Биодизель - топливо будущего

Министерство Сельского  Хозяйства РФ

Орловский Государственный  Аграрный Университет

Кафедра Биотехнологии

Реферат

На тему: «Биодизель»

Выполнила студентка 2 курса  группы А 211-1 Рекова М.В.

Проверил кандидат с/х наук доцент Бородин Д.Б.

2012 год

Содержание:

1. Описание производства биодизеля .
2. Применение и распространение биодизеля в мире и России.
3. Производство биодизеля в Орловской области.
4. Патентовый поиск.

1.Биодизель, производство биодизеля, получение биодизеля.

Биодизельное топливо (БдТ) представляет собой сложный метиловый эфир масляных кислот с качеством дизельного топлива, производимый из масла растительного или животного происхождения.

В настоящее время в России и  за рубежом, помимо применения чистого  биодизельного топлива, рассматриваются практические аспекты использования в дизельных двигателях биотоплива из растительного сырья следующих видов:

натуральное рапсовое масло (в чистом виде) - исследования показали, что оно  обладает плохими пусковыми свойствами при пониженной температуре, а из за наличия свободных кислот более агрессивно к конструкционным и уплотнительным материалам, имеет склонность к окислению при хранении;

биотопливо из смеси рапсового масла с дизельным топливом - в пропорции 75% рапсового масла и 25% дизельного топлива данная смесь обладает наилучшим соотношением баланса энергии (39,8 Гдж);

биотопливо из смеси дизельного топлива и метилового эфира рапсового масла (МЭРМ).

Для производства биодизельного топлива в мире в основном используются следующие виды сырья: в Европе - рапс, в США - соя, в Канаде - рапс , в Индонезии - пальмовое масло, на Филиппинах - пальмовое, кокосовое масла, в Индии, в Африке - соя, в Бразилии - соя, касторовое масло, в России - рапс.

При производстве биодизельного топлива в очищенное от механических примесей масло добавляют метиловый спирт и щелочь, которая служит катализатором реакции переэтерификации. Смесь нагревают до температуры 50 °С. После отстаивания и охлаждения жидкость расслаивается на две фракции - легкую и тяжелую. Легкая фракция представляет собой метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ), или биодизель, тяжелая - глицерин. По своему молекулярному составу биодизель близок к дизельному топливу. Из 1 т семян рапса можно получить около 300 кг (3 0%) рапсового масла, а из этого количества масла - до 270 кг биодизельного топлива. Выход глицерина составляет при этом около 10%. Из него производят моющие средства, жидкое мыло и фосфорные удобрения.

Биодизель можно использовать как в чистом виде, так и в качестве добавки к дизельному топливу в количестве от 5 до 35% объема. При этом, как утверждает большинство специалистов, никакой модификации обычного дизельного двигателя не требуется. Исследования подтверждают, что мощность двигателя при работе на биодизеле несколько снижается и, как следствие, на 5-8% увеличивается расход горючего. Однако с помощью регулировок мощность двигателя можно восстановить. Ресурс двигателя при использовании биодизеля не меняется. Биодизель имеет хорошие смазывающие свойства, чем выгодно отличается от минерального топлива. Он продлевает срок службы двигателя, удаляя отложения нефтепродуктов на его деталях.

Кроме того, при использовании биодизеля в атмосферу выбрасывается значительно меньше вредных веществ, чем при работе двигателя на минеральном топливе. Выбросы сажи меньше на 50%, СО - на 10-12, СН - на 20%. Серы в выхлопе мало - 0,005-0,05% против 0,2-0,5% при работе двигателя на минеральном топливе. Из-за высокого содержания кислорода в биодизельном топливе (10%) в отработавших газах автомобиля больше окислов азота, но этот показатель снижается до нормы после соответствующих настроек топливной системы (уменьшение угла опережения впрыскивания топлива).

Производство дизельного биотоплива в мире непрерывно растет. За 15 лет (с 1991 по 2006 г.) оно выросло с 11 тыс, до 4,5 Млн т. По данным ЕС, рост инвестиций в производство биотоплива запланирован в большинстве стран. С 2004 г. руководство ЕС субсидирует фермеров, производящих сырье для биотоплива (выращивающих рапс), из расчета 45 евро/га. Изменения, происходящие в производстве дизельного биотоплива в различных странах ЕС, иллюстрируют данные табл. 142.

Для обеспечения предусмотренной  директивой Евросоюза 2003/30 Е от 8 мая 2003 г. доли потребления биотоплива в 2010 г. в размере не менее 5,75% понадобится 12,5 млн т масла и жиров, в том числе 7,9 млн т рапсового масла (рис. 100). Будут построены 40 новых заводов. дефицит масла, покрываемый за счет импорта, составит около 1,6 млн т.

Оценка потребности Евросоюза  в производстве биодизеля в 2010 г. позволит довести его долю в совокупном потреблении дизельного топлива до 5,75%.

Лидерами в производстве биодизеля, кроме Германии, являются Франция, Италия, США, Чешская Республика.

В США в 2006 г. действовало около 150 установок для производства дизельного биотоплива из соевого масла (90%), а также из других масел, включая животный жир.

В Италии производство биодизеля осуществляется примерно на 20-25% из собственного сырья (подсолнечное и соевое масло), а остальное - из импортируемого рапсового масла.

В Великобритании в 2005-2006 гг. предложено дизельное топливо смешивать  с подсолнечным маслом. Оно на 20% было дешевле дизельного топлива.

Французские потребители пошли  по пути использования смешанного дизельного топлива с небольшой растительной добавкой (около 3 0%). Это не требует  затрат на модификацию двигателей под  новые стандарты.

Параметры дизельного биотоплива по сравнению с дизельным топливом, полученным из нефти, приведены в табл. 143.

В России в промышленных объемах  производятся высокоэнергетические масличные  культуры (подсолнечник, рапс, соя, сурепица и др.), пригодные для выработки  дизельного биотоплива.

ГНУ ВИМ, МГАУ проведен комплекс исследований по использованию в сельском хозяйстве  биодизельного топлива на основе рапсового масла.

Сравнительные физико-химические характеристики рапсового масла, смесевого и  дизельного топлива приведены в  табл. 144.

Смесевое топливо по сравнению  с метиловым эфиром рапсового  масла имеет следующие преимущества: простая технология получения, реализуемая  в сельскохозяйственном предприятии  без накладных расходов, высокая  стабильность в хранении, растворении  на молекулярном уровне.

По сравнению с дизельным  топливом плотность чистого рапсового  масла больше на 9%, вязкость - в 25 раз, содержание серы - меньше в 10 раз, температура  застывания - выше на 17 0С по сравнению  с зимним топливом и на 8 °С ниже, чем летнего дизельного. Смесевое топливо по физико-химическим показателям занимает промежуточное положение.

Большая вязкость чистого рапсового  масла осложняет его применение в двигателях, однако при повышении  температуры до 70-90 °С его вязкость снижается до значений, близких к вязкости дизельного топлива.

Метиловый эфир рапсового масла  по физико-химической характеристике (вязкость - зольность) ближе к дизельному топливу, при его использовании  не нужен подогрев топлива, в меньшей  степени образуются отложения на деталях цилиндропоршневой группы. Качество метиловых эфиров рапсового  масла нормируется европейским стандартом ЕМ 14.214.2003 (ЕС).

С учетом мирового опыта использования  биотоплива представляет интерес энергобаланс при производстве смесевого топлива и метилового эфира рапсового масла (табл. 145).

При производстве смесевого топлива  с 1 га площади по топливной составляющей получается 39,8 Гдж. При производстве метилового эфира рапсового масла данная составляющая равна 28 Гдж. Однако в последнем варианте дополнительно получается 83 кг глицерина.

Анализ экологических показателей  двигателей свидетельствует о снижении токсичных выбросов при работе с  использованием биотоплива. Содержание окиси углерода СО (угарный газ) на всех режимах полной нагрузки и выбросы углеводородов (СН) уменьшаются примерно в 2 раза, количество твердых частиц - также в 2 раза, а на режиме малой нагрузки эти характеристики снижаются практически до нуля.

2. Применение и распространение биодизеля в мире и России.

Во всем мире все чаще говорят о необходимости использования  альтернативных, возобновляемых и экологически чистых источников энергии. Невозобновляемость нефтяных ресурсов тревожит даже страны, которые сегодня радостно подсчитывают заработанные на экспорте нефтедоллары.

Одной из распространенных альтернатив минеральному дизельному топливу во всем мире сегодня считают  биодизель — топливо, синтезированное из растительных масел.

Применение процесса этерификации растительного масла или животного  жира метиловым спиртом дало возможность  получить метиловые эфиры жирных кислот. Эти эфиры оказались на удивление похожими по своим физико–химическим показателям на минеральное дизельное топливо и вполне пригодны для применения в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания как в чистом виде, так и в смесях с нефтепродуктами. 

Как и солярка, биодизельное горючее предназначено для применения в технике с дизельными двигателями. Для перехода на его использование мотор или другие системы машины модернизировать не нужно.

Биодизель биологически легко расщепляем и не загрязняет воду.  Это значит, что ни для транспортировки, ни для хранения особенных предписаний не предусмотрено. Кроме того биодизель обладает рядом других полезных свойств:

1. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. Биодизель же, несмотря на "обделенность" серой, характеризуется хорошими смазочными показателями. Это обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода.

2. При работе двигателя  на биодизеле одновременно производится смазка его подвижных частей, в результате которой, как показывают испытания, достигается увеличение срока службы самого двигателя и топливного насоса в среднем на 30%.

3. Еще один технический  показатель, интересный, скорее всего,  для организаций, хранящих и  транспортирующих ГСМ: точка воспламенения.  Для биодизеля ее значение превышает 100 °С, что позволяет назвать биогорючее относительно безопасным веществом. Тем не менее, это не означает, что к нему можно относится с халатностью.

Распоряжением Кабинета Министров  Украины от 28 декабря 2005 г. N 576-р одобрена Концепция Программы развития производства дизельного биотоплива на период до 2010 г., а постановлением КМ Украины № 1774 от 22 декабря 2006 г. утверждена Программа развития производства биодизеля. Целью данной программы является повышение уровня эколого – энергетической безопасности Украины и уменьшение зависимости национальной экономики от импорта нефтепродуктов, обеспечение аграрного сектора экономики и транспорта биотопливом собственного производства.

Британское издание "The Independent" сообщает, что ученые подвергли критике всеобъемлющий отчет государств и компаний занимающихся добычей нефти, предостерегая, что нефтяные запасы могут истощиться гораздо ранее, чем официально сообщается. Первые признаки нефтяного кризиса будут ощутимы уже в ближайшие 3 - 4 года.

Одновременно известно, что нефтетрейдеры с опаской смотрят на развитие производства биологических видов топлива и даже считают, что неконтролируемое развитие производства биотоплива может разрушить рынок нефтепродуктов в Украине. Однако, по нашему мнению, все эти опасения напрасны, т.к. биотопливо и в частности биодизель не является заменителем минерального, а наоборот скорее единственным шансом продлить существование рынка нефтепродуктов - дизельного топлива в частности.

Понятие биодизель, сегодня несколько размыто и не имеет четкого определения. Первоначально биодизелем называли смесь минерального дизельного топлива с рапсовым маслом (и только рапсовым). Такие смеси готовили в соотношении 5 – 30 % рапсового масла и 95 – 70 % минерального дизтоплива. Качество смеси было не очень высоким и после определенного периода времени происходило расслоение содержимого, в результате чего работа двигателя становилась не стабильной, а иногда и вообще не возможной (именно поэтому некоторые считают, что биодизель нельзя использовать в чистом виде, а только как добавку в минеральное дизельное топливо).

Физико-химические показатели биодизеля в сравнении с минеральным летним дизельным топливом:

Данные приведенные в  таблице являются усредненными и  могут отличаться по некоторым показателям  при производстве.

В России не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива, но создаются региональные программы, например Алтайская краевая целевая программа «Рапс — биодизель». В Липецкой области создана Ассоциация Производителей Рапсового Масла.

Планируется строительство заводов по производству биодизеля в: Липецкой области, Татарстане, Алтайском крае, Ростовской области, Волгоградской области, Орловской области, Краснодарском крае, Омской области.

ОАО «РЖД» в 2006—2007 годах провела испытания биодизеля из рапсового масла на тепловозах депо Воронеж-Курский Юго-Восточной железной дороги. Представители РЖД заявили о готовности использовать биодизель в промышленных масштабах на своих тепловозах .

3. Производство биодизеля в Орловской области.

На прошедшей в мае  в Орле Ярмарке Инвестиций о намерении  построить в Орловской области  завод по производству биодизеля заявила московская компании ЗАО "Тэнд Т-трейд". Как следует из инвестиционного соглашения, завод будет ежегодно выпускать до 100 тыс. т биодизеля, Орловские чиновники утверждают, что инвестор уже провел предварительный раунд переговоров с экспортерами о поставках в страны Европы как сырья для производства биодизельного топлива, так и готового продукта. 
 
Как отмечают аналитики, в частности, в Институте конъюнктуры аграрного рынка, практически все заявленные проекты сталкиваются с проблемой недостатка первичного сырья - самого рапса. Как правило, для работы завода-"стотысячника" необходимо не менее 100 тыс. га посевных площадей в "сырьевой зоне". А в этом году посевы рапса в Липецкой области составили около 40 тыс. га (из них половина приходится на пять агрохолдингов - участников проекта "Либойл"). Поэтому главной задачей является увеличение посевов этой культуры. Так, липецкие аграрии намерены увеличить свой рапсовый клин до 100 тыс. га в течение двух лет.  
 
Всего же в России в этом году рапсом засеяно около 500 тыс. га - главным образом в южных регионах (Ставрополь и Краснодар), Черноземье и Поволжье. А в Минсельхозе РФ в настоящее время разрабатывается программа "Развитие производства рапса", согласно которой планируется увеличить площади под этой культурой до 0,9 млн га в 2008 году и до 1,3 млн га к 2009 г. Как предсказывают специалисты аналитической компании СОВЭКОН, в ближайшие несколько лет объем производства превысит рубеж в 1 млн т, а рапс может стать второй по значимости масличной культурой в стране.  
 
В Центральной России лидером по производству рапса является Орловская область. В этом году рапс возделывается в этом регионе на 60 тыс. га, что почти вдвое больше прошлогоднего. Для сравнения - такие же площади занимает рапсовый клин в Краснодарском крае и Ставрополье вместе взятых, в Татарстане (лидере по производству этой культуры в Поволжье) - 30 тыс. га. При этом в ряде хозяйств Орловской области урожайность превышает более 20 ц. с га (при средней по стране - 10-12 ц.). Эксперты прогнозируют, что в этом году на Орловщине будет собрано около 80 тыс. семян рапса. А как сообщил начальник отдела растениеводства управления сельского хозяйства и продовольствия Орловской обладминистрации Борис Вороничев, посевы рапса в области будут расширены до 150 тыс. га. Отметим также, что на территории региона находится завод растительных масел ОАО "Орелрастмасло", который входит в пятерку лидеров-производителей рапсового масла в стране. 
 
Использование рапсового масла в качестве горючего возможно в двух видах. Наиболее распространенный способ использования - в качестве добавки к обычному дизельному топливу (добавки до 7% не требуют доработки двигателя). Можно заправлять двигатели и "чистым" рапсовым маслом, что, однако требует специальной микроволновой установки, а также определенной модернизации двигателя и топливной системы. Однако в любом случае необходима первичная переработка - производство рапсового масла. Несмотря на постоянное увеличение урожая рапса, мощностей для переработки семян сейчас также недостаточно. Кроме упомянутого ОАО "Орелрастмасло", на территории Черноземья рапсовое масло производят еще два масло-экстракционных завода: в Воронежской области - Верхнехавский и в Белгородской области - Валуйский КРМ. Поэтому строительству заводов по производству биодизеля, кроме увеличения рапсового клина, будет предшествовать строительство новых масложировых комбинатов, ориентированных на выработку рапсового масла, либо - модернизация существующих маслобоен с тем, чтобы они могли перерабатывать семена как подсолнечника, так и рапса. Как сообщил один из инициаторов липецкого проекта "Либойль", вице-президент Топливной ассоциации Артур Шахов, в планах компании - строительство "рапсового" масложирового комбината в Липецкой области в течение ближайших двух лет, после чего ассоциация сможет приступить непосредственно к строительству завода биотоплива. 
 
Вероятно, из-за перечисленных проблем российские топливные компании пока проявляют очень сдержанный интерес к биотопливу. "Говорить о нашем участии в проектах по производству биодизеля преждевременно, - заявил руководитель пресс-службы "ЛУКойла" Дмитрий Долгов, - внутренний рынок не готов к использованию биотоплива, а перспективы экспорта в Европу сейчас неясны". По словам представителя ЛУКойла, участие нефтяного концерна в строительстве заводов биодизеля станет возможным при условии предоставлении этой отрасли "европейских" преференций по налогообложению. "Пока традиционное топливо выгоднее", - резюмировал господин Долгов. 
 
Однако генеральный директор Торгового дома "Орелрастмасло" Сергей Круглов перспективы по производству биодизеля в регионе оценивает как вполне реальные. "Россия одна из немногих стран, где выращивается только одна масличная культура - подсолнечник. Появление дополнительных культур неизбежно, а самые большие перспективы из них, по нашим оценкам, у рапса, - пояснил господин Круглов, - и мы предполагаем, что в ближайшем будущем производство и переработка масличных будут испытывать значительный рост за счёт этой культуры".  
 
При этом, как отметил гендиректор "Орелрастмасла", рост предложения со стороны сельхозпроизводителей будет формироваться за счёт высокой рентабельности при производстве рапса. Однако в России нет традиции использования рапсового масла в домашнем хозяйстве (несмотря на то, что по ряду показателей оно значительно превосходит "традиционное" подсолнечное), поэтому, несмотря на прогнозируемое повышение и розничных продаж, и объемов промышленной переработки на нужды пищевых производств, интерес к переработке рапса со стороны маслодобывающих предприятий и дальнейший рост производства масла будет происходить за счёт значительного спроса на этот продукт в Европе для производства биодизеля. "Проблема производства биодизеля - это вопрос скорее государственного интереса, нежели вопрос расторопности той или иной компании, - подытожил Сергей Круглов, - мы активно изучаем технологии получения биодизеля и можем сказать, что как только производить биодизель в России будет выгодно, наше предприятие в кратчайшие сроки сможет предложить этот продукт на внутренний рынок".

Основные преимущества использования  биодизеля: 
 
1. Биодизель является единственной альтернативой топлива, которая может использоваться в любых обычных, немодифицированных дизельных двигателях. Условия хранения не отличаются от таковых для обычного дизельного топлива. 
 
2. Биодизель может использоваться в чистом виде, либо в смеси в любом соотношении с нефтяным дизельным топливом. Самой распространенной является смесь из 20% биодизельного топлива и 80% нефтяного дизельного топлива (европейское обозначение такого топлива "B20"). 
 
3. В жизненном цикле производства и использования биодизельного производится примерно на 80% меньше выбросов диоксида углерода и почти на 100% меньше - диоксида серы. Сгорание биодизельного топлива происходит при сокращении более чем на 90% количества несгоревших углеводородов, и на 75-90% ароматических углеводородов. Выбросы оксидов азота в зависимости от двигателей и процедуры тестирования оцениваются практически в тех же цифрах, что и для минерального дизтоплива. Есть данные, что за счет снижения мутагенности, биодизельное топливо на 90% уменьшает риск развития рака. 
 
4. Биодизельное топливо состоит из 11% (по весу) кислорода и не содержит серы. Использование биодизеля может продлить жизнь дизельных двигателей, так как он имеет более высокие, чем у нефтяного дизельного топлива, смазывающие характеристики, в то время как остальные (потребление топлива, автовоспламенение, мощность и крутящий момент) сопоставимы. 
 
5. Биодизельное топливо безопасно для использования и транспортировки, поскольку оно является биологически чистым, как сахар, в 10 раз менее токсичено, чем поваренная соль, и обладает высокой температурой воспламенения (около 150 градусов по Цельсию против 55 для нефтяного дизельным топливом). 
 
6. Биодизель может быть изготовлен из широкого арсенала сырья (различные возобновляемые масличные культуры, таких, как соя, кукуруза или рапс). 
 
7. Биодизель является проверенным видом топлива с более чем двадцатилетней историей эксплуатации в Европе и США. 
 
8. При сгорании в дизеле, биодизельное топливо заменяет запах выхлопных газов на приятный запах попкорна или французского картофеля.