BIODIESEL: ISTORIC, PROPRIETĂȚI, TIPURI, AVANTAJE, DEZAVANTAJE - CHIMIE - 2025

Biodiesel Combustibilul este o origine naturală care se obține uleiurile vegetale sau grăsimi animale reacționează cu alcooli cu masă moleculară scăzută. Această reacție se numește transesterificare; adică noi esteri ai acizilor grași (numiți și esteri mono alchilici) se formează din trigliceridele originale.

În alte contexte, în loc să folosească cuvântul „transesterificare”, despre biomasa se spune că este supusă alcoolizei, deoarece este tratată cu alcooli; printre ele și în principal, metanolul și etanolul. Utilizarea metanolului pentru a produce acest biocombustibil este atât de comună încât este aproape sinonimă cu acesta.

Pompa de biodiesel B5. Sursa: Pxhere.

Biodieselul este o alternativă verde pentru utilizarea combustibilului diesel, diesel sau petrodiesel (subliniind și mai mult că compoziția sa constă din hidrocarburi petroliere). Cu toate acestea, proprietățile și calitatea lor din punct de vedere al performanței la motoarele diesel nu diferă prea mult, astfel încât ambii combustibili se amestecă în proporții diferite.

Unele dintre aceste amestecuri pot fi mai bogate în biodiesel (de exemplu, B100) sau mai bogate în petrodiesel (cu doar 5-20% biodiesel). În acest fel, consumul de motorină se răspândește pe măsură ce biodieselul este introdus pe piață; nu fără să depășească mai întâi o serie de probleme etice, productive și economice.

Din punct de vedere simplu, dacă uleiul poate fi obținut ca un lichid capabil să ardă și să genereze energie pentru a mișca mașini, de ce nu un ulei de origine naturală? Totuși, acest lucru nu este suficient: trebuie să primiți tratament chimic dacă doriți să concurați sau să țineți pasul cu combustibili fosili.

Când acest tratament este efectuat cu hidrogen, se vorbește despre rafinarea uleiului vegetal sau a grăsimii animale; gradul său de oxidare este scăzut sau moleculele sale sunt fragmentate. În timp ce în biodiesel, în loc de hidrogen, se utilizează alcooli (metanol, etanol, propanol, etc.).

Istorie

Reacție de transesterificare

Răspunsul la prima problemă cu care se vor confrunta biocombustibilii a fost descoperit în trecut. În 1853, doi oameni de știință, E. Duffy și J. Patrick, au obținut prima transesterificare a unui ulei vegetal, chiar cu mult înainte ca Rudolf Diesel să pornească primul său motor de lucru.

În acest proces de transesterificare, trigliceridele uleiurilor și / sau grăsimilor reacționează cu alcooli, în principal metanol și etanol, pentru a produce esteri de metil și etilici ai acizilor grași, precum și glicerol ca produs secundar. Un catalizator de bază, cum ar fi KOH, este utilizat pentru a accelera reacția.

Cel mai important punct al transesterificării grăsimilor este că optzeci de ani mai târziu, un om de știință belgian, numit G. Chavanne, va redirecționa această reacție pentru a reduce vâscozitatea ridicată și contraproductivă a uleiurilor vegetale.

Rudolf Diesel și motorul său

Motorul diesel a apărut în 1890, deja la sfârșitul secolului 19, ca răspuns la limitările motoarelor cu abur. Acesta a reunit tot ceea ce îți doreai de la un motor: putere și durabilitate. De asemenea, a funcționat cu orice tip de combustibil; și spre admirația lui Rudolf însuși și a guvernului francez, el a putut lucra cu uleiuri vegetale.

Fiind surse de energie ale trigliceridelor, era logic să credem că atunci când sunt arse vor elibera căldură și energie capabile să genereze muncă mecanică. Diesel a susținut utilizarea directă a acestor uleiuri, întrucât a salutat că fermierii își pot prelucra combustibilii în locuri foarte îndepărtate de câmpurile petroliere.

Primul model funcțional al motorului diesel a fost un succes la prezentarea sa la 10 august 1893, în Augusta, Germania. Motorul său funcționa pe ulei de arahide, deoarece Rudolf Diesel credea cu tărie că uleiurile vegetale ar putea rivaliza cu combustibilii fosili; dar la fel cum au fost prelucrate într-un mod brut, fără tratamente ulterioare.

Același motor care funcționa pe ulei de arahide a fost prezentat la Târgul Mondial de la Paris în 1900. Cu toate acestea, nu a atras multă atenție, deoarece atunci, petrolul era o sursă de combustibil mult mai accesibilă și mai ieftină.

Petrodiesel

După moartea lui Diesel în 1913, petrolul (diesel sau petrodiesel) a fost obținut din rafinarea petrolului. Astfel, modelul motorului diesel proiectat pentru uleiul de arahide a trebuit să fie adaptat și reconstruit pentru a funcționa cu acest nou combustibil, care era mai puțin vâscoz decât orice alt ulei vegetal sau de biomasă.

Astfel, petrodiesel a predominat timp de câteva decenii ca fiind cea mai ieftină alternativă. Pur și simplu nu a fost practic să semeni hectare mari de mase vegetale pentru a-și colecta uleiurile, care, până la urmă, fiind atât de vâscoase, au sfârșit să creeze probleme motoarelor și nu au egalat cu același randament obținut cu benzina.

Problema cu acest combustibil fosil a fost că a crescut poluarea atmosferei, depinzând și de economia și politica activităților petroliere. Dată fiind imposibilitatea de a recurge la aceasta, în anumite contexte uleiurile vegetale au fost folosite pentru a mobiliza vehicule grele și utilaje.

Biocombustibil în al doilea război mondial

Când în cel de-al Doilea Război Mondial, petrolul a început să fie scăzut ca urmare a conflictului, mai multe țări au considerat necesar să se îndrepte din nou către uleiuri vegetale; dar au trebuit să facă față avariilor a sute de mii de motoare din cauza diferenței de vâscozitate pe care designul lor nu le putea tolera (și cu atât mai puțin dacă aveau apă emulsionată).

După război, națiunile au uitat din nou de uleiurile vegetale și au reluat practica de a arde doar benzină și petrodiesel.

Nașterea biodieselului

Problema de vâscozitate a fost rezolvată la scară mică de către omul de știință belgian G. Chavanne în 1937, căruia i s-a acordat un brevet pentru metoda sa de obținere a esterilor etilici ai acizilor grași din uleiul de palmier tratat cu etanol.

Prin urmare, se poate spune că biodieselul s-a născut formal în 1937; dar plantarea și producția în masă a trebuit să aștepte până în 1985, efectuată la o universitate agricolă austriacă.

Prin supunerea acestor uleiuri vegetale la transesterificare, problema vâscozității a fost rezolvată în cele din urmă, corespunzând performanței petrodieselului și chiar reprezentând o alternativă verde deasupra acesteia.

Proprietăți

Proprietățile biodieselului depind la nivel mondial de materia primă cu care a fost produs. Poate avea culori care variază de la aur la maro închis, aspect fizic care depinde de procesul de producție.

În termeni generali, este un combustibil cu o lubrifiere bună, care reduce zgomotul motorului, își prelungește durata de viață și necesită investiții mai mici pentru întreținere.

Are un punct de aprindere mai mare de 120ºC, ceea ce înseamnă că, atât timp cât temperatura exterioară nu depășește aceasta, nu există riscul de incendiu; Nu este cazul cu motorina, care poate arde chiar și la 52ºC (foarte ușor de realizat pentru o țigară aprinsă).

Datorită lipsei hidrocarburilor aromatice, cum ar fi benzenul și toluenul, acesta nu reprezintă un risc cancerigen în caz de scurgere sau expunere prelungită.

De asemenea, nu are sulf în compoziția sa, deci nu produce gaze poluante SO ₂ sau SO ₃ . Când este amestecat cu motorină, îi conferă un caracter lubrifiant mai mare decât compușii săi naturali de sulf. De fapt, sulful este un element nedorit, iar când motorina este desulfurizată pierde lubrifierea care trebuie recuperată cu biodiesel sau cu alți aditivi.

Obținerea și producția

Biodieselul este obținut din uleiuri vegetale transesterificate sau grăsimi animale. Dar, care dintre ele ar trebui să constituie materia primă? În mod ideal, cel care generează cantități mai mari de ulei sau grăsime dintr-o zonă de creștere mai mică; că, în termeni mai potriviți, ar fi numărul de hectare pe care terenurile dvs. agricole le ocupă.

Biodieselul bun trebuie să provină dintr-o cultură (boabe, semințe, fructe etc.) care produce volume mari de ulei din câmpuri mici; în caz contrar, culturile lor ar fi necesare pentru a acoperi țări întregi și nu ar fi viabile din punct de vedere economic.

Odată ce biomasa a fost colectată, uleiul trebuie apoi extras prin procese infinite; printre ele, de exemplu, este utilizarea lichidelor supercritice pentru a transporta și dizolva uleiul. Odată obținut uleiul, acesta este supus transesterificării pentru a-și reduce vâscozitatea.

Transesterificarea se realizează prin amestecarea uleiului cu metanol și o bază în reactoarele de lot, fie sub ultrasunete, fluide supercritice, agitare mecanică etc. Când se folosește metanol, se obțin esteri metilici ai acidului gras (FAME, pentru acronimele sale în engleză: Fatty Acid Methyl Ester).

Dacă, pe de altă parte, se folosește etanol, se vor obține esteri etilici ai acizilor grași (FAEE). Toți acești esteri și atomii lor de oxigen caracterizează biodieselul.

Metanol și glicerol

Metanolul este alcoolul folosit predominant ca materie primă în producția de biodiesel; iar glicerolul, pe de altă parte, este un produs secundar care ar putea fi utilizat pentru a sprijini alte procese industriale și, prin urmare, pentru a face profitabilitatea producției de biodiesel.

Glicerolul provine din moleculele de trigliceride originale, care este înlocuit de metanol pentru a crea trei DMARDs.

Tipuri de biodiesel

Diferite uleiuri sau grăsimi au propriile lor profiluri de acizi grași; prin urmare, fiecare biodiesel are mono-alchil esteri diferiți ca urmare a transesterificării. Chiar și așa, întrucât acești esteri diferă cu greu lungimile lanțurilor lor de carbon, combustibilii rezultați nu prezintă oscilații mari între proprietățile lor.

Deci nu există o clasificare pentru biodiesel, ci mai degrabă o eficiență și rentabilitate diferită în funcție de sursa de ulei sau grăsime care este selectată pentru producerea sa. Cu toate acestea, există amestecuri biodiesel-petrodiesel, deoarece ambii combustibili pot fi amestecați și sunt miscibili între ei, oferind calitățile lor benefice pentru motor.

Se spune că biodieselul pur este B100; care este egal cu 0% petrodiesel în compoziția sa. Apoi există alte amestecuri:

- B20 (cu 80% petrodiesel).

- B5 (cu 95% petrodiesel).

- B2 (cu 98% petrodiesel).

Mașinile construite înainte de 1996 nu au putut folosi B100 în motoarele lor fără a fi înlocuite anumite componente care s-au deteriorat din cauza acțiunii sale de solvent. Cu toate acestea, chiar și astăzi există modele de mașini care nu permit concentrații mari de biodiesel în garanțiile din fabrică, așa că recomandă utilizarea amestecurilor mai mici decât B20.

Avantaj

Mai jos este o defalcare a unei serii de avantaje pe care biodieselul le are față de petrodiesel și care îl fac o alternativă verde și atractivă:

- Este obținut din biomasă, o materie primă care este regenerabilă și care se pierde adesea ca deșeuri.

- Este biodegradabil și netoxic. Prin urmare, nu va polua solurile sau mările dacă varsat accidental.

- Punctul său ridicat de bliț îl face mai sigur atunci când îl depozitați și îl transportați.

- Nu produce gaze cu efect de seră, deoarece CO ₂ eliberat reprezintă aceeași cantitate cu cea absorbită de plante. Datorită acestui fapt, acesta respectă și protocolul Kyoto.

- încurajează activitățile rurale pentru plantarea culturilor din care este extras uleiul vegetal.

- Poate fi produs chiar din ulei prăjit. Acest punct vă favorizează foarte mult deoarece uleiul reciclat, menajer sau din restaurante, în loc să fie aruncat și poluat apele subterane, poate fi utilizat pentru a produce mai mult combustibil verde.

- Reprezintă o modalitate de a deveni independent pe termen lung față de petrol și derivatele sale.

- Lasă mai puține reziduuri la ardere.

- Algele bacteriene sunt, pe lângă soia și semințele de floarea soarelui, o sursă promițătoare de biodiesel necomestibil (și nedorit pentru mulți).

Inconvenientele

Nu totul este perfect cu acest combustibil. Biodieselul are, de asemenea, limitări care trebuie depășite dacă se înlocuiește motorina. Unele dintre aceste limitări sau inconveniente ale utilizării sale sunt:

- Are o temperatură mai mare de solidificare, ceea ce înseamnă că la temperaturi scăzute devine gel.

- Puterea sa de solvent poate distruge cauciucul natural și spuma poliuretanică prezente în mașinile asamblate înainte de 1990.

- Este mai scump decât petrodiesel.

- Crește prețurile la culturi și produse alimentare, deoarece acestea includ o valoare adăugată atunci când sunt utilizate ca materie primă biodiesel.

- În funcție de biomasă, poate fi nevoie de multe hectare de cultivare, ceea ce ar însemna preluarea unor ecosisteme străine acestui scop și, prin urmare, ar afecta fauna sălbatică.

- Deși nu produce gaze de sulf în timpul arderii sale, el eliberează concentrații mai mari de oxizi de azot, NO _x .

- S-ar folosi cantități mari de hrană, care în loc să sature foametea, ar fi folosită pentru producerea de biodiesel.

Referințe

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Recuperat de la: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28 decembrie 2011). Biodieselul: avantaje și dezavantaje. Twenergy. Recuperat de la: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Recuperat de la: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (03 aprilie 2019). Istoric de biodiesel. Energie fermă. Recuperat de la: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Cum funcționează biodiesel HowStuffWorks. Recuperat de la: auto.howstuffworks.com
6. Biodieselul din Pacific. (2019). Biodiesel. Recuperat de la: biodiesel.com