Сырье для производства биодизеля

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Дальневосточный федеральный университет»

Кафедра продуктов питания из растительного сырья и технологии живых систем

Реферат

на тему «Сырьё для производства биодизеля»

Владивосток 2015

1. Понятие биодизеля - возобновляемого источника энергии

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.

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

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.

Известно, что молекулы жира состоят из так называемых триглицеридов: соединений трехвалентного спирта глицерина с тремя жирными кислотами. Для получения метилового эфира к девяти массовым единицам растительного масла добавляется одна массовая единица метанола (т.е. соблюдается соотношение 9:1), а также небольшое количество щелочного катализатора. Все это смешивается в реакторных колоннах при температуре 60°С (и нормальном давлении. В результате химической реакции образуется, в первую очередь, желаемый метиловый эфир, а также побочный продукт -- глицерин, широко используемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленностях. Полученный эфир отличается хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для минерального дизтоплива цетановое число 50-52, то цетановое число биодизеля (метиловый эфир) уже 56-58. Это позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих стимулирующих воспламенение веществ.

Благодаря такомусвойству метиловый эфир, получаемый из растительных масел и жиров, и был назван биодизелем.

Биотопливо в Европе

Европейская комиссия поставила задачу использовать к 2020 году альтернативные источники энергии как минимум в 10 % транспортных средств.

В ноябре 2007 в Великобритании было создано Агентство по возобновляемому топливу (англ. Renewable Fuels Agency), которое должно контролировать введение требований к использованию возобновляемого топлива. Председателем комитета стал Эд Галлахер (Ed Gallaher), бывший исполнительный директор Агентства по окружающей среде.

Дебаты по поводу жизнеспособности биотоплива на протяжении 2008 года привели к повторному всестороннему исследованию проблемы комиссией, возглавляемой Галлахером. Было рассмотрено непрямое влияние использования биотоплива на производство пищевых продуктов, разнообразие выращиваемых культур, цены на продовольствие и площадьсельскохозяйственных земель. В отчете предлагалось снижение динамики внедрения биотоплива до 0,5 % в год. Цель в 5 процентов таким образом должна быть достигнута не ранее чем в 2013/2014 г., на три года позже, чем было изначально предложено. Более того, дальнейшее внедрение должно быть сопряжено с обязательным требованием к компаниям применять новейшие технологии, ориентированные на топливо второго поколения.

C 1 апреля 2011 года на более чем 300 шведских заправочных станциях можно приобрести новый дизель. Швеция стала первой страной в мире, где можно заправлять машины эко-дизелем, сделанным на основе масла шведских сосен. «Это хороший пример того, как можно использовать многие ценные составляющие леса и как наше „зеленое золото“ может дать и больше рабочих мест и лучше климат» -- министр сельского хозяйства страны Эскиль Эрландссон/Eskil Erlandsson.

Биотопливо в России

По данным Росстата, в 2010 году российский экспорт топлива растительного происхождения (в том числе солома, жмых, щепа и древесина) составил более 2,7 млн тонн. Россия входит в тройку стран экспортеров топливных пеллет на европейском рынке. Всего около 20 % произведённых биотоплива потребляется в России[15].

Потенциальное производство в России биогаза - до 72 млрд мі в год. Потенциально возможное производство из биогаза электроэнергии составляет 151 200 ГВт, тепла - 169 344 ГВт.

В 2012 -- 2013 годах планируется ввести в эксплуатацию более 50 биогазовых электростанций в 27 регионах России. Установленная мощность каждой станций составит от 350 кВт до 10 МВт. Суммарная мощность станций превысит 120 МВт. Общая стоимость проектов составит от 58,5 до 75,8 млрд рублей (в зависимости от параметров оценки). Реализацией данного проекта занимаются ГК «Корпорация «ГазЭнергоСтрой» и Корпорация «БиоГазЭнергоСтрой».

биодизельный топливо сырьё переэтерификация

Зачем России биодизель?

Не стоит забывать, что какими бы огромными не казались запасы полезных ископаемых, они исчерпаемы даже в России. Используя известные на сегодняшний день разработки нефти, мы сможем протянуть лишь до 2040 года. А что дальше?

Тем временем экологическое положение в стране требует к себе уже не просто внимания, а самого пристального внимания.

И еще один фактор, говорящий в пользу биодизеля. Сейчас потребности сельского хозяйства России в энергии на 90% удовлетворяются ископаемыми видами топлива -- нефтью, углем, а также природным газом. Поэтому одной из причин ухудшения финансового положения аграрного сектора страны в 2002 году с уверенностью были названы возросшие в разгар полевых работ цены на ГСМ. В связи с этим, на мой взгляд, задуматься о возможностях производства и использования биодизеля в России следует, прежде всего, сельхозтоваропроизводителю.

2. Источники сырья для производства биодизеля

Сырьём для производства биодизеля служат жирные, реже - эфирные масла различных растений или водорослей. Также применяется отработанное растительное масло, животные жиры, рыбий жир и т.д. При этом биодизель полученный из различных масел имеет некоторые отличия.

Рапсовое масло. Обладает относительно высокой стойкостью к окислению. Содержание йода (IV) в нем ниже чем 120 ед., оно удобно для использования в зимних условиях. Рапс дает большие урожаи, поэтому значительные площади заняты именно этой культурой под сырье для биодизеля.

Таблица 1 Производство масла из различного сырья с гектара земли

Подсолнечное масло. В настоящее время урожаи подсолнечника ниже, чем урожаи рапса, однако он хорошо произрастает в странах с теплым и сухим климатом. Содержание йода (IV) в нем выше, чем 120 (согласно европейскому Стандарту EN 14214 его не должно быть более 120), поэтому его приходится смешивать с другими маслами, содержащими меньшее количество йода.

Животные жиры и отходы пищевых жиров. Применение этого вида сырья в Европе определяется Стандартом EN 14241. Животные и пищевые жиры содержат повышенное количество полимеров, но они получили распространение в тех странах, где они довольно дешевы и обеспечивают достаточную доходность.

Соевое масло. Оно получило широкое распространение в США и Аргентине. Масло сои имеет повышенное содержание йода (более 120), однако на него не распространяется действие европейского стандарта EN 14214, а американский стандарт D-6751-02 не содержит подобных ограничений.

Пальмовое масло. С 1987 г. широко используется в Малайзии для производства биодизеля. Из-за характерной для пальмового масла температуры снижения текучести при +11°C его применение ограничено странами с теплым климатом (или может использоваться в них только в смесях с другим сырьем).

Другие источники. Потенциальные возможности использования других семян масличных культур в качестве сырья для получения биодизеля полностью еще не исследованы. Применение ореховых масел начато в Никарагуа, опыты по использованию хлопкового масла успешно проведены в Греции.

Семена новых масличных культур. Для получения биодизеля с оптимизированными свойствами могут рассматриваться культуры:

* с минимальным содержанием полиненасыщенных жирных кислот типа линоленовой кислоты (18:3);

* с максимальным содержанием мононепредельных жирных кислот, типа олеиновой кислоты (18:1), чтобы обеспечить хорошую стабильность в сочетании с удобством зимнего использования;

* с минимальным уровнем насыщаемых жирных кислот (16:0) и стеариновой кислоты (18:0) для удобства зимнего использования.

Как видно из данных, приведенных в таблице, наиболее перспективным источником сырья для производства биодизеля являются водоросли. Красным цветом в таблице выделены масличные культуры, являющиеся в настоящее время наиболее распространенным сырьем для производства биодизеля.

Водоросли. Департамент Энергетики США с 1978 по 1996 гг. исследовал водоросли с высоким содержанием масла по программе «Aquatic Species Program». Исследователи пришли к выводу, что Калифорния, Гавайи и Нью-Мексико пригодны для промышленного производства водорослей в открытых прудах. В течение 6 лет водоросли выращивались в прудах площадью 1000 м2. Пруд в Нью-Мексико показал высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность составила более 50 г. водорослей с 1 м2 в день. 200 тыс. гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5% автомобилей США. 200 тыс. гектаров - это менее 0,1% земель США, пригодных для выращивания водорослей. У технологии еще остаётся множество проблем. Например, водоросли любят высокую температуру, для их производства хорошо подходит жаркий климат, но требуется некая температурная регуляция при ночных перепадах температур.

Кроме выращивания водорослей в открытых прудах существуют технологии выращивания водорослей в малых биореакторах, расположенных вблизи электростанций. Сбросное тепло ТЭЦ способно покрыть до 77% потребностей в тепле, необходимом для выращивания водорослей. Эта технология не требует жаркого пустынного климата.

Некоторые важные свойства продуктов переэтерификации наиболее распространенных растительных масел метанолом приведены в таблице 2.

Таблица 2 Свойства биодизеля из различного сырья

Наиболее распространенным биодизелем в настоящее время является так называемый рапсметиловый эфир (РМЭ), который в заметном количестве используется в Швеции, Германии, Франции и других странах. Его можно добавлять к дизельному топливу в концентрации до 30% без дополнительной регулировки двигателя. В западноевропейских странах принято решение об обязательной добавке 5% РМЭ в дизельное топливо, но кое-где (например, в Швеции) его используют непосредственно. Стоимость РМЭ в настоящее время примерно в два раза выше, чем нефтяного дизельного топлива. Однако можно полагать, что объемы производства метилированных растительных масел будут увеличиваться, агротехнологии совершенствоваться, что приведет к снижению их себестоимости до приемлемого уровня.

Заключение

Каковы перспективы использования биотоплива? Если еще не так давно они были довольно радужными, то с началом массового производства биодизеля и биоэтанола возникли социальные, экономические и даже экологические проблемы. Основные из них -- рост цен на продовольствие; истощение почв энергетическими культурами; вырубка лесов с целью создания новых посевных площадей для «топливных» культур, и, как следствие, изменение климата; продвижение генномодифицированных культур как сырья для биотоплива.

Все сказанное относится, главным образом, к биотопливам первого поколения. Производство топлива второго поколения еще не набрало достаточных промышленных масштабов и поэтому судить о возможных рисках еще рано. В любом случае ясно, что человечество не перейдет в мировом масштабе на биотопливо, а его доля в общей структуре потребления вряд ли превысит 5%.

Размещено на Allbest.ru