Стандартизация и климат на планете

3 Биодизель (решение проблем экологии)

23 апреля 2009 г. опубликована Директива 2009/30/ЕС, которая в основном посвящена вопросам сокращения выбросов в атмосферу парниковых газов, и прежде всего СО2 . Но поскольку двигатели внутреннего сгорания являются одним из основных источников углекислого газа, то в Директиве 2009/30/ЕС содержатся решения, вносящие существенны

е поправки в Директивы 98/70/ЕС и 2003/17/ЕС в части установления требований к автомобильному бензину и дизельному топливу с целью сокращения выбросов СО2. Автомобильное ЕС стремится к тому, чтобы выбросы СО2 новыми автомобилями не превышали норму в 130 г/км. В США 19 мая 2009 г. принят новый регламент, согласно которому легковые автомобили с 2012 г. обязаны потреблять не более 6,5 л бензина на 100 км, тем самым уменьшая выхлоп СО2 на 30%.

Россия, как и многие промышленно развитые страны, подписала Киотский протокол об ограничении выбросов углекислого газа в атмосферу для предотвращения парникового эффекта. Наличие богатых запасов углеводородного сырья позволяет России обеспечивать собственные потребности в энергоресурсах и определяет структуру топливно-энергетического баланса страны, в котором на долю сжигаемого топлива приходится около 90% от конечного потребления первичных энергоресурсов. В структуре потребления первичных энергоресурсов более 50% составляет природный газ, примерно по 20% - нефть и уголь, и около 10 % приходится на нетопливные ресурсы (ГЭС, АЭС, альтернативные источники энергии).

В мировом энергетическом балансе доля альтернативных источников составляет около 17% и растет быстрыми темпами. На развитие рынка альтернативных источников энергии влияет не только обеспеченность страны традиционными энергоносителями, но и их сравнительная стоимость. По мере развития уровня техники стоимость энергии из альтернативных источников постоянно уменьшается и приближается к стоимости энергии из углеродного сырья.

За рубежом, в связи с необходимостью резкого уменьшения вредного воздействия автотранспорта на окружающую среду, наметился ряд направлений по замене экологически опасных бензина и дизельного топлива на экологически чистое топливо, и в первую очередь - на биодизель.

Биодизель – это метиловый эфир жирных кислот, обладающий свойствами горючего материала, получаемый переэтерификацией растительных или животных жиров. Его главное достоинство - это сокращение концентрации СО2 в атмосфере: при сгорании биодизеля выделяется ровно такое же количество углекислого газа, которое было потреблено из атмосферы растением, являющимся исходным сырьем для производства масла, за весь период его жизни. При использовании биодизельного топлива на минеральной основе в атмосферу ежегодно выбрасывается огромное количество углекислого газа, получаемого из углеводородов, миллионы лет находившихся в земле в виде нефти. А повышение концентрации углекислого газа в атмосфере приводит к тому самому парниковому эффекту, бороться с которым и призван Киотский протокол. Использование же биодизеля не нарушает баланса углекислого газа в атмосфере земли.

Несколько слов о промышленных проблемах производства биодизеля.

В результате химической реакции переэтификации образуются, в первую очередь, метиловые эфиры жирных кислот, а также побочный продукт – глицерин, широко используемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленностях. Промежуточными продуктами при этом являются моно- и диглицериды, наличие которых в биодизеле нежелательно.

Недостатком процесса получения метиловых эфиров жирных кислот является применение в качестве сырья высокотоксичного метанола, использование которого ограничено законодательством РФ.

Биодизельное топливо сгорает практически без образования токсических окислов серы. Полученный эфир отличается хорошей воспламеняемостью, обеспечиваемой высоким цетановым числом. Если для нефтяного дизельного топлива характерен показатель в 50-52 ед., то для метилового эфира – 56-58 ед. Это позволяет использовать его в дизельных двигателях без прочих веществ, стимулирующих воспламенение.

Помимо относительно высокого цетанового числа, биотопливо имеет и ряд других полезных свойств.

· Растительное происхождение. Биодизель не содержит бензола и ароматических углеводородов, поскольку изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения.

· Биологическая безвредность. По сравнению с нефтяным дизельным топливо, 1 л которого способен загрязнить 1 млн л питьевой воды и привести к гибели водной флоры и фауны, биодизель попадая в воду не причиняет вреда ни растениям, ни животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озёр при переводе водного транспорта на альтернативное топливо.

· Хорошие смазывающие свойства. Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазывающие способности. Биодизель же, несмотря на почти полное отсутствие серы, характеризуется хорошими смазывающими свойствами.

· Высокая температура воспламенения. Для биодизеля её значение превышает 100 0С, что позволяет назвать его относительно безопасным веществом.

Анализ экологических показателей двигателей свидетельствует о снижении токсичных выбросов при работе на биотопливе. Содержание окиси углерода СО (угарный газ) при любой нагрузке и выбросы углеводородов СН сокращаются в два раза, количество твердых частиц (дымность) в режиме максимальной нагрузки снижается в два раза, а в режиме малой нагрузки дымность практически отсутствует. Исследования по замене дизельного топлива биодизельной смесью ( при соотношении в ней 1:1) показали существенное улучшение экологических характеристик двигателя. Выбросы оксидов азота при нормальном режиме работы двигателя сократились на 15 – 20%, сажи – на 30 – 35%, оксидов углерода и углеводородов – на 10 – 15%.

Сырьевая база для производства эфиров жирных кислот отличается большим разнообразием. Более 150 видов растений по всему миру, способных вырабатывать масла, - это шанс, позволяющий регионам самостоятельно на местном уровне решать свои региональные энергетические проблемы. К числу масляных растений относятся: земляные орехи, соя, рапс, лен, горчица, подсолнечник, рицина, хлопок, фундук, оливы, бук, пальмы.

По элементному составу растительные масла близки друг другу, а от нефтяного топлива отличаются присутствием кислорода (9,6 – 11,5%). Их главные недостатки как топлива (по сравнению с нефтепродуктами) - меньшая теплота сгорания (на 7 – 10%), более высокая вязкость (в 6 раз и более), повышенная склонность к нагарообразованию, низкая испаряемость и др. Поэтому большинство современных дизельных двигателей могут работать на чистых растительных маслах весьма непродолжительное время.

Показателен пример рапса – технической масличной культуры, урожайность которой составляет 24 – 26 центнеров с гектара. Из тонны рапса можно получить порядка 270 кг биодизельного топлива. Метиловый эфир рапсового масла по всей физико-химической характеристике близок к дизельному топливу: при его использовании не требуется подогрев топлива, в меньшей степени образуются отложения на деталях цилиндро-поршевой группы.

 Скачать реферат