Люди все частіше питають: «Що таке біодизель?». Про це говорять за вечерею. Це видно у політиці. Він усюди. Нафта контролює дуже багато аспектів нашого життя. Коли ціни різко зростають, інтерес до альтернатив злітає. Усі хочуть зійти з бігової доріжки, прив’язаної до викопного палива. Електромобілі одержують заслужене визнання. Водневі паливні елементи викликають великий ажіотаж. Але біопаливо, як і раніше, залишається в грі.
Ці види палива видобуваються не з-під землі. Вони виходять із біологічних джерел. Відпрацьована олія. Соя. Тварини. Інгредієнти можуть бути різними. Процес є хімічним. Результатом стає чистіше згоряння.
Нам потрібно відкинути маркетингові хитрощі. Погляньмо на науку. Як саме це працює у баку?
Біодизель – це відновлювана, нетоксична альтернатива нафтовому дизельному паливу, що виробляється за допомогою хімічних реакцій з олією або тваринними жирами.
Біодизель – це не магія. Це – хімія. Звичайне дизельне паливо виготовляється із сирої нафти. Біодизель виробляється із відновлюваних ресурсів. Рослини та тварини заповнюють ці джерела. Цикли сільського господарства. Ланцюжки переробки відходів. Це замкнутий цикл.
Саме паливо безпечне. Воно нетоксичне. Воно не отруює ґрунт, як деякі розливи нафти. Але безпека – не єдина перевага. Важлива продуктивність.
Сучасні дизельні двигуни добре працюють на біодизелі. Вам не потрібно розбирати свій двигун, щоб використати його. Модифікації є мінімальними. Часто вони взагалі не потрібні.
Суміші є нормою. Існує чистий біодизель. Він називається B100. Але більшість людей використовують суміші. Система позначається буквою «B», за якою слідує число. Це число вказує процентний вміст біопалива.
B20 є стандартом. Це 20% біодизеля та 80% нафтового дизеля. Він широко доступний. Він працює у більшості вантажівок. Для нього не потрібні нові заправні сопла.
B100 – це чисте паливо. Воно потужне. Воно чисте. Але воно трапляється рідше. Зберігання стає складним. Виникають проблеми із холодним пуском. Проте для ентузіастів це «святий Грааль» біопалива.
Чому б не зупинитись на 20%? Чому б не перейти на чисте паливо?
Відповідь криється в інфраструктурі. Суміші заповнюють пробіл. Вони дозволяють використовувати чистіше паливо, не перебудовуючи весь ланцюжок поставок. Вони дозволяють двигунам працювати плавно, поки ми вирішуємо решту питань.
Біодизель це не просто нішевий інтерес. Це практичний крок. Спосіб зменшити залежність від нестабільних ринків нафти. Спосіб спалювати те, що справді виросло.
Але чи краще він? Чи просто інший?
Далі ми розглянемо технічні характеристики. Цифри не брешуть.
Біодизель це не просто розпливчастий загальний термін. Існує чітке технічне визначення, визнане організацією ASTM International. Це та сама організація, яка раніше відома як Американське товариство з випробування матеріалів (American Society for Testing and Materials). Саме вона встановлює галузеві стандарти. Національна рада з біодизелю (NBB) чітко цитує це визначення.
Біодизель – це паливо, що складається з моноалкілових ефірів жирних кислот з довгим вуглецевим ланцюгом. Вони виходять із рослинних олій чи тваринних жирів. Позначається як B100. Воно повинне відповідати вимогам стандарту ASTM D 6751.
Звучить складно. Це технічний жаргон. Але він більш знайомий вам, ніж здається. Ви стикаєтеся з цими жирними кислотами щодня. Ми розглянемо їх у наступному розділі.
Жири та біодизель
Привабливість біодизеля полягає у гнучкості його джерел. Хоча тваринні жири підходять, рослинні олії домінують у сировинній базі. Ймовірно, у вас зараз на кухні є кілька з них. Соєва, рапсова, канолова, пальмова, бавовняна, соняшникова та арахісова олії — всі вони є підходящими кандидатами для переробки. Навіть використаний кулінарний жир із місцевих ресторанів можна повторно використати.
Об’єднуючим чинником цих джерел є жир. Конкретніше, вони містять триацилгліцериди (також відомі як тригліцериди). Ці молекули складаються з атомів вуглецю, водню та кисню, розташованих у певній структурній схемі. Вони не обмежуються кулінарною олією. Вершкове масло та смалець також містять їх. Якщо ви коли-небудь складали ліпідний профіль у лікаря, ви бачили рівень тригліцеридів у лабораторному звіті.
Щоб візуалізувати молекулярну структуру, уявіть велику букву «Е». Вертикальний стрижень літери “Е” – це молекула гліцерину. Гліцерин є стандартним інгредієнтом у милі, косметиці та фармацевтичних препаратах. До цього кістяка приєднані три горизонтальні смуги. Це жирні кислоти, довгі ланцюги атомів вуглецю та водню.
`
Але сира олія не потрапляє безпосередньо в бак. Хоча ранні дизельні двигуни технічно могли працювати на сирій нафті, результати були плачевними. Неочищений жир викликає проблеми експлуатації. Олія має пройти хімічну модифікацію, перш ніж стане життєздатним паливом. Більшість промислових підприємств використовують процес, званий переетерифікацією.
Ось як працює виробництво біодизеля. Спочатку олія очищається. Потім воно входить у реакцію зі спиртом, зазвичай метанолом чи етанолом. Каталізатор, такий як гідроксид калію або гідроксид натрію, прискорює реакцію. Ця хімічна трансформація розщеплює триацилгліцерид. Він поділяється на ефіри та гліцерин. Ефіри це те, що ми називаємо біодизелем. Гліцерин є побічним продуктом.
Витоки використання біопалива
Ідея не нова. Рудольф Дизель, на честь якого названий двигун, спочатку постачав рослинне масло як основне джерело палива. Значна частина його ранніх розробок була зосереджена на біопаливі. На Всесвітній виставці 1900 року в Парижі Дизель продемонстрував роботу свого двигуна на арахісовій олії. Генрі Форд також передбачав, що його Model T працюватиме на етанолі, отриманому з кукурудзи.
Нафта зрештою перемогла. Вона пропонувала найкращі ланцюжки поставок, нижчі ціни та більш високу ефективність. Тим не менш, рослинні олії використовувалися обмежено в 1930-х і 1940-х роках.
1970-і та 1980-і роки повернули цю концепцію до центру уваги у Сполучених Штатах. Закон про чисте повітря 1970 року наділив Агентство з охорони навколишнього середовища (EPA) повноваженнями посилювати стандарти викидів. Регулятори націлилися на діоксид сірки, оксид вуглецю, озон та оксиди азоту. Це нормативне середовище вимагало чистішого згоряння палива та нових паливних добавок.
Геополітика зіграла величезну роль. Арабське нафтове ембарго 1973–1974 років та Іранська революція 1978–1979 років порушили постачання. Внутрішнє виробництво не встигало за попитом. Імпорт сирої нафти США зменшився на 30% під час ембарго. Ціни злетіли. Світова ціна на сиру нафту зросла приблизно з 14 доларів за барель на початку 1979 до більш ніж 35 доларів до січня 1981 року. Ціни стабілізувалися лише 1983 року, коливаючись між 28 та 29 доларами за барель.
Дослідники почали шукати альтернативи. У серпні 1982 року у Фарго, Північна Дакота, відбулася перша Міжнародна конференція з рослинних та овочевих олій. Теми змінювалися від вартості палива до методів екстракції.
Законодавство продовжувало змінюватися. Поправки до Закону про чисте повітря 1990 року запровадили суворіші правила викидів транспортних засобів. Бензин вимагав вищого вмісту кисню зниження рівня оксиду вуглецю. Дизельне паливо потребувало нижчого вмісту сірки.
Закон про політику в галузі енергетики (EPACT) 1992 року був спрямований на збільшення використання альтернативного палива в урядових автопарках. Він прагнув знизити залежність від іноземної нафти. Поправка до EPACT 1998 уточнила, що існуючі урядові дизельні автомобілі можуть використовувати біодизель. Це було визнано прийнятною альтернативою придбання спеціально призначених транспортних засобів на альтернативному паливі.
У міру посилення регулювання та волатильності цін на нафту альтернативи нафти набирали популярності. Але біодизель не є ідеальною заміною бензину чи звичайному дизельному паливу. Далі ми розглянемо плюси та мінуси.
Чому біодизель очищає повітря
Екологічні переваги біодизеля – це не просто модні слова. Їх можна виміряти. Біодизель згоряє чистіше, ніж звичайне дизельне паливо на основі нафти. Він розкладається швидше. Він є поновлюваним ресурсом. Це не незначні покращення, а структурні переваги, які мають значення при розгляді хімічного складу вихлопних газів.
Законодавство у сфері викидів багато в чому визначає цей інтерес. Законодавці стурбовані з’єднаннями сірки. Вони спричиняють кислотні дощі. Оксид вуглецю смертельно небезпечний. Діоксид вуглецю утримує тепло. Існують також менш помітні небезпеки: поліциклічні ароматичні вуглеводні (ПАУ). Ці сполуки з кільцевою структурою пов’язані з раком. Тверді частки шкодять легені. Незаймисті вуглеводні створюють смог.
Біодизель знижує ці проблеми.
Це єдине біопаливо, яке пройшло тестування на викиди відповідно до Закону про чисте повітря. Чистий B100 скорочує викиди вуглецю діоксиду на 78 відсотків. Він знижує канцерогенні властивості дизельного палива на 94 відсотки. Ці дані отримані від Національної ради з біодизелю та Управління транспортних технологій Міністерства енергетики США. Такі цифри не з’являються випадково. Вони є наслідком специфічних хімічних структур метилових ефірів жирних кислот.
Прибирання простіше (і безпечніше)
Розливи трапляються.
Коли проливається дизельне паливо, воно залишається. Воно затримується у ґрунті та воді. Біодизель розкладається вчетверо швидше, ніж звичайне дизельне паливо. Агентство з охорони навколишнього природного середовища (EPA) підтверджує це. Природні агенти, такі як бактерії, швидко переробляють. Якщо ви перекинете цистерну з біодизелем, прибирання буде керованим. Екологічні збитки будуть локалізовані. Це також стосується сумішей.
Існує також фактор безпеки. Біодизель нетоксичний. Він приблизно в 10 разів менш токсичний, ніж кухонна сіль. Його температура спалаху вища. Для займання потрібно більше тепла. Це робить зберігання безпечнішим. Регулювання транспортування менш суворе. Вам не потрібні самі протоколи поводження з небезпечними матеріалами для вантажівки, що перевозить B20, як для чистого нафтового дизеля.
Ваш двигун буде вдячний
Механіки знають, що паливо діє як мастило. Низькосірчисте нафтове дизельне паливо видаляє цю змащувальну здатність із системи. Воно залишає контакт метал-по-металу вразливим. Біодизель вирішує цю проблему.
Він діє як розчинник. Він розм’якшує вуглецеві відкладення та бруд усередині двигуна. Ці відкладення можуть викликати засмічення. Біодизель видаляє їх. Оскільки він не залишає власних залишків, двигун згодом працює чистіше. Довгострокове зношування знижується.
Вам не потрібний 100% біодизел, щоб відчути це. Суміш всього 1% збільшує здатність палива до 65%. Управління транспортних технологій Міністерства енергетики США підтверджує цю цифру. Найменше тертя означає менше виділення тепла. Менше тепла означає триваліший термін служби компонентів. Паливні насоси-форсунки служать довше. Ущільнення залишаються еластичними.
Зниження залежності від імпорту
Енергетична безпека є національним пріоритетом. США імпортують величезну кількість своєї нафти. Глобальна пропозиція стискується. Ціни коливаються через геополітичну нестабільність. Біодизель пропонує альтернативу.
Більшість біодизеля США виробляється з соєвої олії. Соя є основною вітчизняною культурою. Вона вирощується в Середньому Заході, в таких штатах, як Іллінойс, Айова та Огайо. Якщо ви робите паливо локально, ви знижуєте залежність від іноземної нафти. Ви утримуєте капітал усередині внутрішньої економіки. Це не вирішує усі енергетичні проблеми. Але це знижує попит. Це створює буфер проти шоків речення.
Йдеться не про заміну всього дизельного палива завтра. Йдеться про додавання шару стійкості до існуючої інфраструктури. Ви можете використовувати його майже в будь-якому дизельному двигуні з мінімальними або без змін. Устаткування має змінюватися. Змінюється паливо.
Переваги очевидні. Чисте повітря. Безпечніше звернення. Найкраще змащення двигуна. Внутрішнє виробництво. Проте існують перешкоди. Продуктивність у холодну погоду. Сумісність матеріалів із старими ущільненнями. Логістика ланцюжка постачання.
Недоліки та майбутнє
Біодизель – не панацея. Він має свої недоліки.
Так, ви отримуєте більш чисті вихлопи щодо твердих частинок. Але компроміси б’ють у несподіваних місцях. Деякі проблеми криються в хімії самого палива, інші походять зі складної реальності ланцюжків постачання.
Проблема з NOx
Ось перший біль голови: оксиди азоту.
Коли виробники дизельних двигунів очищають вихлоп від твердих частинок, рівень викидів NOx часто зростає. Ці викиди сприяють утворенню смогу. Біодизель тут не є винятком.
Частину цієї проблеми можна вирішити шляхом налаштування двигуна. Але для кожного водія таке налаштування не завжди можливе. Досліджуються технології обмеження цих сплесків NOx. Це стала боротьба.
Пастка розчинників
Біодизель діє як розчинник. Це добре для очищення баків, але дуже для старих фільтрів.
Якщо ви керуєте дизелем, випущеним до 1992 року, будьте обережні.
Паливо розмиває десятиліття бруду, що накопичився у ваших магістралях. Ця завис потім переміщається вниз по потоку і забиває паливний фільтр.
Виробники попереджають, що під час переходу на висококонцентровані суміші необхідно негайно замінити паливний насос. Старі системи були розраховані такий рівень очищаючої здібності.
Найгірше, біодизель руйнує гуму.
Старі паливні магістралі? Вони гниють. Ущільнювачі? Вони розчиняються. Вам доведеться замінити ці гумові компоненти, інакше ви зіткнетеся з витоком. Багато виробників тепер включають біодизель у свої гарантії. Не означає, що деталі витримають.
Удар по потужності та ефективності
Не чекайте на ту ж чуйність педалі газу.
Незначно падає економічність. Потужність також знижується. У середньому ви втрачаєте близько 10 відсотків вихідної потужності.
Математика проста. Приблизно 1,1 галону біодизеля потрібно, щоб еквівалентна енергія одного галону звичайного дизельного палива. Ви спалюєте більше палива, щоб проїхати ту саму відстань.
Бар’єр вартості
Ширший контекст — це те місце, де біодизель «з’їдає» гроші.
Вартість – це основна перешкода. Згідно з EPA, чистий B100 коштує від $1,95 до $3,00 за галон. Суміші B20 коштують приблизно на 30–40 центів вище за стандартні ціни на дизельне паливо.
Сировина та волатильність ринку визначають ці цифри. На одному тижні воно дешеве. На наступному стає предметом розкоші.
Доступність: клаптева карта
Ви не знайдете біодизель на кожній заправці у всіх 50 штатах. Але ви можете знайти його скрізь.
Існує три основні канали:
– безпосередньо від постачальника
– через нафтопродуктові дистриб’ютори
– на громадських заправних колонках
В даний час 19 виробників, що входять до NBB, продають біодизель по всій території США. Якщо ви перебуваєте за межами США, перевірте карти заправок у вашому місцевому агентстві з біопалива.
Масштаби виробництва
Скільки насправді робиться?
За такої кількості виробників – федеральних, приватних, промислових – важко назвати одну точну цифру. В даний час США виробляють близько 75 мільйонів галонів щорічно.
Виробництво гнучке. Воно може масштабуватись вгору чи вниз залежно від попиту.
Хто насправді використовує його?
Флотні автомобілі домінують над ринком. За даними Clean Fuels Alliance, понад 100 автопарків використовують біодизель.
Подивіться цей список:
– Поштова служба США
– ВПС США
– Армія США
– NASA
– Міністерство енергетики США
– Duke Energy
– Florida Power & Light
– Міські автобуси Цинциннаті
Громадський транспорт також приєднується. Майбутні цілі включають морські двигуни, сільськогосподарську техніку та системи опалення для дому.
Політичний попутний вітер
Висвітлення проблеми зростає. Біопаливо переміщується з категорії нішевих технологій до тем для обговорення за вечерею.
Політична підтримка довкола них посилюється. Виправлення 1998 року до EPACT заклало прецедент. Альтернативні види палива незабаром стануть необхідністю, а не вибором.
Це постійний робочий процес. Незалежно від того, чи відбере він увагу у електромобілів, чи залишиться на задньому плані, інфраструктура повільно зміцнюється. Двигун працює. Фільтр засмічується. Вартість коливається. Але імпульс є.
