РОЗДІЛ 26. Біодизельне паливо

Екологія. Сильною стороною біодизеля так само є те, що він при згорянні викидає в атмосферу значно менше шкідливих газів (біодизель у порівнянні з мінеральним аналогом майже не містить сірки (< 0,001 %, тоді як мінеральне дизпаливо < 0,2 %). У світовій практиці лімітується ряд компонентів вихлопних газів, серед них: монооксид вуглецю СО, незгорілі вуглеводні, оксиди азоту NOX і сажа. Очевидні переваги біодизелю за показниками продуктів згоряння: монооксиду вуглецю, вуглеводнів, залишкових частинок і сажі. У ЄС виробництво біодизеля давно отримала підтримку уряду, так як розглядається як стратегічний напрямок розвитку паливної галузі.

Менше викидів С02. При згорянні біодизеля виділяється рівно така ж кількість вуглекислого газу, що було спожито з атмосфери рослиною, що є вихідною сировиною для виробництва олії, за весь період її життя. Тим не менш, слід зауважити, що назвати біодизель екологічно чистим паливом було б невірно. Він дає меншу кількість викидів вуглекислого газу в атмосферу, ніж звичайне дизпаливо, але все таки це не нульовий викид.

Кращі змащувальні характеристики. Відомо, що мінеральне дизпаливо при усуненні з нього сірчистих сполук втрачає свої мастильні здібності. Біодизель же, незважаючи на значно менший вміст сірки, характеризується хорошими мастильними властивостями. Це обумовлюється його хімічним складом і вмістом в ньому кисню.

Збільшення терміну служби двигуна. При роботі двигуна на біодизелі одночасно проводиться змащення його рухомих частин, в результаті чого, як показують випробування, досягається збільшення терміну служби самого двигуна і паливного насоса в середньому на 60%. Важливо відзначити, що немає необхідності модернізувати двигун.

Висока температура запалювання. Ще один технічний показник, цікавий для організацій, які зберігають і транспортують ПММ: точка займання. Для біодизеля, її значення перевищує 150°С, що дозволяє назвати біопаливо відносно безпечною речовиною.

26.5. Практика використання біодизельного палива.

Світове суспільство вже багато років дискутує і працює в напрямках пошуку альтернативи мінеральним енергоносіям (нафта, газ, вугілля). Наближається ера вичерпання глобальних запасів нафти. За прогнозами ОПЕК, у США запаси чорного золота вичерпуються у 2020 р., в Росії - в 202І році. Лише в Іраку та Ірані вони поки що незліченні. Але політична ситуація цих країн не дає упевненості в стабільній ціновій політиці, яка буде проводитися ними в майбутньому. Це значно загострить енергетичні проблеми більшості країн світу [18, 21, 47, 48].

Рис. 26.8. Розподіл біопалива по країнам ЄС.

ЄС і США встановлюють благо сприятливу податкову систему і працюють над новими законопроектами для постачання на ринок біодизельного палива. В зв'язку з зрістом цін на нафту припускається , що в майбутньому біопаливо стане більш рентабильним. Це, в свою чергу, значно збільшує попит і на ефірні олії, такі як ріпакова, соєва і пальмова. В недалекому минулому висока ціна на біодизель перешкоджала продажам, але пізніше увага акцентувалась на потребу в безпечному паливі, особливо в країнах, які випускають достатню кількість олії. ЄС випустив директиву для популяризації біодизеля з цілою замінити їм хоча б 2% нафтого палива. В цій директиві також була поставлена задача збільшення використання нового виду палива до 2010 року на 5,75%. За даними за 2010 рік, в ЄС було вироблено 4,4 млн. тон ріпакової олії. Світове використання палива транспортом в середньому складає 561 млн. тон в 2010 році. Зі зростаючою проблемою глобального потепління і з прийняттям Протоколу Кіото від 1997 року, розвинені країни більш ретельно підходять до питань захисту навколишнього середовища і підтримують ідею про використання біопалива. Мільйони автомобілів в Європі працюють на біодизелі. Він використовується в чистому виді (В 100) або, як суміш з нафтовим дизельним паливом. Чистий, без домішок біодизель може заливатись до баку будь-якого дизельного транспорту. Біодизель може використовуватися в будь-яких дизельних двигунах без внесення зміни в конструкцію двигуна. Однак існує дискусія щодо ступеня безпечності використання біодизелю для таких двигунів. Оскільки біодизель кращий розчинник ніж звичайне дизельне пальне - він "прочищає" двигун, видаляє наліт з паливних трубок, може негативно вплинути на довговічність деяких гумових деталей, і отже, може призвести до засмічення паливної апаратури [44]. Багато автовиробників дуже позитивно налаштовані щодо використання біодизелю, наводячи нижчий рівень зношення двигуна, як одну з переваг цього пального. Однак при переході від звичайного дизельного пального на біодизель, можливо, знадобиться заміна паливного фільтра. Більшість виробників оприлюднюють перелік автомобілів, які працюватимуть на 100% біодизелі. Проте перед використанням біодизелю вперше більше доцільним було б для деяких авто проконсультуватись з автовиробником. Деякі автовиробники залишаються обережними в питанні використання біодизелю. Багато виробників у Великобританії надають гарантійну підтримку на двигуни лише за умови використання не більш як 5% біодизеля, змішаного з 95% стандартного дизельного пального - проте ця позиція вважається занадто обережною. Відповідно до норм автомобілів "Peugeot" та "Citroen", дизельні двигуни можуть працювати на 30% біодизелю. "Scania" та "Volkswagen" мають інші норми, які дозволяють використовувати 100% біодизелю для більшості їхніх двигунів. В США проводились дослідження по використанню в якості палива 100% метилового ефіру соєвої олії (біодизелю), сумішей із 20% такого біодизелю і 85% нафтового дизпалива; 35% метилового ефіру соєвої олії і 65% нафтового дизпалива; 65% метилового ефіру соєвої олії і 35% нафтового дизпалива. Паливо із 20% добавки метилового ефіру соєвої олії прийнято Міністерством Енергетики США як альтернативне паливо. За даними Інституту Палива в штаті Колорадо при збільшенні такої добавки в паливі від 20% др 100% витрата палива зменшується на 3,9% [28]. Реалізація Указу Президента України від 26 вересня 2003 р. "Про заходи щодо розвитку виробництва палива з біологічної сировини” та Розпорядження Кабінету Міністрів України від 6 жовтня 2003 року за №597-р 'Про розвиток виробництва біодизеля в 2003 році” дасть змогу, крім зменшення залежності національної економіки від імпорту нафтопродуктів, забезпечити розвиток агропромислового комплексу та стримати погіршення екологічної ситуації. До того ж, Україна бачить себе в найближчому майбутньому в складі Європейського союзу, а директивами Європейського парламенту Ради ЄС від 8 травня 2003 року передбачено, що у кожній із країн Євросоюзу в 2005 році паливо з продуктів переробки сільського господарства має становити не менше 2% загальної кількості палива, що використовується, а до 2010 року – 5,7% [44,45]. Із численних замінників палива для дизелів (спиртів, ефірів, газоподібного палива) найпридатнішим є виготовлені на основі рослинних олій, оскільки вони мають близьку до дизельного палива самозаймистість і теплоту згоряння. У світовому виробництві серед різних олій лідирує соєва, потім пальмова і на третьому-четвертому місці – ріпакова разом із соняшниковою. Проте, враховуючи реальні можливості вирощування олійних культур для енергетичних потреб в умовах Європи та України, пріоритетне значення має ріпакова олія, а соняшникова займає другу позицію [39-45]. Україна відноситься до енергодефіцитних країн, оскільки покриває свої потреби в паливно-енергетичних ресурсах лише на 53%, імпортуючи 75% необхідного об'єму природного газу і 85% сирої нафти і нафтопродуктів [39-45]. Залежність від імпорту нафти роздивляється більшістю розвинених країн як питання національної і енергетичної безпеці, а використання нафтопродуктів як джерел енергії несе в собі значну екологічну небезпеку [39-45]. Таким чином, залежність від імпорту нафтопродуктів, ціни на які невблаганно ростуть, а также значне погіршення екологічної ситуації стимулюють інтенсивний пошук

альтернативних джерел енергії. Ситуація, в якій знаходиться Україна, може порівнятися з тією, в якій опинилася світова спільнота в 1973-1974 pp. Сьогодні для України настало час розвивати власні потужності для виробництва біодизельного палива з поновлюваних сировинних ресурсів [47-49]. Розглянемо складові сировинної бази для виробництва біодизеля в Україні, до яких можна віднести: олії, що отримуються з насіння олієвмістких рослин, "мультісировина" м'ясокомбінатів (жири тварин), фритюрний жир та ін. Зважаючи на досвід європейських держав, виробництво біодизеля в Україні ножна організувати на наступних типах установок і заводів [47-49]: мілкогоннажні установки 300-3000 т/ рік (для фермерів), регіональні (області) заводи 10000-30000 τ/рік, промислові заводи державного значення 50000- 100000 т/рік. При врожайності рапсу в середньому 20 ц/ га необхідно засіяти 0,85-0,9 млн. га ріллі, що складає близько 3% від загальній площі (33,8 млн. га) орних земель України. Заміна частин дизельного палива (1870 тс. τ/рік), яке в наш час споживає АПК України, на біодизельне дозволить забезпечити сільськогосподарську техніку бінарним біопаливом раціонального складу: 30% біодизеля + 70% ДП [58]. Розглянемо, в яких областях України кращі умови вирощування рапсу [16,19,21]: озимого – Львівська, Івано-Франківська, Тернопільська. Хмельницька, Вінницька, Київська, Рівненская і Волинська області; ярини – Кіровоградська, Київська, Черкаська, Одеська, Херсонська, Полтавська Чернігівська Сумська, Харківська області і АР Крим. У країнах Євросоюзу виробництво біодизеля має істотну державну підтримку. У Німеччині біопаливо не обкладається мінеральними н екологічними податками, існує система дотування вирощування рапсу, у Франції податкова скидка складає 0,35 євро/л біодизельного палива в Іспанії автомобилістам, що використовують біопаливо, дозволена безкоштовна внутрімісцева парковка. В цілому по Європі 1 л біодизеля на 0,1-0,15 євро дешевше, ніж дизельне паливо. Вартість біодизельного палива залежить від ряду чинників [23]: урожайність рапсу, ефективність використання соломи і шроту, вартість хімічних інгредієнтів (метанолу і луги), глибина переробки гліцеринової води, якості технологічного процесу отримання біодизеля. Розглянемо фізико-хімічні показники біодизеля і еколого-експлуатаційні характеристики дизелів при їх роботі на біопаливі. У ряді зарубіжних публикацій [15, 16, 33, 35] міститься інформація про те, що при проведенні порівняльних випробувань дизелів на дизельному паливі і біодизелі не відмічено яких-небудь істотних відмінностей поведінки двигуна при зміні виду палива, що можна пояснити хорошою якістю випробовуваного біопалива, яке забезпечується жорсткими вимогами до його хімічних показників, закладеними в національних стандартах на біодизельне паливо. У таблиці приведені європейські стандарти EN 14214:2004 на біодизель і ДСТУ-3868-99 на дизельне паливо. Як видно, 12 показників EN 14214:2004 можна (на першому етапі розробки державної нормативної документації на біодизельне паливо) визначати методами випробувань, приведеними в ДСТУ 3868 99. Для визначення інших показників використовуються стандарти EN і ISO.

Таблиця 26.8.

Фізико-хімічні показники біодизеля і дизельного палива

26.6. Обладнання для виробництва біодизельного палива.

26.6.1. Установки для багатотоннажного виробництва біодизельного палива.

Біодизель - це альтернативне экологично чисте, відносно дешеве дизельне пальне, продуктуємо з місцевої рослинної сировини [20,21,23]. Біодизель отримують з рослинних оліб шляхом реакції переетерифікації. Основні реагенты: рослинна олія і метанол с додаванням незначної кількісті каталізатора - луги (КОН).

У відомих технологічних схемах виробництва біодизеля на установках циклової дії із застосуванням лужного каталізатора тривалість реакції досягає 8 годин. Такий тривалий час реакції не дає можливості створення установок великої продуктивності і вимагає великих продуктивних площ. Розробленні! комплекс безперервного виробництва біодизеля в потоці позбавлений перерахованих недоліків. Принципова схема комплексу показана на рис. 26.9.

Рис. 26.9. Установка для виробництва біодизельного палива.

Технічні характеристики:

1. Лродукгивність - м3 год, 4,0-12,5;

2. Режим роботи - безперервний;