< Попер   ЗМІСТ   Наст >

Використання біоетанолу

Біоетанол - етиловий спирт (етанол), що отримується в процесі переробки рослинної сировини для використання в якості біопалива для автомобільного транспорту. Найбільш поширеним видом біопалива є біоетанол (етиловий спирт), що отримується шляхом перегонки будь-якої субстанції, що містить крохмаль (картопля), цукор (цукровий буряк або очерет) або целюлозу (деревина, тріска, солома, бавовняна шелуха і тому подібне). Найчастіше для перегонки використовують зернові культури: Рис, кукурудзу, пшеницю, жито, а також рапс (Рис. 25.1).

Схема отримання біоетанолу з рапсової олії.

Рис. 25.1. Схема отримання біоетанолу з рапсової олії.

Отримання етанолу здійснюється мікробіологічним (спиртовим бродінням, під дією дріжджів, ферментів або бактерій) або синтетичним (гидратизацией етилену, отриманого при добутку нафти у присутності каталізатора) методом (Рис. 25.2).

Хімічна формула отримання біоетанолу з рапсової олії.

Рис. 25.2. Хімічна формула отримання біоетанолу з рапсової олії.

У світі до 85% спирту застосовується в технічних цілях, у тому числі 80% в якості біопалива, яке за своїми властивостями практично не поступається бензину. При цьому світовий ринок паливного біоетанолу щорічно зростає на 20...25%, та, за прогнозами експертів, виробництво та використання етанолу до 2020 року сягне на планеті 120 млрд, літрів на рік.

Етанол є менш "енергощільним" джерелом енергії ніж бензин, пробіг машин що працюють на Е85 (суміш 85% етанолу і 15% бензину, буква "Е" від англійського Ethanol) на одиницю об'єму палива складає приблизно 75% від пробігу стандартних машин. Звичайні машини не можуть працювати на Е85, хоча чудово працюють на Е10 (деякі стверджують що можна використовувати навіть Е15). На "справжньому" етанолі можуть працювати тільки т. н. "Flexible-fuel" машини. Ці автомобілі також можуть працювати на звичайному бензині (невелика добавка етанолу все ж потрібна) або на довільній суміші того й іншого. Бразилія с лідером у виробництві та використанні біоетанолу з цукрового очерету в якості палива. Автозаправки в Бразилії пропонують на вибір або Е20 (іноді Е25) під виглядом звичайного бензину, або "acool" Е100, азеотроп етанолу (96% C2H5OH і 4% (по вазі) води).

Заправна станція в Бразилії, яка продає етанол.

Рис. 25.3. Заправна станція в Бразилії, яка продає етанол.

Е5, Е7, Е10 - суміші з низьким вмістом етанолу (5, 7 і 10 вагових відсотків, відповідно), найбільш поширені в наші дні. У цих випадках добавка етанолу не тільки економить бензин шляхом його заміщення, але і дозволяє видалити шкідливу оксігенеруючу добавку МТБЕ.

Е85 - суміш 85% етанолу і 15% бензину. Стандартне паливо для т. н. "Flex- Fuel" машин, поширених, в основному в Бразилії і США, і меншою мірою - в інших країнах. Через більш низьку енергощільність продається дешевше, ніж бензин.

Е95 - суміш 95% етанолу і 5% паливної присадки. Компанія Scania почала розробляти дизельний двигун для автобуса, що працює на 95% етанолі ше в середині 80-х років. Створено програму випробувань міських автобусів з двигунами, що працюють на 95% етанолі - BEST (BioEthanol for Sustainable Transport).

El00 - формально 100% етанол, проте внаслідок того, що етанол гігроскопічний, здобуття і використання етанолу без залишкової концентрації води невигідно. Тому в більшості випадків під Е100 мають на увазі стандартну азеотропну суміш етанолу (96% С2Н5ОН і 4% води, (за вагою); 96,5% і 3,5% в об'ємних відсотках). Шляхом звичайної дистиляції неможливо отримати вищу концентрацію етанолу.

У грудні 2007 року Університет Північної Дакоти і Центр Автомобільних Досліджень Міннесоти (MnCAR) опублікували результати дослідження енергоефективності застосування біоетанолу в автомобільному транспорті [19, 20, 21,22]. У дослідженні брали участь як звичайні автомобілі, так і автомобілі з Flex- fuel двигунами. Досліджували суміші від 2% до 85% вмісту етанолу в бензині. Для звичайних автомобілів найбільш оптимальною виявилася суміш Е30. Споживання палива знизилося на 1% в порівнянні з бензином. Результат отриманий на автомобілях Toyota Camry і Ford Fusion. Для flex-fuel автомобілів оптимальної виявилася суміш Е20. Споживання палива знизилося на 15% в порівнянні з бензином. Результат отриманий на flex-fuel моделі Chevrolet Impala. У 2006 р. у своєму звіті Департамент сільського господарства США (USDA) повідомив, що етанол має паливний баланс 1,25. Тобто з етанолу, виробленого з кукурудзи, можна отримати на 25% енергії більше, ніж було витрачено при виробництві етанолу. В даний час велика частина біоетанолу виробляється з кукурудзи (США) і цукрового очерету (Бразилія). Сировиною для виробництва біоетанолу також можуть бути різні с/г культури з великим вмістом крохмалю або цукру: маніок, картопля, цукровий буряк, батат, сорго, ячмінь і т. д. Великим потенціалом володіє маніок. Маніоку у великих кількостях виробляють Китай, Нігерія, Таїланд. Собівартість виробництва біоетанолу з маніоки в Таїланді - близько $ 35 за барель нафтового еквівалента. Кращим кліматом для виробництва цукрової тростини володіє Перу, країни Карибського басейну. У великих кількостях цукровий очерет можуть також виробляти Індонезія і деякі африканські країни, наприклад Мозамбік. Етанол можна виробляти у великих кількостях з целюлози. Сировиною можуть бути різні відходи сільського і лісового господарства: пшенична солома, Рисова солома, багаса цукрового очерету, деревна тирса і т. д. Реакція отриманій етилового ефіру екзотермічна, з виділенням тепла. Процес сильно розрізняється залежно від якості використовуваної олії і від її складу жирних кислот. Етиловий та метиловий ефіри майже однакові за енергоємністью. В'язкість етилових ефірів трохи вище і точка помутніння трохи нижче, ніж у метилових ефірів. Тести на двигунах демонструють, що метиловий ефір дає небагато більш високу вихідну потужність і крутний момент ніж етиловий; Споживання палива двигуном при роботі приблизно однаково. Деякі переважні характеристики етилового ефіра в порівнянні з метиловим - значно нижча непрозорість диму, нижче вихлопні температури. Метиловий ефір має більш високий рівень коксування інжектора ніж етиловий, що, очевидно, більш пов'язане з молекулярною масою і в'язкістю ніж і вмістом гліцерину. Були проведені експерименти для визначення оптимальних умов для приготування етилових ефірів з використанням рапсової олії. Досліджувалися наступні змінні процесу: 1) температура, 2) каталізатор, 3) інтенсивність перемішування, 4) водний зміст використовуваного спирту, 5) надлишок використовуваного спирту. Отримано такі оптимальні умови: Кімнатна температура, 0.5% метоксід натрію або 1%-ий каталізатор гідроокису калію. Надзвичайно енергійне перемішування з деяким виплескуванням протягом початкової фази реакції, причому в перемішуванні вже не було необхідності після того, як суміш реакції стала гомогенною. Для високого виходу продукту необхідний абсолютний етанол. 50%-ий надлишок чистого етанолу з NaOCH3 (за деякими даними 70% надлишок) або 100%-ий надлишок з КОН дає максимальний вихід. Або молярне співвідношення 5.1:1 етанолу до олії. Виходячи з кількості використовуваної олії за вагою, використовується 1,3% КОН. При використанні етанолу (а не метанолу) виникають проблеми при промиванні біодизеля для видаленням надлишків спирту, етанол формує стійку водну емульсію. Метилові ефіри також набагато краще показали себе у процесі тривалого зберігання, у порівнянні з етиловим. Ніні в Російській Федерації діє наступна нормативно- технічна документація на автомобільні бензини з добавками етанолу:

  • 1. Технічні умови ТУ 38.401-58-254-99 "Бензини автомобільні неетільовані, містячі етанол". Дозвіл на виробництво таких бензинів має ВАТ "Лукойл- Волгограднефтепереработка", ВАТ "Новокуйбишевський НПЗ" і деякі інші нафтобази.
  • 2. Державний стандарт ГОСТ Р 51866-2002 (аналог європейської нормалі ЕН-228), що передбачає можливість застосування до 5% етанолу;
  • 3. Державний стандарт ГОСТ Р 52201-2004 "Етанольне моторне паливо для автомобільних двигунів з примусовим запаленням "Бензаноли ". Загальні технічні вимоги ". Це паливо Розроблення спільно із ЗАТ НВО "Хімсінтез" и є вітчизняним аналогом палива "Газохол", на яке доводитися біля третини загально об'єму вживання в США автомобільного бензину. Бензаноли є сумішшю нафтових вуглеводнів і денатурованого етилового спирту (від 5 до 10% об'єм.), а також других присадок, що забезпечують антидетонаційні, антикорозійні, антиокислювальні та інші нормативні характеристики моторних палив.
  • 4. Стандарт СТО 11605031-007-2006 з вимогами до денатурованого паливного біоетанолу. З метою можливості експорту характеристики до якості біоетанолу в ньому повністю відповідають західному стандарту (А8ТМ Д 4806).

Застосування етанолу у складі автомобільних бензинів спричиняє за собою ряд труднощів при організації виробництва, зберіганні, транспортуванні и використанні бензин-етанольних видів палив. Це пов'язано з фазовою нестабільністю (розшаровуванням при зберіганні) бензину з добавкою етанолу, корозійною активністю по відношенню до металевих матеріалів і старінням гумотехнічних виробів, як в паливних системах автомобіля, так і на автозаправних станціях, а також схильністю таких палив до накопичення відкладень на впускних клапанах і утворення нагару в камері згоряння (таблиця. 25.12).

Таблиця 25.12

Утворення відкладень в двигуні при застосуванні біоетанолу

Бензин

Доля етанолу, % об'єм

Відкладення на клапан, міліграм

Нагар в камері згорання на один циліндр, міліграм

Аи-92

0

76

404

Аи-92

5

90

366

Аи-92

10

97

406

Аи-92 + 0,04 %

10

5

460

Біоетанол як паливо нейтральний як джерело парникових газів. Він володіє нульовим балансом діоксиду вуглецю, оскільки при його виробництві шляхом бродіння і при подальшому згоранні виділяється стільки ж С02, скільки до цього було пов'язано з атмосфери використаними для його виробництва рослинами.

 
< Попер   ЗМІСТ   Наст >