и глицерин, которые затем отделяются друг от друга и очищаются.

Наиболее сложная ступень получения биотоплива — расщепление молекул длинноцепочечных жирных кислот, соединённых молекулой глицерина. В ходе этого процесса используется катализатор (щёлочь), которая разрушает молекулы глицерина и объединяет каждую из жирнокислотных цепей с молекулой спирта. В результате происходит создание моноалкиловых или этиловых сложных эфиров, либо эфиров жирных кислот. В ходе этого процесса – переэтерификации — глицерин опускается на дно и удаляется.

Примерно половина производства биодизельного топлива может использовать любое углеводородное сырьё, содержащее жиры, даже переработанную смазку на растительных или органических компонентах. Другая половина выпускает биодизель исключительно из растительных масел. Соевое масло является в этом ряду преобладающим: в мире существует его перепроизводство, а излишки продукции способствуют снижению цены на это топливо. Цена биодизеля за литр – от 50 до 100 руб.

Как сделать биодизель в домашних условиях?

Самый простой вариант – смешать некоторое количество растительного масла с обычным дизельным топливом, растворителем или бензином. Используют различные смеси, начиная от 10% растительного масла и 90% нефтепродуктов до диаметрально противоположной пропорции. Растительное масло перед смешиванием нужно подогреть, тогда его вязкость снизится, и смешивание произойдёт быстрее.

В прессе и на специализированных сайтах можно прочесть советы «народных умельцев» по добавке таких веществ, как скипидар, нафталин, ксилол или неэтилированный бензин. Практически ничего не известно о влиянии этих добавок на характеристики горения топлива или об их долгосрочном воздействии на двигатель.

Более приемлемым вариантом является производство биодизеля посредством проведения необходимых химических реакций, тем более, что основные компоненты – спирт, щёлочь, глицерин — можно без проблем приобрести в магазинах.

Читать еще:  Выбор акб разной емкости (55, 60, 70 и 75 а·ч), проверка количества электроэнергии аккумулятора

Процедура производства биодизеля в домашних условиях такова:

  1. Приготовить прозрачную ёмкость объёмом 2 л из химически стойкого пластика с плотно закрывающейся крышкой.
  2. Литр свежего растительного масла, нагретого до 55 0 С, влить в ёмкость и смешать с 200 мл спирта с помощью блендера. Смешивание следует выполнять в течение 20 мин.
  3. Осторожно влить катализатор – гидроксид калия (лучше) или натрия, в количестве 5 гр. (для КОН) или 3,5 гр (для NaОН) на 1 л. Добавлять спирт и катализатор нужно, используя разные воронки.
  4. Плотно закрыть ёмкость и прокрутить её в горизонтальной плоскости 5-6 раз, для ускорения процесса реакции. Растворение щёлочи может продолжаться от 15 мин (для КОН) до 8 часов (для NaОН).
  5. После окончания реакции следует выждать ещё 12-20 часов, пока осадок не скопится на дне ёмкости. Его следует осторожно удалить.

Приготовленный на свежем масле биодизель имеет светло-жёлтый цвет. Некоторое количество мути на качество топлива особо не повлияют.

Биотопливо и последствия его использования

для двигателя и окружающей среды.

НА НАУЧНО-ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ конференции, которую «Белагросервис» проводил во время нынешней выставки «Белагро», было принято решение опубликовать часть докладов в «Вестнике «Белагросервиса», который выходит в «Белорусской ниве». Сегодня мы предлагаем краткое изложение одного из них — об особенностях эксплуатации дизельных двигателей при использовании биодизельного топлива. Этой темой Виктор ВОЙТОВ, доктор технических наук, профессор, проректор по научной работе Харьковского национального технического университета сельского хозяйства имени Петра Василенко занимается уже не один год. Дело в том, что Украина приняла национальную программу по развитию биотоплива и подписала Киотский протокол о сокращении выбросов вредных веществ в атмосферу. Своими наработками ученый поделился с участниками конференции.

Развитие агропромышленного комплекса формирует предпосылки экономического роста, интенсификацию конкурентоспособности национальной экономики и степень социальной обеспеченности населения. Важнейшим элементом инфраструктуры и неотъемлемым компонентом АПК является машинно-тракторный парк, обеспечивающий развитие ключевых отраслей экономики. Прогрессивность формирования аграрного сектора, активизация процессов интеграции к международным стандартам развития инженерно-транспортной инфраструктуры влечет неизбежный рост численности машин.

Однако данная неизбежная тенденция влечет и негативный аспект, связанный с интенсивным выбросом вредных веществ в атмосферу, загрязнением окружающей среды, нарушением экологического равновесия и нанесением ущерба окружающей среде.

Принимая превентивные меры, международное сообщество планомерно ужесточает требования к токсичности отработавших газов. Регламент выбросов предусмотрен европейским экологическим стандартом (Евро) и Киотским протоколом.

Вместе с тем, агропромышленный комплекс является одним из основных потребителей моторных топлив нефтяного происхождения, запасы которого ограничены. По данным экспертов ресурс нефти в промышленно развитых странах иссякнет в ближайшем будущем, что приведет к неминуемому повышению цен на минеральное топливо. Рост цен предусматривается и увеличением ставок акциза на дизельное топливо.

Биодизель (БД) – топливо дизельных двигателей, допускающее альтернативу минеральному нефтепродукту. Являясь конечным продуктом процесса этерификации (эфиризации) растительных масел и жиров спиртами, он представляет метиловые или этиловые эфиры, свойства которых близки к топливу нефтяного происхождения.

Большинство государств Евросоюза, США, Канада, Бразилия, Австралия активно развивают программу получения и использования БД из растительного сырья. Согласно директиве Европейского союза (ЕС) содержание БД в общем объеме содержимого нефтепродуктов должно составлять не менее 5%. До 2030 года ЕС планирует обеспечить 25% своих потребностей в горючем за счет чистых и эффективных видов биологического сырья.

Для производства топлива растительного происхождения в большинстве случаев применяют рапсовое и подсолнечное масло (Испания, Италия, Греция). Обладателем пальмой первенства в производстве БД является Германия, в которой насчитывается свыше тысячи АЗС по реализации данного вида топлива, потребление которого в данной стране составляет более чем 1 млн. тон в год.

С целью повышения эффективности использования ресурсов в процессе производства БД проведена технико-экономическая оценка себестоимости его изготовления из отмеченных выше сырьевых баз. Установлено, что начальные издержки производства находятся в прямой зависит от урожайности культур. При его среднем показателе расходы ранжируются по степени приоритетности в следующем виде – метиловые эфиры рапсового масла (МЭРМ), метиловые эфиры подсолнечного масла (МЭПМ) и метиловые эфиры соевого масла (МЭСМ). На сегодняшний день при средней урожайности, себестоимость самого выгодного МЭРМ равняется стоимости ДТ.

Обращение к последним публикациям показывает неоднозначность в приоритете использования того или иного типа растительного масла как сырья для альтернативного вида топлива и, следовательно, многосторонность получаемых результатов.

В качестве топлива используют рапсовое, подсолнечное и соевое масло, как в чистом виде, так и в смеси с ДТ.

При работе двигателя на маслах наблюдается уменьшение выбросов оксида углерода (CO) на 30…40%, несгоревших углеводородов (CHx) на 70…80% и повышение концентрации оксида азота (NOx) до 10…20%. Отмечено снижение дымности. Более низкая теплота сгорания масла приводит к повышению удельного эффективного расхода топлива на 10. 25%. Однако из-за повышенного нагарообразования в камере сгорания и на распылителе форсунки, применение масел в качестве топлива ограничено.

Наиболее широкое распространение получили их производные в виде метиловых эфиров жирных кислот. Исследования дизеля на метиловом эфире сводятся к снижению дымности на 8. 12%, понижению массовых выбросов твердых частей на 42%, увеличению расхода топлива до 10%. Концентрация выбросов CO и NOx при этом изменялась незначительно.

Как показывают исследования, параметры двигателя при их работе на разных видах БД находятся в широких приделах и зависят от конструкции дизеля.

С целью определения технико-эксплуатационных и экологических показателей дизеля были проведены стендовые испытания дизеля СМД-14Н согласно ГОСТ 18509-88. Двигатель устанавливался на электротормозной стенд СТЭ-28-ГОСНИТИ, предназначенный для обкатки и испытания тракторных и комбайновых силовых установок.

Испытания дизеля проводились на следующих видах топлива: ДТ (ДСТУ 3868-99); В5 (95% ДТ и 5% МЭРМ); В10 (90% ДТ и 10% МЭРМ); В20 (80% ДТ и 20% МЭРМ); В30 (70% ДТ и 30% МЭРМ); В50 (50% ДТ и 50% МЭРМ); В70 (30% ДТ и 70% МЭРМ); В100 (100% МЭРМ).

По результатам исследований оптимальный угол опережения впрыскивания топлива корректировке не подлежит.

В ходе испытаний установлено снижение эффективной мощность двигателя на 12% и одновременное увеличение удельного расхода топлива на 10. 13% при использовании в качестве топлива В100 (100% МЭРМ). Применение смесевого состава топлива до значений, не превышающих 30% МЭРМ, изменяют мощность и удельный расход топлива незначительно. Величина этих изменений находится в пределах 3…5%.

Снижение эффективной мощности дизельного двигателя объясняется отличием низшей теплоты сгорания ДТ и БД.

Определения токсичности отработавших газов дизеля СМД-14Н проводилось с учетом таких параметров как дымность, содержание оксида углерода (СО) и оксида азота (NOx).

Оценка дымности отработавших газов выполнялась согласно ГОСТ 17.2.2.02-98 и ДСТУ 4276:2004 с помощью прибора «ИНА – 109». Перечисленные стандарты устанавливают показатели дымности и их предельно допустимые значения. В качестве критерия использован натуральный показатель ослабления светового потока К, м -1 , который является величиной, обратной толщине слоя отработавших газов, проходя через которые, поток излучения от источника света дымомера уменьшается в е раз. Вторым показателем определен коэффициент ослабления светового потока в результате поглощения и рассеивания света отработавшими газами во время прохождения ими рабочей трубы дымомера N,%.

В результате испытаний установлено, что увеличение в смесевом составе доли биологического топлива приводит к снижению дымность отработавших газов для топлива В5 на 3%, В10 на 5%, В30 на 10%, В100 на 19%.

В то же время, согласно ГОСТ 24585-81, проводились измерения содержимого СО и NOx. с помощью прибора ОПТОГАЗ – 500.1С.

Как показали измерения, уменьшение СО является значительным и находится в пределах 30–40% на 100% МЭРМ. На выше указанных смесевых видах топлива уменьшения СО находится в пределах 10–20%.

Результаты измерения содержимого NOx неоднозначны. В зависимости от оборотов дизеля и приходящейся на него нагрузки зарегистрированы как уменьшение, так и увеличение содержания в отработавших газах оксида азота. Можно констатировать, что среднее значение NOx не изменяется по отношению к эталонному дизельному топливу.

В результате исследований установлено, что оптимальным типом биодизеля может быть смесевой состав, для зимней эксплуатации – не более 10% БД, остальные (90%) ДТ, для летней эксплуатации – не более 30% БД, остальные (70%) ДТ. При таком соотношении снижение эффективной мощности и увеличение удельного расхода топлива будет находиться в пределах 3…5% при существенном снижении содержимого загрязняющих веществ в отработавших газах.

ФИЛЬТР

В процессе летней эксплуатации дизельных двигателей на смесевом виде топлива В30, выявлено снижение сроков эксплуатации бумажных фильтров, обусловленное ухудшением процесса фильтрования топлива через фильтры тонкой очистки. Сроки замены фильтров на тракторах ХТЗ, МТЗ и грузовых автомобилях КАМАЗ при этом были сокращены в 2. 3 раза.

В результате исследований установлено, что смесевые топлива и 100% МЭРМ имеют коэффициент фильтрации, значительно превышающий нормированный показатель, значение которого согласно ГОСТ 305-82 равняется 3. Так, для смесевого топлива В10 данный коэффициент равен 10, для В30 – 14, для В100 – 41. На основании полученных значений и зависимостей срок эксплуатации фильтров при использовании 100% МЭРМ уменьшается в 10 раз (до 100 моточасов), при использовании В30 и В10 в 5 раз (до 200. 250 моточасов).

Причиной таких высоких значений коэффициента является наличие в МЭРМ фосфолипидов, восковидных веществ, мыла, глицерина, присутствие которых допускается нормами стандартов EN 14214:2003 и ДСТУ 6081:2009.

Для устранения обнаруженных недостатков проводилось отстаивание смесевых видов топлива в течение 25…200 часов с контролем коэффициента через каждых 25 часов. С увеличением времени отстаивания смесевых топлив наблюдался процесс агломерации (укрупнение) частиц примесей и их осаждения в виде желтоватого осада.

В конечном итоге, для эксплуатации фильтров тонкой очистки в пределах сроков, установленных руководством по эксплуатации (ТО-3), рекомендовано, после смешивания топлив осуществлять его отстаивание в течение 75…100 часов с последующим сливанием отстоя и выполнением предварительного фильтрования. Данная технология обеспечит снижение значения коэффициента фильтрации до 2, что будет удовлетворять всем требованиям эксплуатации.

ТОПЛИВНАЯ АППАРАТУРА

Биодизель, несмотря на практически полное отсутствие в нем серы, за счет своего химического состава и повышенного содержания кислорода владеет хорошими трибологическими характеристиками. Для оценки его смазочных свойств и определения степени влияния на ресурс и надежность топливной системы проведен ряд сравнительных лабораторных и стендовых испытание на износостойкость и надежность пар плунжеров топливных насосов высокого давления (ТНВД) и распылителей.

В результате противоизносные и противозадирные свойства МЭРМ (В100) на 20…45% превысили аналогичные свойства ДТ. Данный факт обусловлен присутствием в МЭРМ фосфолипидов, которые при повышении на поверхности трения температуры вступают во взаимодействие с металлом и образуют металлические мыла, выполняющие функции противоизносных и противозадирных присадок.

Такой экспериментальный факт дает основание предполагать об увеличении ресурса плунжерных пар ТНВД при их эксплуатации на МЭРМ или смесевых видов топлива В10 и В30. Для подтверждения предположения проведено физическое моделирование процесса изнашивания пары плунжера с целью определения ресурса в моточасах.

Читать еще:  Твой автомобиль шпионит за тобой, но для кого?

В результате, ресурс плунжерных пар ТНВД составил на дизельном топливе 2500 моточасов, В10 – 2800 моточасов, В30 – 3000 моточасов, В100 – 3500 моточасов. Как следует из полученных расчетных данных, при использовании БД ресурс увеличивается до 40%. Расчетные данные были подтверждены наблюдениями во время эксплуатации тракторов ХТЗ.

Во время полевых испытаний с использованием биологического топлива выявлено разбухание уплотнителей насосных секций, что приводит к попаданию топлива в картер насоса и вызывает выброс масла через сапун топливного насоса.

Во избежание подобного негатива необходимо через каждых 2000 моточасов наработки проверять герметичность уплотнений ТНВД согласно руководству по эксплуатации на двигатель.

Причиной разбухания является повышенное содержание в топливе остаточного метанола, доля которого не должна превышать 0,2%. Метанол, являясь мощным растворителем, вызывает не только разбухание резиновых деталей, но и оказывает агрессивное воздействие на отложения в топливном баке, что приводит к сокращению сроков службы фильтров очистки топлива.

Выявить повышенное содержание метанола можно путем анализа температуры вспышки топлива в закрытом тигле. Стандартом допускается температура вспышки МЭРМ в закрытом тигле не ниже 120°С. При наличии в БД остаточного метанол, температура вспышки снижается и может достигать отметки в 70°С. В данном случае топливо не допускается к эксплуатации и подлежит выбраковыванию.

Эксплуатационными исследованиями в аграрных хозяйствах установлено повышенное закоксовывание распылителей форсунок при их работе на БД, что приводит к повышению расхода топлива, снижению эффективной мощности, ухудшению пусковых свойств и экологических показателей.

Для обеспечения эффективной эксплуатации дизелей на смесевых видах топлива необходимо сократить сроки технического обслуживания распылителей форсунок до 900 моточасов при использовании В10 и 750 моточасов при использовании В30.

МАСЛА

В процессе проведения полевых испытания тракторов ХТЗ 150 К-03 с двигателем СМД-62, ХТЗ 150 К-09 с двигателем ЯМЗ-236, МТЗ 80/82 с двигателем Д-242; и грузовых автомобилей КАМАЗ-5320 с двигателем КАМАЗ-740 рассмотрено влияние содержания в топливе серы на эксплуатационные свойства масла и сроки его замены, что отвечает наработке в 500 моточасов (ТО2).

В основу определения сроков замены положено не только свойство масла, но и качество топлива, использующееся во время эксплуатации. Поскольку в процессе сгорания, находящаяся в топливе сера образует сернистые соединения, что вызывает коррозию гильз цилиндров и поршневых колец, то к механическому изнашиванию добавляется коррозионное, значительно сокращающее ресурс цилиндро-поршневой группы дизеля. В результате использования дизельного топлива с содержимым серы более 0,2% требуется сокращение сроков замены моторного масла вдвое, то есть до 250 моточасов. Многочисленные исследования показали, что при увеличении содержимого серы в топливе с 0,2% к 0,5% износ двигателя увеличивается приблизительно на 25%. Согласно ДСТУ 6081:2009 содержание серы в БД не должно превышать 0,001%, что дает основание утверждать о ее практическом отсутствии. При использовании БД или смесевых видов топлива содержимое серы снижается, что позволит скорректировать сроки замены моторных масел в сторону их увеличения. Так, при использовании В10 время до замены составляет 625 моточасов, В30 – 1000 моточасов.

Такие сроки эксплуатации моторного масла применимы только при условии контроля его вязкости через каждых 250 моточасов. При снижении данного показателя более чем на 10% моторное масло подлежит замене, поскольку дальнейшее снижение вязкости приведет к потере гидродинамического режима смазки в трибосистемах дизеля.

В.А.ВОЙТОВ, доктор технических наук

Биотопливо

Биотопливо – это источник энергии, который получается из растительного или животного сырья. Бывает в жидком, твердом и газообразном состояниях.

Что это такое биотопливо и его виды

Само слово биотопливо у многих людей на слуху, но что это конкретно, мало кто знает, тем более мало кто сможет объяснить, как и из чего его производят.

Биотопливо – это источник альтернативной энергии, который производится из биологического сырья.

Существует несколько видов подобного топлива, которые отличаются по своему физическому состоянию, это:

  1. Жидкое биотопливо;
  2. Твердое биотопливо;
  3. Газообразное биотопливо.

Твердое биотопливо

Более широкое распространение в жизни человека получило твердое биотопливо. Этот вид топлива известен людям с древних времен – это обыкновенные дрова. В связи с развитием технологий и совершенствованием процессов обработки древесины, в данном сегменте твердого биотоплива появились новые участники, это топливные брикеты и топливные гранулы (паллеты), которые, по сути своей, похожи, отличаются лишь в технологии производства и способам использования.

Кроме древесных отходов, для изготовления брикетов и гранул используют отходы сельского хозяйства (солому, шелухи ветки и т.д.) и продукты жизнедеятельности животных (навоз, помет и т.д.).

Жидкое биотопливо

Данный вид биотоплива менее распространен, из-за малого производимого количества и необходимости конструктивных изменений в агрегатах, привычно работающих на бензине и дизельном топливе.

Существует несколько видов жидкого биотоплива, полученных путем переработки растительного сырья, это:

  • Биоэтанол – этиловый спирт;
  • Биометанол – метиловый спирт;
  • Биобутанол – бутиловый спирт;
  • Диметиловый эфир – простой эфир;
  • Дизельное биотопливо — жидкое моторное топливо для дизельных двигателей, состоит из смеси эфиров жирных кислот.

Газообразное биотопливо

Оно также пока не получило широкого распространения, к данному виду относятся:

  • Биогаз – газ, получаемый в результате брожения веществ растительного или животного происхождения. Процесс брожения, в этом случае, происходит под воздействием бактерий;
  • Биоводород – это водород, полученный из биомассы;
  • Метан – газ из семейства углеводородов.

Распространение данного вида энергоресурсов

В настоящее время биотопливо, во всех своих состояниях, разве лишь за исключением твердых видов, не нашло широкого распространения в повседневной жизни. Но в связи с тем, что запасы привычных видов энергии постоянно сокращаются, а запасы биомассы, которая может послужить сырьем для получения жидкого и газообразного видов биотоплива, колоссальны, то и работы по применению в повседневной жизни этих видов топлива, продолжаются.

Биотопливо, кроме различия по физическим свойствам, различаются еще по двум типам, это:

  1. Биотопливо первого поколения – производится из сельскохозяйственных культур (кукуруза, сахарный тростник, рапс, соя и т.д.),что создает конкуренцию прочим сельскохозяйственным культурам, используемых для пищи человека.
  2. Биотопливо второго поколения – в этом случае используется сырье, которое не используется человеком в качестве пищи. Это отработанные жиры и масла, деревья, трава.

Распространение данных видов топлива напрямую связано с использованием биодизеля и биоэтанола, который является хоть и не в полной мере, но все же заменителем бензина.

В настоящее время объемы биомассы, которые могут быть переработаны, используются лишь на 5 – 6%, это обусловлено

финансовыми тратами для внедрения существующих технологий, инвестиций в эти исследования и технологии.

Разработчики проекта «Стратегии развития топливно-энергетического комплекса России до 2020 года» учли существующий потенциал нашей страны, который состоит из двух составляющих, это:

  • Технический потенциал, который характеризуется приростом биомассы;
  • Экономический потенциал, целесообразный объем сбора биомассы.

В рамках стратегии развития страны, разработки новых технологий и способах их внедрения, роста цен на традиционные энергоносители, привлекательность биотоплива неукоснительно растет и процесс внедрения этих технологий будет продолжаться.

Применение биотоплива для автомобилей

Как уже выше писалось, для современного топлива автомобилей есть замена в виде биотоплива, это:

  • Для дизельных двигателей – биодизель;
  • Для двигателей внутреннего сгорания – биоэтанол.

Биодизель получают из растительных масел (рапсовое, соевое, пальмовое) и метанола.
Биодизель второго поколения производят из микроводорослей и масленичных культур. Отдельный вид биодизеля – грин-дизель, который является смесью углеводородов и представляется на рынке, как улучшающая добавка к обычному топливу.
Как правило, биодизель для заправки автомобилей используют в смеси с обычным дизельным топливом (соляркой) в соотношении 20/80%, где биодизеля 20%. Недостаток такого смешивания – повышенный расход топлива и снижение мощности.
Биоэтанол в чистом виде для заправки автомобиля использовать нельзя, т.к. это окислитель и растворитель. Для его использования требуется реконструкция авто с заменой элементов топливной системы на узлы, изготовленные из нержавеющей стали и стойкого пластика.

В мире созданы автомобили с двигателями внутреннего сгорания, которые работают на смеси биоэтанола и бензина в соотношении:

  • 85/15% — в США;
  • 10/90% — в странах Европы;
  • 20/80% — в Бразилии,

Считается, что при данных пропорциях (кроме США, там автомобили были реконструированы), такое соотношение топлива не вредит системам автомобиля, что позволяет использовать биоэтанол уже при существующих технологиях.

Биотопливо для камина

По общепринятому мнению – лучшим топливом для камина являются спиртосодержащие жидкости. В связи с этим можно с уверенность сказать, что в качестве биотоплива для камина можно использовать:

  • Биоэтанол – этиловый спирт;
  • Биометанол – метиловый спирт;
  • Биобутанол – бутиловый спирт;
  • Демитиловый эфир – простой эфир;
  • Дизельное биотопливо.

Эти вещества можно использовать как в чистом виде, так и в составе с прочими составляющими.

Биотопливо для каминов производят в разных странах, это США, Канада, ЮАР и страны Европы. Наиболее известные в России польские компании «Kratki» и «Planika».

В России биотопливо для каминов производят: компания «БИОТЕПЛО», Мастерская биокаминов BioKer и еще ряд компаний.

Цены на биотопливо для каминов находятся в диапазоне от 500 («Planika») до 2000 рублей (BioKer) за 5 литров топлива.

Биотопливо из водорослей

Разработана и успешно используется технология получения биотоплива из водорослей.

Плюсом использования водорослей для промышленного применения, является то, что для их выращивания не требуется занимать части суши, они растут в любой воде и не требуют особого ухода, с одной стороны, а с другой – способны осуществлять значительный прирост биомассы за малые промежутки времени.

Имея в своем составе простые химические элементы, водоросли легко перерабатываются.

Как сделать своими руками

Человек в повседневной жизни периодически пользуется биотопливом, это с полной уверенностью можно отнести к твердым видам топлива – дрова, опилки, солома и т. д. Для изготовления топливных брикетов не нужно специальных приспособлений и механизмов, это может сделать каждый, у кого есть продукты переработки дерева и желание.

Более сложный процесс, это получение биотоплива из навоза, являющимся продуктом жизнедеятельности сельскохозяйственных животных. В этом случае получается биогаз, который можно использовать для сжигания, тем самым нагревать воду в системах горячего водоснабжения или теплоноситель, в системах обогрева зданий и сооружений.

Вначале следует определиться с местом, где будет располагаться установка. Выбранный участок должен быть удален от жилых строений, дабы не создавать неудобства запахами, выделяющимися в процессе брожения биомассы.

На выбранном участке выкапывается яма, в которой делается гидроизоляция и сооружается емкость накопитель. Емкость может быть из железобетонных колец с герметизацией стыков, кирпичной с оклейкой гидроизоляцией, металлической. В верхней части устраивается люк и крышка. Монтируются трубопроводы для отвода образовавшегося газа.

В построенную емкость загружается навоз, картофельная ботва и прочие растительные отходы, после чего все заливается водой. В емкости начнется процесс брожения, и как следствие, начнет выделяться биогаз.

В состав получаемого таким образом газа будет входить — метан, углекислый газ и примеси других газов.

С 1 кг органического вещества можно получить около 0,5 кг биогаза.

Ссылка на основную публикацию