BIODIESEL: HISTORIE, EGENSKABER, TYPER, FORDELE, ULEMPER - KEMI - 2025

Den biodiesel brændstof er en naturlig oprindelse, der er opnået de reagerende vegetabilske olier eller animalske fedtstoffer med lavmolekylære alkoholer. Denne reaktion kaldes transesterificering; dvs. nye fedtsyreestere (også kaldet monoalkylestere) dannes ud fra de originale triglycerider.

I andre sammenhænge i stedet for at bruge ordet 'transesterificering' siges det, at biomassen gennemgår en alkoholyse, fordi den behandles med alkoholer; blandt dem og overvejende methanol og ethanol. Brugen af ​​methanol til at producere dette biobrændstof er så almindeligt, at det næsten er synonymt med det.

Biodieselpumpe B5. Kilde: Pxhere.

Biodiesel er et grønt alternativ til brug af dieselbrændstof, diesel eller petrodiesel (understreger endnu mere, at dens sammensætning består af olieholdige kulbrinter). Imidlertid adskiller deres egenskaber og kvalitet med hensyn til ydeevne i dieselmotorer ikke for meget, så begge brændstoffer blandes i forskellige størrelsesforhold.

Nogle af disse blandinger kan være rigere på biodiesel (for eksempel B100) eller rigere på petrodiesel (med kun 5-20% biodiesel). På denne måde spreder dieselforbruget, når biodiesel introduceres på markedet; ikke uden først at overvinde en række etiske, produktive og økonomiske problemer.

Fra et simpelt synspunkt, hvis ikke olie kan fås som en væske, der er i stand til at brænde og generere energi til at flytte maskiner, hvorfor ikke en olie af naturlig oprindelse? Dette alene er imidlertid ikke nok: Du skal modtage kemisk behandling, hvis du vil konkurrere eller følge med fossile brændstoffer.

Når denne behandling udføres med brint, taler man om en forfining af vegetabilsk olie eller animalsk fedt; dens oxidationsgrad er lav, eller dens molekyler er fragmenterede. Mens biodiesel i stedet for brint anvendes alkoholer (methanol, ethanol, propanol osv.).

Historie

Transesterificeringsreaktion

Svaret på det første problem, som biobrændstoffer ville møde, blev opdaget i fortiden. Tilbage i 1853 opnåede to forskere, E. Duffy og J. Patrick, den første omesterificering af en vegetabilsk olie, selv længe inden Rudolf Diesel startede sin første arbejdsmotor.

I denne transesterificeringsproces reagerer triglyceriderne af olier og / eller fedtstoffer med alkoholer, hovedsageligt methanol og ethanol, til fremstilling af methyl- og ethylestere af fedtsyrer såvel som glycerol som et sekundært produkt. En basisk katalysator, såsom KOH, bruges til at fremskynde reaktionen.

Det vigtigste punkt ved transesterificering af fedt er, at firs år senere en belgisk videnskabsmand, ved navn G. Chavanne, ville omdirigere denne reaktion for at mindske den høje og kontraproduktive viskositet af vegetabilske olier.

Rudolf Diesel og hans motor

Dieselmotoren opstod i 1890, allerede i slutningen af ​​det 19. århundrede, som svar på dampmotorernes begrænsninger. Den samlede alt, hvad du ville have fra en motor: kraft og holdbarhed. Det fungerede også med enhver type brændstof; og til beundring af Rudolf selv og den franske regering kunne han arbejde med vegetabilske olier.

At være triglycerider energikilder, var det logisk at tro, at når de brændes, ville de frigive varme og energi, der er i stand til at generere mekanisk arbejde. Diesel støttede den direkte brug af disse olier, da det glædede sig over, at landmænd kunne forarbejde deres eget brændstof på steder langt væk fra oliefelter.

Den første funktionelle model af dieselmotoren blev en succes ved præsentationen den 10. august 1893 i Augusta, Tyskland. Dens motor kørte på jordnøddeolie, da Rudolf Diesel bestemt troede, at vegetabilske olier kunne konkurrere med fossile brændstoffer; men ligesom de blev behandlet på en rå måde uden efterfølgende behandlinger.

Denne samme motor, der kørte på jordnøddeolie, blev afsløret på verdensmessen i Paris i 1900. Den tiltrakkede imidlertid ikke så meget opmærksomhed, da olie på det tidspunkt var en meget mere tilgængelig og billigere brændstofkilde.

petrodiesel

Efter Diesels død i 1913 blev dieselolie (diesel eller petrodiesel) opnået fra petroleumraffinering. Og derfor måtte dieselmotormodellen designet til jordnøddeolie tilpasses og genopbygges til at arbejde med dette nye brændstof, som var mindre tyktflydende end nogen anden vegetabilsk olie eller biomasseolie.

Dette var, hvordan petrodiesel sejrede i flere årtier som det billigste alternativ. Det var simpelthen ikke praktisk at så store hektar vegetabilske masser for at opsamle deres olier, som til sidst var så tyktflydende endte med at forårsage problemer for motorerne og ikke svarede til de samme udbytter, der blev opnået med benzin.

Problemet med dette fossile brændstof var, at det øgede forureningen af ​​atmosfæren, og det var også afhængigt af økonomien og politikken i olieaktiviteter. I betragtning af umuligheden af ​​at ty til det blev der i nogle sammenhænge anvendt vegetabilske olier til at mobilisere tunge køretøjer og maskiner.

Biobrændstof i 2. verdenskrig

Da olie i 2. verdenskrig begyndte at blive knap som følge af konflikten, fandt flere lande det nødvendigt at vende tilbage til vegetabilske olier; men de var nødt til at håndtere skaderne på hundreder af tusinder af motorer på grund af forskellen i viskositet, som deres design ikke kunne tolerere (og endnu mindre, hvis de havde emulgeret vand).

Efter krigen glemte nationerne igen vegetabilske olier og genoptog praksis med kun at brænde benzin og petrodiesel.

Fødsel af biodiesel

Viskositetsproblemet var blevet løst i mindre skala af den belgiske videnskabsmand G. Chavanne i 1937, der fik patent på sin metode til at få ethanolestere af fedtsyrer fra ethanolbehandlet palmeolie.

Det kan derfor siges, at biodiesel formelt blev født i 1937; men dens beplantning og masseproduktion måtte vente til 1985, der blev udført på et østrigsk landbrugsuniversitet.

Ved at udsætte disse vegetabilske olier for transesterificering blev viskositetsproblemet til sidst løst, hvilket matchede petrodiesels ydeevne og endda repræsenterede et grønt alternativ derover.

Ejendomme

Biodiesels egenskaber afhænger globalt af det råmateriale, som det blev produceret med. Det kan have farver fra guld til mørkebrun, et fysisk udseende, der afhænger af produktionsprocessen.

Generelt er det et brændstof med god smøreevne, der reducerer motorstøj, forlænger dens levetid og kræver mindre investeringer til vedligeholdelse.

Det har et antændelsespunkt over 120 ° C, hvilket betyder, at så længe udetemperaturen ikke overstiger dette, er der ingen risiko for brand; Dette er ikke tilfældet med diesel, der kan brænde selv ved 52 ° C (meget let at opnå for en tændt cigaret).

På grund af manglen på aromatiske kulbrinter, såsom benzen og toluen, repræsenterer det ikke en kræftfremkaldende risiko i tilfælde af spild eller langvarig eksponering.

Det har heller ikke svovl i dets sammensætning, så det producerer ikke forurenende gasser SO ₂ eller SO ₃. Når det blandes med diesel, giver det det en større smøreegenskab end dets naturlige svovlforbindelser. Faktisk er svovl et uønsket element, og når diesel afsvovles, mister det smøring, der skal genvindes med biodiesel eller andre tilsætningsstoffer.

Opnåelse og produktion

Biodiesel opnås fra transesterificerede vegetabilske olier eller animalsk fedt. Men hvilken af ​​dem alle skal udgøre råmaterialet? Ideelt set den, der genererer større mængder olie eller fedt fra et mindre voksende område; at mere passende vil det være antallet af hektar, som din landbrugsjord besætter.

God biodiesel skal komme fra en afgrøde (korn, frø, frugt osv.), Der producerer store mængder olie fra små marker; Ellers kræves deres afgrøder til at dække hele lande og ville ikke være økonomisk levedygtige.

Når biomassen er blevet opsamlet, skal olien derefter udvindes gennem uendelige processer; blandt dem er for eksempel brugen af ​​superkritiske væsker til at bære og opløse olie. Når først olien er opnået, underkastes den transesterificering for at reducere dens viskositet.

Transesterificering opnås ved at blande olien med methanol og en base i batchreaktorer, enten under ultralyd, superkritiske væsker, mekanisk omrøring osv. Når methanol anvendes, opnås fedtsyremethylestere (FAME, for dets forkortelse på engelsk: Fatty Acid Methyl Ester).

Hvis der på den anden side ethanol anvendes, opnås fedtsyreethylestere (FAEE). Det er alle disse estere og deres oxygenatomer, der kendetegner biodiesel.

Methanol og glycerol

Methanol er den alkohol, der overvejende anvendes som råmateriale til produktion af biodiesel; og glycerol er på den anden side et biprodukt, der kunne bruges til at understøtte andre industrielle processer og derfor gøre biodieselproduktion mere rentabel.

Glycerol kommer fra de originale triglyceridmolekyler, som erstattes af methanol til dannelse af tre DMARD'er.

Typer af biodiesel

Forskellige olier eller fedtstoffer har deres egne fedtsyreprofiler; derfor har hver biodiesel forskellige monoalkylestere som et resultat af transesterificering. Ikke desto mindre, da disse estere næppe adskiller sig i længderne af deres kulstofkæder, viser de resulterende brændstoffer ikke store svingninger mellem deres egenskaber.

Så der er ingen klassificering for biodiesel, men snarere en anden effektivitet og rentabilitet afhængigt af kilden til olie eller fedt, der er valgt til dens produktion. Der er imidlertid biodiesel-petrodiesel-blandinger, fordi begge brændstoffer kan blandes og er blandbare med hinanden, hvilket giver deres fordelagtige egenskaber for motoren.

Ren biodiesel siges at være B100; hvilket er lig med 0% petrodiesel i dets sammensætning. Så er der andre blandinger:

- B20 (med 80% petrodiesel).

- B5 (med 95% petrodiesel).

- B2 (med 98% petrodiesel).

Biler, der blev bygget før 1996, kunne ikke bruge B100 i deres motorer uden at skulle udskifte bestemte komponenter, der forringedes på grund af dens opløsningsmiddelhandling. Men selv i dag er der bilmodeller, der ikke tillader store koncentrationer af biodiesel i deres fabriksgarantier, så de anbefaler at bruge blandinger lavere end B20.

Fordel

Nedenfor er en oversigt over en række fordele, som biodiesel har i forhold til petrodiesel, og som gør det til et grønt og attraktivt alternativ:

- Det er fremstillet af biomasse, et råmateriale, der kan fornyes, og som ofte går tabt som affald.

- Det er bionedbrydeligt og ikke-giftigt. Derfor vil den ikke forurene jorden eller havene, hvis der ved en fejltagelse spildes.

- Dets høje flammepunkt gør det mere sikkert, når det opbevares og transporteres.

- Det producerer ikke drivhusgasser, fordi den frigivne CO ₂ repræsenterer den samme mængde af den, der absorberes af planter. Takket være dette er det også i overensstemmelse med Kyoto-protokollen.

- Tilskynder til aktiviteter i landdistrikterne til afplantning af afgrøder, hvor vegetabilsk olie udvindes.

- Det kan endda fremstilles af stegt olie. Dette punkt favoriserer dig meget, fordi genanvendt olie, indenlandske eller fra restauranter, i stedet for at bortskaffes og forurenes grundvand, kan bruges til at producere mere grønt brændstof.

- Repræsenterer en måde at blive uafhængig på lang sigt af olie og dens derivater.

- Efterlader mindre rester, når du brænder.

- Bakterielle alger er foruden sojabønner og solsikkefrø en lovende kilde til uspiselig (og uønsket for mange) biodiesel.

Ulemper

Ikke alt er perfekt med dette brændstof. Biodiesel har også begrænsninger, der skal overvindes, hvis det skal erstatte petroleumsdiesel. Nogle af disse begrænsninger eller ulemper ved brugen er:

- Det har en højere størkningstemperatur, hvilket betyder, at det ved lave temperaturer bliver en gel.

- Dens opløsningsmiddelkraft kan ødelægge det naturlige gummi og polyurethanskum, der findes i biler samlet før 1990.

- Det er dyrere end petrodiesel.

- Øger priserne på afgrøder og fødevarer, fordi de har en merværdi, når de bruges som biodieselråvare.

- Afhængigt af biomassen kan det være nødvendigt med mange hektar dyrkning, hvilket vil betyde, at økosystemer er fremmed til dette formål, og derfor vil påvirke den vilde fauna.

- Selvom det ikke producerer svovlgasser under dens forbrænding, frigiver det højere koncentrationer af nitrogenoxider, NO _x.

- Der ville blive brugt store mængder mad, som i stedet for mættende hungersnød ville blive brugt til produktion af biodiesel.

Referencer

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Gendannet fra: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28. december 2011). Biodiesel: fordele og ulemper. Twenergy. Gendannes fra: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Gendannes fra: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (3. april 2019). Biodiesels historie. Farm Energy. Gendannes fra: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Sådan fungerer biodiesel. HowStuffWorks. Gendannes fra: auto.howstuffworks.com
6. Pacific Biodiesel. (2019). Biodiesel. Gendannes fra: biodiesel.com