BIONAFTA: HISTÓRIA, VLASTNOSTI, TYPY, VÝHODY, NEVÝHODY - CHÉMIA - 2026

Bionafty paliva je prírodného pôvodu, ktorý sa získa reakciou, rastlinné oleje alebo živočíšne tuky s nízkymi alkoholmi molekulovej hmotnosti. Táto reakcia sa nazýva transesterifikácia; to znamená, že nové estery mastných kyselín (tiež nazývané monoalkylestery) sa tvoria z pôvodných triglyceridov.

V iných kontextoch sa namiesto použitia slova „transesterifikácia“ uvádza, že biomasa podlieha alkoholýze, pretože sa lieči alkoholmi; medzi nimi a predovšetkým metanol a etanol. Použitie metanolu na výrobu tohto biopaliva je také bežné, že je s ním takmer synonymné.

Bionaftové čerpadlo B5. Zdroj: Pxhere.

Bionafta je ekologická alternatíva na používanie motorovej nafty, nafty alebo benzínu (ešte viac zdôrazňuje, že jej zloženie tvoria ropné uhľovodíky). Ich vlastnosti a kvalita z hľadiska výkonu dieselových motorov sa však príliš nelíšia, takže obidve palivá sú zmiešané v rôznych pomeroch.

Niektoré z týchto zmesí môžu byť bohatšie na bionaftu (napríklad B100) alebo bohatšie na naftovú naftu (len s 5 až 20% bionafty). Týmto spôsobom sa spotreba nafty šíri, keď sa bionafta uvádza na trh; nie najskôr prekonať rad etických, produktívnych a ekonomických problémov.

Z jednoduchého hľadiska, ak olej možno získať ako kvapalinu schopnú spaľovať a vytvárať energiu pri pohybe strojov, prečo nie olej prírodného pôvodu? To však nestačí: ak chcete súťažiť alebo držať krok s fosílnymi palivami, musíte sa podrobiť chemickému ošetreniu.

Keď sa toto ošetrenie uskutočňuje vodíkom, hovorí sa o rafinácii rastlinného oleja alebo živočíšneho tuku; jeho stupeň oxidácie je nízky alebo jeho molekuly sú fragmentované. Zatiaľ čo v bionafte sa namiesto vodíka používajú alkoholy (metanol, etanol, propanol atď.).

histórie

Transesterifikačná reakcia

Odpoveď na prvý problém, ktorému budú biopalivá čeliť, bola objavená v minulosti. V roku 1853 dvaja vedci, E. Duffy a J. Patrick, dosiahli prvú transesterifikáciu rastlinného oleja, a to ešte dlho predtým, ako Rudolf Diesel začal s prvým pracovným motorom.

Pri tomto transesterifikačnom procese reagujú triglyceridy olejov a / alebo tukov s alkoholmi, najmä metanolom a etanolom, za vzniku metyl a etylesterov mastných kyselín, ako aj glycerolu ako sekundárneho produktu. Na urýchlenie reakcie sa používa zásaditý katalyzátor, ako je KOH.

Najdôležitejším bodom transesterifikácie tukov je to, že o osemdesiat rokov neskôr belgický vedec menom G. Chavanne presmeroval túto reakciu na zníženie vysokej a kontraproduktívnej viskozity rastlinných olejov.

Rudolf Diesel a jeho motor

Dieselový motor vznikol v roku 1890, už koncom 19. storočia, ako reakcia na obmedzenia parných motorov. Zhromaždil všetko, čo ste od motora chceli: výkon a životnosť. Fungovalo to tiež s akýmkoľvek druhom paliva; a k obdivu samotného Rudolfa a francúzskej vlády, mohol pracovať s rastlinnými olejmi.

Keďže sú zdrojom energie triglyceridy, bolo logické myslieť si, že keď sa spália, uvoľnia teplo a energiu schopnú vyvolať mechanickú prácu. Nafta podporovala priame použitie týchto olejov, pretože uvítala skutočnosť, že poľnohospodári mohli spracovávať svoje vlastné palivá na miestach ďaleko od ropných polí.

Prvý funkčný model dieselového motora bol úspechom pri jeho prezentácii 10. augusta 1893 v nemeckom Auguste. Jeho motor bežal na arašidovom oleji, pretože Rudolf Diesel pevne veril, že rastlinné oleje môžu konkurovať fosílnym palivám; ale rovnako ako boli spracované surovým spôsobom, bez následných úprav.

Ten istý motor, ktorý bežal na arašidovom oleji, bol predstavený na svetovom veľtrhu v Paríži v roku 1900. Nezaujal však toľko pozornosti, pretože dovtedy bol ropa oveľa dostupnejším a lacnejším zdrojom paliva.

petrodiesel

Po Dieslovej smrti v roku 1913 sa nafta (nafta alebo ropný olej) získala rafináciou ropy. Preto musel byť model dieselového motora navrhnutý pre arašidový olej prispôsobený a prestavaný tak, aby pracoval s týmto novým palivom, ktoré bolo menej viskózne ako akýkoľvek iný rastlinný alebo biomasový olej.

Takto petrodiesel prevládal už niekoľko desaťročí ako najlacnejšia alternatíva. Jednoducho nebolo praktické osiať veľké hektáre rastlinných hmôt, aby sa zozbierali ich oleje, ktoré nakoniec boli tak viskózne, čo nakoniec spôsobilo problémy pre motory a nevyrovnal sa rovnaké výnosy, aké sa dosiahli pri benzíne.

Problém s týmto fosílnym palivom bol v tom, že zvyšoval znečistenie atmosféry a tiež závisel od ekonomiky a politiky ropných aktivít. Vzhľadom na nemožnosť uchýliť sa k nemu sa rastlinné oleje používali v niektorých kontextoch na mobilizáciu ťažkých vozidiel a strojov.

Biopalivo v druhej svetovej vojne

Keď sa v druhej svetovej vojne v dôsledku konfliktu začal vyskytovať nedostatok oleja, niekoľko krajín považovalo za potrebné znovu sa obrátiť na rastlinné oleje; museli sa však vysporiadať so škodami stoviek tisícov motorov v dôsledku rozdielu vo viskozite, ktorý ich konštrukcia nemohla tolerovať (a ešte menej, ak mala emulgovanú vodu).

Po vojne národy opäť zabudli na rastlinné oleje a obnovili prax spaľovania iba benzínu a benzínového oleja.

Zrod bionafty

Problém s viskozitou vyriešil v malom meradle belgický vedec G. Chavanne v roku 1937, ktorému bol udelený patent na jeho metódu získavania etylesterov mastných kyselín z palmového oleja ošetreného etanolom.

Dá sa preto povedať, že bionafta sa formálne narodila v roku 1937; jeho výsadba a hromadná výroba však museli čakať do roku 1985 na rakúskej poľnohospodárskej univerzite.

Tým, že sa tieto rastlinné oleje podrobili transesterifikácii, sa konečne vyriešil problém s viskozitou, ktorý sa zhodoval s výkonom ropných olejov a dokonca predstavoval nad nimi zelenú alternatívu.

vlastnosti

Vlastnosti bionafty globálne závisia od suroviny, s ktorou bola vyrobená. Môže mať farby od zlata po tmavo hnedú, fyzikálny vzhľad, ktorý závisí od výrobného procesu.

Vo všeobecnosti ide o palivo s dobrou mazivosťou, ktoré znižuje hluk motora, predlžuje jeho životnosť a vyžaduje menšie investície do údržby.

Má bod vzplanutia vyšší ako 120 ° C, čo znamená, že pokiaľ vonkajšia teplota nepresiahne túto hodnotu, nehrozí žiadne nebezpečenstvo požiaru; Toto nie je prípad nafty, ktorá môže horieť dokonca aj pri 52 ° C (veľmi ľahké sa dá dosiahnuť pri zapálenej cigarete).

Kvôli nedostatku aromatických uhľovodíkov, ako sú benzén a toluén, nepredstavuje karcinogénne riziko v prípade rozliatia alebo dlhodobej expozície.

Rovnako tak nie je síru v jeho zložení, takže sa nevytvára znečisťujúce plyny SO ₂ alebo SO ₃ . Ak je zmiešaná s naftou, dáva jej väčší mazací charakter ako jej prírodné zlúčeniny síry. V skutočnosti je síra nežiaducim prvkom, a keď je nafta odsírená, stráca mazanie, ktoré sa musí získavať pomocou bionafty alebo iných prísad.

Získanie a výroba

Bionafta sa získava z transesterifikovaných rastlinných olejov alebo živočíšnych tukov. Ktorá z nich by však mala tvoriť surovinu? Ideálne je také, ktoré vytvára menšie množstvo oleja alebo tuku z menšej pestovateľskej oblasti; že vhodnejšie by to bol počet hektárov, ktoré zaberá vaša poľnohospodárska pôda.

Dobrý bionafta musí pochádzať z plodiny (zrná, semená, ovocie atď.), Ktorá produkuje veľké množstvá oleja z malých polí; inak by sa od ich plodín vyžadovalo, aby pokryli celé krajiny, a neboli by ekonomicky životaschopné.

Po zozbieraní biomasy sa musí olej extrahovať nekonečnými procesmi; medzi nimi je napríklad použitie superkritických tekutín na prepravu a rozpúšťanie ropy. Po získaní oleja sa olej podrobí transesterifikácii, aby sa znížila jeho viskozita.

Transesterifikácia sa dosiahne zmiešaním oleja s metanolom a bázou v dávkových reaktoroch, buď pod ultrazvukom, superkritickými tekutinami, mechanickým miešaním atď. Keď sa použije metanol, získajú sa metylestery mastných kyselín (FAME, pre ich skratku v angličtine: Methyl Ester mastných kyselín).

Ak sa na druhej strane použije etanol, získajú sa etylestery mastných kyselín (FAEE). Bionaftu charakterizujú všetky tieto estery a ich atómy kyslíka.

Metanol a glycerol

Metanol je alkohol, ktorý sa používa prevažne ako surovina pri výrobe bionafty; a glycerol, na druhej strane, je vedľajší produkt, ktorý by sa mohol použiť na podporu iných priemyselných procesov, a tak zvýšiť ziskovosť výroby bionafty.

Glycerol pochádza z pôvodných triglyceridových molekúl, ktoré sa nahradia metanolom za vzniku troch DMARD.

Druhy bionafty

Rôzne oleje alebo tuky majú svoje vlastné profily mastných kyselín; každá bionafta má preto v dôsledku transesterifikácie odlišné monoalkylestery. Aj keď sa tieto estery ťažko líšia v dĺžke svojich uhlíkových reťazcov, výsledné palivá nevykazujú veľké oscilácie medzi svojimi vlastnosťami.

Neexistuje teda klasifikácia bionafty, ale skôr iná účinnosť a ziskovosť v závislosti od zdroja oleja alebo tuku, ktorý sa vyberie na jej výrobu. Existujú však zmesi bionafty s benzínmi, pretože obe palivá sa môžu navzájom miešať a sú navzájom miešateľné, čo poskytuje motoru jeho priaznivé vlastnosti.

Čistá bionafta je označovaná ako B100; čo sa vo svojom zložení rovná 0% benzodieselu. Potom existujú ďalšie zmesi:

- B20 (s 80% benzodieselom).

- B5 (s 95% benzodieselom).

- B2 (s 98% benzodieselom).

Autá vyrobené pred rokom 1996 nemohli používať B100 vo svojich motoroch bez toho, aby museli vymeniť určité komponenty, ktoré sa zhoršili v dôsledku pôsobenia rozpúšťadla. Avšak aj dnes existujú modely automobilov, ktoré vo svojich výrobných zárukách neumožňujú veľké koncentrácie bionafty, preto odporúčajú používať zmesi nižšie ako B20.

výhoda

Nižšie je uvedený zoznam výhod, ktoré má bionafta v porovnaní s ropou a ktoré z nej robia ekologickú a atraktívnu alternatívu:

- Získava sa z biomasy, suroviny, ktorá je obnoviteľná a ktorá sa často stráca ako odpad.

- Je biologicky odbúrateľný a netoxický. Ak dôjde k náhodnému úniku, neznečisťuje pôdu alebo more.

- Vďaka svojmu vysokému bodu vzplanutia je pri skladovaní a preprave bezpečnejší.

- Nevyrába skleníkové plyny, pretože uvoľnený CO ₂ predstavuje rovnaké množstvo absorbovaného rastlinami. Vďaka tomu je tiež v súlade s Kjótskym protokolom.

- Podporuje vidiecke činnosti pri pestovaní plodín, z ktorých sa ťaží rastlinný olej.

- Môže byť dokonca vyrobený zo vyprážaného oleja. Tento bod to veľmi uprednostňuje, pretože recyklovaný olej z domácností alebo z reštaurácií sa môže namiesto toho, aby sa zneškodňoval a znečisťoval podzemná voda, použiť na výrobu väčšieho množstva ekologického paliva.

- Predstavuje spôsob, ako sa z dlhodobého hľadiska stať nezávislým od ropy a jej derivátov.

- Pri horení zanecháva menej zvyškov.

- Bakteriálne riasy sú okrem sójových bôbov a slnečnicových semien sľubným zdrojom nepožívateľnej (a pre mnohých nežiaduce) bionafty.

nevýhody

S týmto palivom nie je všetko dokonalé. Bionafta má tiež obmedzenia, ktoré sa musia prekonať, ak sa má nahradiť ropná nafta. Niektoré z týchto obmedzení alebo nepríjemností pri ich používaní sú:

- Má vyššiu teplotu tuhnutia, čo znamená, že pri nízkych teplotách sa stáva gélom.

- Jeho sila rozpúšťadla môže zničiť prírodnú gumu a polyuretánovú penu prítomnú v automobiloch zostavených pred rokom 1990.

- Je to drahšie ako benzín.

- Zvyšuje ceny plodín a potravín, pretože pri použití ako suroviny na výrobu bionafty zahŕňajú pridanú hodnotu.

- V závislosti od biomasy môže potrebovať mnoho hektárov pestovania, čo by znamenalo zabrať ekosystémy cudzie na tento účel, a preto by ovplyvnilo divú faunu.

- Hoci pri svojom spaľovaní nevytvára plyny síry, uvoľňuje vyššie koncentrácie oxidov dusíka, NO _x .

- Použili by sa veľké množstvá potravín, ktoré by sa namiesto saturujúcich hladomorov použili na výrobu bionafty.

Referencie

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Obnovené z: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28. decembra 2011). Bionafta: výhody a nevýhody. Twenergy. Získané z: twenergy.com
3. RENOVETEC. (2013). Biodiesel. Obnovené z: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (3. apríla 2019). História bionafty. Farm Energy. Získané z: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Ako funguje bionafta. HowStuffWorks. Obnovené z: auto.howstuffworks.com
6. Tichomorská bionafta. (2019). Biodiesel. Získané z: biodiesel.com