Jak działa Biodiesel

biodiesel Justin Sullivan / Getty Images News / Getty Images Galeria zdjęć pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi

Zdjęcie dzięki uprzejmości Nebraska Soybean Board
Autobus napędzany biodieslem sojowym. Zobacz zdjęcia pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi.

Jeśli ostatnio czytałeś lub oglądałeś wiadomości, prawdopodobnie natknąłeś się na jakiś artykuł, fragment lub ciekawostkę związaną z cenami ropy i ropy. Nawet w codziennych czynnościach jest duża szansa, że ​​ktoś o tym wspomina. Niezależnie od tego, czy chodzi o motoryzację, ekonomię, historię, geografię czy politykę, ropa naftowa zdołała przeniknąć do prawie każdego aspektu naszego codziennego życia. To jeden z najczęściej dyskutowanych (i kontrowersyjnych) towarów, na których konsumenci codziennie polegają.

Cała ta rozmowa o iskrach naftowych wciąż interesuje alternatywy benzyny. Mówi się o takich rzeczach jak samochody elektryczne i wodorowe ogniwa paliwowe jako wykonalne alternatywy dla ropy naftowej. Wraz z rozwojem technologii koncepcje te mogą stać się rzeczywistością. Ale co teraz?

Zagubione w miksie są pliki biopaliwa, paliwa wytwarzane ze składników biologicznych zamiast paliw kopalnych. Te składniki wyjściowe mogą obejmować od kukurydzy po soję po tłuszcz zwierzęcy, w zależności od rodzaju wytwarzanego paliwa i metody produkcji.

W tym artykule przyjrzymy się bliżej biodiesel, jedno z głównych biopaliw. Na początek warto sprawdzić, jak działają silniki samochodowe i jak działają silniki wysokoprężne, aby uzyskać pewne tło. Potem wróć do poprzedniej strony i oddzielimy fakty dotyczące biodiesla od fikcji.

Ogólnie rzecz biorąc, biodiesel jest alternatywą lub dodatkiem do standardowego oleju napędowego, który jest wytwarzany ze składników biologicznych zamiast ropy naftowej (lub ropy naftowej). Biodiesel jest zwykle wytwarzany z roślin obrazy olejne lub zwierzę gruby poprzez szereg reakcji chemicznych. To jest jedno i drugie nietoksyczny i odnawialne. Ponieważ biodiesel pochodzi głównie z roślin i zwierząt, źródła można uzupełniać poprzez hodowlę i recykling.

Biodiesel jest bezpieczny i może być stosowany w silnikach wysokoprężnych z niewielką lub żadną modyfikacją. Chociaż biodiesel można stosować w czystej postaci, zwykle tak jest zmieszany ze standardowym olejem napędowym. Mieszanki są oznaczone skrótem Bxx, gdzie xx jest procentem biodiesla w mieszance. Na przykład najpopularniejsza mieszanka to B20, lub 20 procent biodiesla do 80 procent standardu. Więc, B100 odnosi się do czystego biodiesla.

Zdjęcie dzięki uprzejmości Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych
Biopaliwa, takie jak etanol z kukurydzy i biodiesel z soi, wspierają amerykańskie rolnictwo.

Jednak biodiesel to nie tylko ogólne pojęcie. Istnieje również formalna, techniczna definicja uznawana przez ASTM International (znane wcześniej jako American Society for Testing and Materials), organizację odpowiedzialną za zapewnianie standardów branżowych. Według Krajowej Rady Biodiesla (NBB), techniczna definicja biodiesla jest następująca:

paliwo składające się z monoalkilowych estrów długołańcuchowych kwasów tłuszczowych pochodzących z olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych, oznaczone jako B100 i spełniające wymagania normy ASTM D 6751.

Brzmi to trochę szorstko, ale jest o wiele bardziej znajome niż myślisz - codziennie spotykasz te kwasy tłuszczowe. Przyjrzymy się im bardziej szczegółowo w następnej sekcji.

Zdjęcie dzięki uprzejmości National Biodiesel Board Z soi można zrobić biodiesel.

Jednym z powodów, dla których biodiesel jest tak atrakcyjny i interesujący, jest to, że można go wytwarzać z wielu naturalnych źródeł. Chociaż można stosować tłuszcz zwierzęcy, olej roślinny jest największym źródłem biodiesla. Prawdopodobnie używałeś niektórych z nich w kuchni. Naukowcy i inżynierowie mogą używać do produkcji biodiesla olejów ze znanych roślin, takich jak soja, rzepak, rzepak, palma, bawełna, słonecznik i orzeszki ziemne. Biodiesel można nawet wytwarzać z przetworzonego tłuszczu spożywczego!

Wspólnym wątkiem wspólnym dla wszystkich źródeł biodiesla jest to, że wszystkie zawierają gruby w jakiejś formie. Oleje to po prostu tłuszcze płynne w temperaturze pokojowej. Te tłuszcze lub triacyloglicerole (czasami nazywane trójglicerydami) składają się z atomów węgla, wodoru i tlenu połączonych ze sobą i ułożonych w określony wzór. Te triacyloglicerole są dość powszechne. Oprócz domowych olejów roślinnych znajdują się one również w powszechnych produktach, takich jak masło i smalec. Być może widziałeś listę trójglicerydów, jeśli byłeś u lekarza i wykonałeś pewne badania krwi.

Jednym ze sposobów wizualizacji tych triacylogliceroli jest myślenie o dużym „E”. Pionowy szkielet tego E to cząsteczka znana jako glicerol. Glicerol jest powszechnym składnikiem używanym do produkcji mydła, farmaceutyków i kosmetyków. Do tego szkieletu glicerolu dołączone są trzy długie łańcuchy składające się z węgla, wodoru i tlenu, które tworzą poziome elementy litery E. Nazywa się to kwasami tłuszczowymi.

 H H H H H
\ / | \ /
C ----------- C ----------- C
| | |
O O O
\ \ \
C = O C = O C = O
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H H H

Jak więc te triacyloglicerole trafiają do samochodu, ciężarówki lub łodzi? Biodiesel nie jest czystym olejem roślinnym. Chociaż w przeszłości do napędzania silników wysokoprężnych stosowano surowy olej roślinny, zwykle powodował problemy. Surowy tłuszcz lub olej musi najpierw przejść szereg reakcji chemicznych, aby stać się paliwem. Istnieje kilka różnych sposobów wytwarzania biodiesla, ale większość zakładów produkcyjnych produkuje biodiesel przemysłowy w procesie zwanym transestryfikacja. W tym procesie tłuszcz lub olej są najpierw oczyszczane, a następnie poddawane reakcji z alkoholem, zwykle metanolem (CH3OH) lub etanolem (CH3CH2OH) w obecności katalizatora, takiego jak wodorotlenek potasu (KOH) lub wodorotlenek sodu (NaOH). W takim przypadku triacyloglicerol przekształca się w estry i glicerol. Estry, które pozostały, to tak zwany biodiesel.

Czy to stare wiadomości? W następnej sekcji przyjrzymy się historii i motywacji ruchu biopaliwowego.

Zdjęcie dzięki uprzejmości Boba Allana Obecna produkcja biodiesla w USA pochodzi głównie z oleju z nasion soi, takich jak te, lub z przetworzonego oleju jadalnego do restauracji.

Koncepcja biopaliw jest zaskakująco stara. Rudolf Diesel, którego wynalazek nosi teraz jego imię, przewidział olej roślinny jako źródło paliwa dla swojego silnika. W rzeczywistości większość jego wczesnych prac dotyczyła wykorzystania biopaliw. Na przykład w 1900 roku na Wystawie Światowej w Paryżu we Francji Diesel zademonstrował swój silnik, napędzając go olejem arachidowym. Podobnie Henry Ford oczekiwał, że jego Model T będzie działał na etanolu, produkcie zbożowym. Ostatecznie, zarówno w przypadku Diesla, jak i Forda, na scenę wkroczyła ropa naftowa i okazała się najbardziej logicznym źródłem paliwa. Opierało się to między innymi na podaży, cenie i wydajności. Chociaż nie była to powszechna praktyka, w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku oleje roślinne były również używane do oleju napędowego.

Dopiero w latach 70. i 80. w Stanach Zjednoczonych powrócono do pomysłu wykorzystania biopaliw. Jedno z najważniejszych wydarzeń miało miejsce w 1970 r. Wraz z uchwaleniem ustawy o czystym powietrzu przez Agencję Ochrony Środowiska (EPA). Pozwoliło to EPA ściślej regulować normy emisji zanieczyszczeń, takich jak dwutlenek siarki, tlenek węgla, ozon i tlenki azotu (NOx). To przygotowało grunt pod opracowanie czystszego spalania paliw. To również ustanowiło standardy dla dodatków do paliw.

Wydarzenia za granicą, takie jak arabskie embargo na ropę naftową w latach 1973-1974 i rewolucja irańska w latach 1978-1979, w połączeniu ze spadkiem krajowej produkcji ropy, przyczyniły się do wzrostu cen. Według Administracji Informacji Energetycznej Departamentu Energii USA import ropy naftowej do Stanów Zjednoczonych został ograniczony o 30% w okresie obowiązywania embarga, a „światowa cena ropy naftowej skoczyła z około 14 USD za baryłkę na początku 1979 r. Do ponad 35 USD za baryłkę Styczeń 1981, zanim się ustabilizowały. Ceny nie spadły znacząco do 1983 r., Kiedy światowa cena ustabilizowała się między 28 a 29 USD za baryłkę. "

Wraz ze wzrostem cen ropy, naukowcy zaczęli szukać gdzie indziej. W sierpniu 1982 r. Odbyła się pierwsza międzynarodowa konferencja nt. Olejów roślinnych i roślinnych w Fargo w stanie Nowy Jork..

W 1990 roku ustawa o czystym powietrzu została zmieniona i zawierała bardziej rygorystyczne ograniczenia emisji spalin. Nowelizacja wprowadziła m.in. podwyższenie zawartości tlenu w benzynie (co obniża emisję tlenku węgla) oraz obniżenie zawartości siarki w olejach napędowych.

W 1992 r. EPA przyjęła ustawę o polityce energetycznej, czyli EPACT. Miało to na celu zwiększenie ilości paliwa alternatywnego wykorzystywanego przez floty transportowe rządu USA w celu zmniejszenia zależności od zagranicznej ropy. Poprawka EPACT z 1998 r. Obejmowała stosowanie paliwa biodiesel w istniejących rządowych pojazdach z silnikiem wysokoprężnym jako akceptowalną alternatywę dla zakupu pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi lub pojazdów AFV, zgodnie z oryginalnym EPACT.

Przy tych wszystkich zasadach i przepisach zrozumiałe jest, że każda opłacalna alternatywa dla ropy naftowej wywołałaby wrzawę. Ale biodiesel nie jest idealnym substytutem benzyny. W następnych sekcjach przyjrzymy się jego zaletom i wadom.

Biodiesel ma kilka kluczowych zalet:

• Biodiesel jest przyjazny dla środowiska.
• Może pomóc zmniejszyć zależność od obcej ropy.
• Pomaga w smarowaniu samego silnika, zmniejszając jego zużycie.
• Może być stosowany w prawie każdym oleju napędowym z niewielką lub żadną modyfikacją silnika.
• Jest bezpieczniejszy niż konwencjonalny olej napędowy.

Jednym z głównych punktów sprzedaży biodiesla jest to, że jest przyjazny dla środowiska. Biodiesel tak mniej emisji niż standardowy diesel ulegające biodegradacji, i jest odnawialne Źródło energii.

Kontrola emisji ma kluczowe znaczenie dla argumentu dotyczącego biodiesla, zwłaszcza w kwestiach prawnych. Istnieje kilka składników emisji, które są szczególnie szkodliwe i budzą niepokój naukowców, prawodawców i konsumentów. Siarka i jej związki pokrewne przyczyniają się do powstawania kwaśnych deszczy; tlenek węgla to powszechnie znana toksyna; a dwutlenek węgla przyczynia się do efektu cieplarnianego. Istnieją również mniej znane związki, które budzą obawy, takie jak wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA), związki w kształcie pierścieni, które są powiązane z powstawaniem pewnych typów raka. Pył zawieszony (PM) ma negatywny wpływ na zdrowie, a niespalone węglowodory przyczyniają się do powstawania smogu i ozonu.

Biodiesel ogranicza niebezpieczne emisje. Spośród obecnych biopaliw biodiesel jest jedynym, który pomyślnie przeszedł testy emisji zgodnie z ustawą o czystym powietrzu.

Średnia emisja biodiesla w porównaniu z konwencjonalnym olejem napędowym
Składnik emisji	B100	B20
Całkowite niespalone węglowodory	-67%	-20%
Tlenek węgla	-48%	-12%
Pył zawieszony	-47%	-12%
NOx	+10%	+2%
Siarczany	-100%	-20%
PAH	-80%	-13%
Źródło: Krajowa Rada Biodiesla

Ponadto B100 może zmniejszyć emisję CO2 o 78 procent i obniżyć rakotwórcze właściwości oleju napędowego o 94 procent (National Biodiesel Board, U.S. DOE Office of Transportation Technologies).

Inną cechą biodiesla jest to, że jest ulegające biodegradacji, co oznacza, że ​​może się rozkładać w wyniku działania czynników naturalnych, takich jak bakterie. Według EPA biodiesel rozkłada się cztery razy szybciej niż konwencjonalny olej napędowy. W ten sposób w przypadku wycieku sprzątanie byłoby łatwiejsze, a następstwa nie byłyby tak przerażające. Odnosi się to również do mieszanek biodiesla.

Biodiesel może również zmniejszyć zależność USA od importowanej ropy i zwiększyć nasze bezpieczeństwo energetyczne. Większość biodiesla w USA jest wytwarzana z olej sojowy, który jest głównym rodzajem uprawy. Wraz ze wzrostem zapotrzebowania na ropę w USA i malejącą podażą na świecie, paliwo odnawialne, takie jak biodiesel, jeśli zostanie odpowiednio wdrożone, może złagodzić niektóre zapotrzebowanie USA na energię..

Biodiesel przyczynia się również do smarowania silnika lub jego łatwości poruszania się. Biodiesel działa jak rozpuszczalnik, który pomaga rozluźnić osady i inne zanieczyszczenia z wnętrza silnika, które mogą potencjalnie powodować zatykanie. W rezultacie czysty biodiesel nie pozostawia żadnych osadów zwiększona żywotność silnika. Szacuje się, że mieszanka biodiesla w ilości zaledwie 1% może zwiększyć smarowność paliwa nawet o 65% (Biuro Technologii Transportu DOE w USA).

Biodiesel jest również bezpieczniejszy. To jest nietoksyczny (około 10 razy mniej toksyczny niż sól kuchenna) i ma wyższa temperatura zapłonu niż konwencjonalny olej napędowy. Ponieważ pali się w wyższej temperaturze, jest mniej prawdopodobne, że przypadkowo ulegnie spaleniu. To sprawia, że ​​przepisy dotyczące przemieszczania i przechowywania są łatwiejsze do dostosowania. Następnie przyjrzymy się wadom i przyszłości biodiesla.

Zdjęcie dzięki uprzejmości Paula Roesslera
Mikroalgi, organizmy, z których można uzyskać paliwo podobne do oleju napędowego: wyhodowane na południowo-zachodnich pustyniach Ameryki, mikroalgi opracowane przez NREL mogą pewnego dnia wytwarzać duże ilości lipidów do konwersji na paliwo biodiesel.

Oczywiście nic nie jest bez kary, a biodiesel ma swoje wady. Niektóre mają związek z samym paliwem, a wiele z nich ma do czynienia z szerszą perspektywą.

Jednym z problemów z samym paliwem jest wzrost NOx w emisjach biodiesla. Często w produkcji oleju napędowego, gdy zmniejsza się ilość cząstek stałych w emisji, następuje odpowiedni wzrost tlenków azotu, które przyczyniają się do powstawania smogu. Chociaż niektóre z tych problemów można rozwiązać, dostosowując sam silnik, nie zawsze jest to wykonalne. Prowadzone są badania nad technologiami zmniejszania ilości NOx w emisji biodiesla.

Innym problemem jest zachowanie biodiesla jako paliwa rozpuszczalnik. Chociaż ta właściwość jest pomocna, jest to rodzaj miecza obosiecznego. Niektóre starsze pojazdy z silnikiem wysokoprężnym (np. Samochody wyprodukowane przed 1992 r.) Mogą zatykać się wyższymi stężeniami biodiesla. Ze względu na zdolność do usuwania osadów nagromadzonych w silniku (które mogą znajdować się w starym oleju napędowym), biodiesel może spowodować zablokowanie filtra paliwa przez nowo uwolnione osady. Producenci biodiesla sugerują wymianę pompy paliwa wkrótce po przejściu na mieszanki biodiesla o wysokim stężeniu. Części składowe tych starszych układów paliwowych również mogą ulec degradacji. Oprócz osadów w układzie paliwowym biodiesel rozkłada również elementy gumowe. Niektóre części starszych układów, takie jak przewody paliwowe i uszczelki pompy paliwa, mogą ulec uszkodzeniu z powodu ich gumowego lub podobnego składu. Zwykle można temu zaradzić, wymieniając takie elementy. Chociaż wielu producentów uwzględniło biodiesel w swoich gwarancjach, potencjalne problemy mogą nadal istnieć. Aby uzyskać więcej informacji na temat biodiesla i gwarancji pojazdu, zapoznaj się z normą dotyczącą biodiesla.

Ponadto w niektórych silnikach może być nieznaczny spadek zużycia paliwa i mocy. Średnio następuje zmniejszenie mocy o około 10 procent. Innymi słowy, potrzeba około 1,1 galona biodiesla na 1 galon standardowego oleju napędowego.

Główne wady biodiesla wiążą się z szerszej perspektywy, a mianowicie z rynkiem i związaną z nim logistyką. Z nich najważniejszy jest koszt. Według EPA czysty biodiesel (B100) może kosztować od 1,95 USD do 3,00 USD za galon, podczas gdy mieszanki B20 średnio o około 30 do 40 centów więcej na galon niż standardowy olej napędowy. Wszystko zależy od zmiennych, takich jak stosowany surowiec i warunki rynkowe.

Inną, być może ważniejszą kwestią jest kwestia ilość i dostępność. Chociaż biodiesel niekoniecznie jest produkowany we wszystkich 50 stanach, można go udostępnić we wszystkich. Istnieją trzy główne sposoby pozyskiwania biodiesla, a każda z nich jest lepiej dostosowana do określonych typów klientów. Biodiesel można kupić bezpośrednio od dostawcy, dystrybutora ropy naftowej lub od publicznych dystrybutorów. Obecnie w Stanach Zjednoczonych 19 członków NBB produkuje i sprzedaje biodiesel. Aby dowiedzieć się, jak zdobyć biodiesel, skontaktuj się z Krajową Radą Biodiesla. Ponadto Centrum Danych Paliw Alternatywnych posiada funkcję wyszukiwania, która umożliwia zlokalizowanie stacji paliw według miasta lub stanu.

Aby uzyskać informacje na temat lokalizacji stacji biodiesla poza Stanami Zjednoczonymi, skontaktuj się z lokalną agencją biopaliw.

Więc ile zarabiamy? Biorąc pod uwagę liczbę różnych producentów (tj. Federalnych, prywatnych, przemysłowych) i źródła upraw, trudno jest podać zgrabną liczbę. Obecnie Stany Zjednoczone produkują około 75 milionów galonów biodiesla rocznie (National Biodiesel Board). Ta produkcja jest elastyczna i może być zwiększana lub zmniejszana w razie potrzeby.

Bez względu na to, czy biodiesel trafi w centrum uwagi zajmowanej przez bardziej błyskotliwe technologie, z pewnością będzie przedmiotem ciągłych prac.

Obecnie największym rynkiem biodiesla są pojazdy flotowe. Według National Biodiesel Board w Stanach Zjednoczonych ponad 100 takich flot używa biodiesla. Należą do nich organizacje federalne i publiczne, takie jak US Postal Service, US Air Force, U.S. Army, NASA, U.S. Department of Energy, Duke Energy i Florida Power & Light. Wiele usług transportu publicznego poszukuje również biodiesla jako uzupełnienia zużycia ropy naftowej. Autobusy miejskie, takie jak Cincinnati Metro, również używają biodiesla. Potencjalne przyszłe cele obejmują obszary takie jak zastosowania morskie i rolnicze oraz ogrzewanie domów.

Wraz ze wzrostem świadomości społecznej biodiesel i ogólnie biopaliwa mogą z łatwością znaleźć się w rozmowach przy kolacji. Wzrasta również poparcie polityczne, a w następstwie przepisów, takich jak nowelizacja EPACT z 1998 r., Alternatywne źródła paliw będą koniecznością w nie tak odległej przyszłości..

Aby uzyskać więcej informacji na temat biodiesla, biopaliw i powiązanych tematów, sprawdź linki na następnej stronie.

Powiązane artykuły

• Quiz Corner: Biodiesel Quiz
• Jak działają silniki samochodowe
• Jak działają silniki wysokoprężne
• Jak działają katalizatory
• Jak działają dwusuwowe silniki wysokoprężne
• Jak działa rafinacja ropy naftowej
• Jak działają samochody elektryczne
• Jak działa gospodarka wodorowa
• Jak działa benzyna
• Jak działają samochody hybrydowe
• Jak działa biodiesel z alg

Więcej świetnych linków

• Krajowa Rada Biodiesla
• Departament Energii Stanów Zjednoczonych (DOE)
• Efektywność energetyczna DOE i energia odnawialna
• Centrum danych paliw alternatywnych DOE
• DOE Energy Information Administration
• Planet Green
• TreeHugger.com