Ludzie coraz częściej pytają: „Co to jest biodiesel?” Rozmawiają o tym przy kolacji. To widać w polityce. On jest wszędzie. Ropa kontroluje zbyt wiele aspektów naszego życia. Kiedy ceny gwałtownie rosną, wzrasta zainteresowanie alternatywami. Każdy chce zejść z bieżni opartej na paliwach kopalnych. Samochody elektryczne cieszą się uznaniem, na jakie zasługują. Wodorowe ogniwa paliwowe budzą wiele emocji. Jednak biopaliwa są nadal w grze.
Paliwa te nie pochodzą spod ziemi. Pozyskuje się je ze źródeł biologicznych. Zużyty olej roślinny. Soja. Tłuszcze zwierzęce. Składniki mogą się różnić. Proces jest chemiczny. Rezultatem jest czystsze spalanie.
Musimy porzucić chwyty marketingowe. Spójrzmy na naukę. Jak to dokładnie działa w zbiorniku?
Biodiesel to odnawialna, nietoksyczna alternatywa dla ropy naftowej, powstająca w wyniku reakcji chemicznych z olejami roślinnymi lub tłuszczami zwierzęcymi.
Biodiesel to nie magia. To jest chemia. Zwykły olej napędowy wytwarza się z ropy naftowej. Biodiesel produkowany jest z zasobów odnawialnych. Rośliny i zwierzęta uzupełniają te źródła. Cykle rolnictwa. Łańcuchy przetwarzania odpadów. To błędne koło.
Samo paliwo jest bezpieczne. Jest nietoksyczny. Nie zatruwa gleby jak niektóre wycieki ropy. Ale bezpieczeństwo to nie jedyna zaleta. Wydajność ma znaczenie.
Nowoczesne silniki wysokoprężne dobrze pracują na biodieslu. Aby z niego skorzystać, nie trzeba demontować silnika. Modyfikacje są minimalne. Często nie są one w ogóle potrzebne.
Mieszanki są normą. Istnieje czysty biodiesel. Nazywa się B100. Ale większość ludzi używa mieszanek. System jest oznaczony literą „B”, po której następuje liczba. Liczba ta wskazuje procentową zawartość biopaliwa.
B20 to standard. Jest to 20% biodiesla i 80% oleju napędowego. Jest powszechnie dostępny. Działa w większości ciężarówek. Nie wymaga nowych dysz napełniających.
B100 to czyste paliwo. To jest potężne. To jest czyste. Ale jest to mniej powszechne. Przechowywanie staje się trudne. Występują problemy z rozruchem na zimno. Jednak dla pasjonatów to „święty Graal” biopaliw.
Dlaczego nie zatrzymać się na 20%? Dlaczego nie przejść na czyste paliwo?
Odpowiedź leży w infrastrukturze. Mieszanki wypełniają lukę. Umożliwiają stosowanie czystszych paliw bez konieczności restrukturyzacji całego łańcucha dostaw. Umożliwiają one płynną pracę silników, podczas gdy my pracujemy nad resztą problemów.
Biodiesel to nie tylko niszowe zainteresowanie. To praktyczny krok. Sposób na zmniejszenie zależności od niestabilnych rynków ropy. Sposób na spalenie tego, co faktycznie urosło.
Ale czy jest lepiej? A może po prostu inaczej?
Następnie przyjrzymy się szczegółowo specyfikacjom technicznym. Liczby nie kłamią.
Biodiesel to nie tylko niejasne pojęcie ogólne. Istnieje jasna definicja techniczna uznana przez ASTM International. Jest to ta sama organizacja, która wcześniej znana była jako Amerykańskie Towarzystwo Badań i Materiałów. To ona wyznacza standardy branżowe. Krajowa Rada ds. Biodiesla (NBB) wyraźnie cytuje tę definicję.
Biodiesel to paliwo składające się z estrów monoalkilowych kwasów tłuszczowych o długich łańcuchach węglowych. Otrzymuje się je z olejów roślinnych lub tłuszczów zwierzęcych. Oznaczone jako B100. Musi spełniać wymagania normy ASTM D 6751.
Brzmi skomplikowanie. To jest żargon techniczny. Ale jest to dla ciebie bardziej znajome, niż się wydaje. Z tymi kwasami tłuszczowymi spotykasz się każdego dnia. Przyjrzymy się im w następnej sekcji.
Tłuszcze i biodiesel
Atrakcyjność biodiesla polega na elastyczności jego źródeł. Chociaż odpowiednie są tłuszcze zwierzęce, w bazie surowcowej dominują oleje roślinne. Zapewne masz już ich kilka w swojej kuchni. Oleje sojowy, rzepakowy, rzepakowy, palmowy, bawełniany, słonecznikowy i arachidowy są odpowiednimi kandydatami do przetwarzania. Nawet zużyty olej kuchenny z lokalnych restauracji można ponownie wykorzystać.
Wspólnym czynnikiem we wszystkich tych źródłach jest tłuszcz. Dokładniej, zawierają triacyloglicerydy (znane również jako trójglicerydy). Cząsteczki te składają się z atomów węgla, wodoru i tlenu ułożonych według określonego wzoru strukturalnego. Nie ograniczają się one do oleju spożywczego. Zawierają je również masło i smalec. Jeśli kiedykolwiek lekarz zrobił Ci profil lipidowy, widziałeś poziom trójglicerydów w raporcie laboratoryjnym.
Aby zwizualizować strukturę molekularną, wyobraź sobie wielką literę „E”. Pionowy rdzeń litery „E” to cząsteczka glicerolu. Gliceryna jest standardowym składnikiem mydeł, kosmetyków i farmaceutyków. Do tej ramy przymocowane są trzy poziome paski. Są to kwasy tłuszczowe, długie łańcuchy atomów węgla i wodoru.
Ale surowy olej roślinny nie trafia bezpośrednio do zbiornika. Chociaż wczesne silniki wysokoprężne z technicznego punktu widzenia mogły być zasilane ropą naftową, skutki były katastrofalne. Tłuszcz nierafinowany powoduje problemy operacyjne. Ropa naftowa musi zostać poddana modyfikacji chemicznej, zanim stanie się opłacalnym paliwem. Większość zakładów przemysłowych stosuje proces zwany transestryfikację.
Oto jak działa produkcja biodiesla. Najpierw oczyszczany jest olej. Następnie reaguje z alkoholem, zwykle metanolem lub etanolem. Katalizator, taki jak wodorotlenek potasu lub wodorotlenek sodu, przyspiesza reakcję. Ta przemiana chemiczna rozkłada triacylogliceryd. Dzieli się na estry i glicerol. Estry to tak zwany biodiesel. Gliceryna jest produktem ubocznym.
Geneza wykorzystania biopaliw
Pomysł nie jest nowy. Rudolf Diesel, od którego pochodzi nazwa silnika, początkowo przewidywał, że głównym źródłem paliwa będzie olej roślinny. Duża część jego wczesnego rozwoju skupiała się na biopaliwach. Na Wystawie Światowej w Paryżu w 1900 roku Diesel zademonstrował swój silnik zasilany olejem arachidowym. Henry Ford przewidział również, że jego Model T będzie zasilany etanolem pochodzącym z kukurydzy.
Ostatecznie zwyciężył olej. Oferował lepsze łańcuchy dostaw, niższe ceny i większą wydajność. Jednak w latach trzydziestych i czterdziestych XX wieku oleje roślinne stosowano w ograniczonym zakresie.
Lata 70. i 80. XX wieku przywróciły tę koncepcję w centrum uwagi w Stanach Zjednoczonych. Ustawa o czystym powietrzu z 1970 r. przyznała Agencji Ochrony Środowiska (EPA) uprawnienia do zaostrzania norm emisji. Organy regulacyjne skupiają się na dwutlenku siarki, tlenku węgla, ozonie i tlenkach azotu. To otoczenie regulacyjne wymagało czystszych paliw i nowych dodatków do paliw.
Ogromną rolę odegrała geopolityka. Arabskie embargo na ropę w latach 1973–1974 i rewolucja irańska w latach 1978–1979 przerwały dostawy. Krajowa produkcja nie nadążała za popytem. W czasie obowiązywania embargo import ropy naftowej do Stanów Zjednoczonych spadł o 30%. Ceny poszybowały w górę. Światowa cena ropy naftowej wzrosła z około 14 dolarów za baryłkę na początku 1979 r. do ponad 35 dolarów w styczniu 1981 r. Ceny ustabilizowały się dopiero w 1983 r., wahając się pomiędzy 28 a 29 dolarów za baryłkę.
Naukowcy zaczęli szukać alternatyw. W sierpniu 1982 roku w Fargo w Północnej Dakocie odbyła się pierwsza Międzynarodowa Konferencja na temat Roślin i Olejów Roślinnych. Tematyka sięgała od kosztów paliwa po metody wydobycia.
Ustawodawstwo ulegało ciągłym zmianom. Zmiany w ustawie o czystym powietrzu z 1990 r. wprowadziły bardziej rygorystyczne przepisy dotyczące emisji spalin przez pojazdy. Benzyna wymagała wyższej zawartości tlenu, aby zmniejszyć poziom tlenku węgla. Olej napędowy wymagał niższej zawartości siarki.
Ustawa o polityce energetycznej (EPACT) z 1992 r. miała na celu zwiększenie wykorzystania paliw alternatywnych we flotach pojazdów rządowych. Dążył do zmniejszenia zależności od zagranicznej ropy. Poprawka EPACT z 1998 r. wyjaśniła, że istniejące pojazdy rządowe z silnikiem Diesla mogą wykorzystywać biodiesel. Zostało to uznane za akceptowalną alternatywę dla zakupu dedykowanych pojazdów napędzanych paliwami alternatywnymi.
W miarę zaostrzania przepisów i większej zmienności cen ropy naftowej popularność zyskały alternatywy dla ropy. Biodiesel nie jest jednak idealnym zamiennikiem benzyny ani konwencjonalnego oleju napędowego. Następnie przyjrzymy się zaletom i wadom.
Dlaczego biodiesel oczyszcza powietrze
Korzyści dla środowiska wynikające ze stosowania biodiesla to coś więcej niż tylko modne hasła. Można je zmierzyć. Biodiesel spala się czyściej niż konwencjonalny olej napędowy na bazie ropy naftowej. Rozkłada się szybciej. Jest to zasób odnawialny. Nie są to drobne ulepszenia, ale zalety konstrukcyjne, które mają znaczenie, biorąc pod uwagę skład chemiczny gazów spalinowych.
Przepisy dotyczące emisji w dużej mierze determinują to zainteresowanie. Ustawodawcy niepokoją się związkami siarki. Powodują kwaśne deszcze. Tlenek węgla jest zabójczy. Dwutlenek węgla zatrzymuje ciepło. Istnieją również mniej widoczne zagrożenia: wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne (WWA). Związki te o strukturze pierścieniowej kojarzone są z rakiem. Cząstki stałe szkodzą płucom. Niezapalone węglowodory tworzą smog.
Biodiesel zmniejsza te problemy.
Jest to jedyne biopaliwo, które przeszło testy emisji zgodnie z ustawą o czystym powietrzu. Czysta B100 zmniejsza emisję dwutlenku węgla o 78 procent. Zmniejsza rakotwórcze właściwości oleju napędowego o 94 proc. Dane te pochodzą z Krajowej Rady ds. Biodiesla i Biura Technologii Transportowych Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych. Takie liczby nie pojawiają się przypadkowo. Są one efektem specyficznej budowy chemicznej estrów metylowych kwasów tłuszczowych.
Czyszczenie jest łatwiejsze (i bezpieczniejsze)
Zdarzają się wycieki.
Po rozlaniu oleju napędowego pozostaje. Utrzymuje się w glebie i wodzie. Biodiesel rozkłada się cztery razy szybciej niż zwykły olej napędowy. Potwierdza to Agencja Ochrony Środowiska (EPA). Naturalne czynniki, takie jak bakterie, szybko go przetwarzają. Jeśli przewrócisz zbiornik na biodiesel, sprzątanie będzie łatwe. Szkody w środowisku będą miały charakter lokalny. Dotyczy to również mieszanek.
Istnieje również czynnik bezpieczeństwa. Biodiesel jest nietoksyczny. Jest około 10 razy mniej toksyczna niż sól kuchenna. Jego temperatura zapłonu jest wyższa. Do zapłonu potrzeba więcej ciepła. Dzięki temu przechowywanie jest bezpieczniejsze. Przepisy transportowe są mniej rygorystyczne. Nie potrzebujesz takich samych protokołów dotyczących materiałów niebezpiecznych dla ciężarówki przewożącej B20, jak w przypadku czystego oleju napędowego.
Twój silnik będzie wdzięczny
Mechanicy wiedzą, że paliwo pełni funkcję smaru. Olej napędowy o niskiej zawartości siarki usuwa tę smarowność z układu. Pozostawia podatny na kontakt metal-metal. Biodiesel rozwiązuje ten problem.
Działa jak rozpuszczalnik. Zmiękcza osady węgla i brud wewnątrz silnika. Osady te mogą powodować zatory. Biodiesel je usuwa. Ponieważ nie pozostawia śladów, silnik z biegiem czasu pracuje czyściej. Zmniejsza się długotrwałe zużycie.
Aby tego doświadczyć, nie potrzebujesz 100% biodiesla. Mieszanka zaledwie 1% zwiększa smarowność paliwa nawet o 65%. Biuro Technologii Transportowych Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych potwierdza tę liczbę. Mniejsze tarcie oznacza mniejsze wytwarzanie ciepła. Mniej ciepła oznacza dłuższą żywotność komponentów. Pompy wtryskiwaczy paliwa działają dłużej. Uszczelki pozostają elastyczne.
Zmniejszona zależność od importu
Bezpieczeństwo energetyczne jest priorytetem narodowym. USA importują ogromne ilości swojej ropy. Globalna podaż maleje. Ceny ulegają wahaniom ze względu na niestabilność geopolityczną. Biodiesel stanowi alternatywę.
Większość biodiesla w USA wytwarzana jest z oleju sojowego. Główną uprawą krajową jest soja. Uprawia się ją na Środkowym Zachodzie, w stanach takich jak Illinois, Iowa i Ohio. Produkując paliwo lokalnie, zmniejszasz swoją zależność od zagranicznej ropy. Posiadasz kapitał w ramach krajowej gospodarki. Nie rozwiązuje to wszystkich problemów energetycznych. Ale to zmniejsza popyt. Tworzy to bufor chroniący przed szokami podażowymi.
Nie chodzi o to, by jutro wymienić cały olej napędowy. Chodzi o dodanie warstwy odporności do istniejącej infrastruktury. Można go stosować w prawie każdym silniku wysokoprężnym przy minimalnych modyfikacjach lub bez nich. Sprzętu nie należy zmieniać. Zmiany paliwa.
Korzyści są oczywiste. Czyste powietrze. Bezpieczniejsza obsługa. Najlepsze smarowanie silnika. Produkcja krajowa. Istnieją jednak przeszkody. Wydajność w niskich temperaturach. Kompatybilność materiałów ze starymi uszczelkami. Logistyka łańcucha dostaw.
Wady i przyszłość
Biodiesel nie jest panaceum. Ma to swoje wady.
Tak, otrzymujesz czystszą emisję cząstek stałych. Ale kompromisy uderzają w nieoczekiwanych miejscach. Niektóre problemy wynikają ze składu chemicznego samego paliwa, inne wynikają ze złożonej rzeczywistości łańcuchów dostaw.
Problem z NOx
Oto pierwszy ból głowy: tlenki azotu.
Kiedy producenci silników Diesla usuwają cząstki stałe ze swoich spalin, emisja NOx często wzrasta. Emisje te przyczyniają się do powstawania smogu. Biodiesel nie jest tutaj wyjątkiem.
Część tego problemu można rozwiązać poprzez dostrojenie silnika. Ale takie ustawienie nie zawsze jest możliwe dla każdego kierowcy. Badane są technologie mające na celu ograniczenie tych skoków emisji NOx. To ciągła walka.
Pułapka rozpuszczalnika
Biodiesel działa jak rozpuszczalnik. Jest to świetne rozwiązanie do czyszczenia zbiorników, ale fatalne w przypadku starszych filtrów.
Jeśli jeździsz dieslem wyprodukowanym przed 1992 rokiem, zachowaj ostrożność.
Paliwo zmywa dziesiątki brudu nagromadzonego w przewodach. Następnie szlam przemieszcza się w dół strumienia i zatyka filtr paliwa.
Producenci ostrzegają, że w przypadku przejścia na mieszanki silnie skoncentrowane konieczna jest natychmiastowa wymiana pompy paliwa. Starsze systemy nie zostały zaprojektowane z myślą o takim poziomie mocy czyszczącej.
Co gorsza, biodiesel niszczy gumę.
Stare przewody paliwowe? Oni gniją. Uszczelki? Rozpuszczają się. Będziesz musiał wymienić te gumowe elementy, w przeciwnym razie wystąpią nieszczelności. Wielu producentów uwzględnia obecnie w swoich gwarancjach biodiesel. Nie oznacza to, że części wytrzymają.
Cios w moc i wydajność
Nie spodziewaj się takiej samej reakcji przepustnicy.
Wydajność nieznacznie spada. Moc również maleje. Średnio tracisz około 10 procent mocy wyjściowej.
Matematyka jest prosta. Około 1,1 galona biodiesla wymaga energii równoważnej jednemu galonowi konwencjonalnego oleju napędowego. Spalasz więcej paliwa, aby pokonać tę samą odległość.
Bariera kosztowa
W szerszym kontekście biodiesel pochłania pieniądze.
Główną przeszkodą są koszty. Według EPA czysta B100 kosztuje od 1,95 do 3,00 dolarów za galon. Mieszanki B20 kosztują o około 30 do 40 centów więcej niż standardowe ceny oleju napędowego.
Na te liczby wpływają towary i zmienność rynku. Na tydzień jest tanio. Następnym razem stanie się przedmiotem luksusowym.
Dostępność: Mapa patchworkowa
Nie znajdziesz biodiesla na każdej stacji benzynowej we wszystkich 50 stanach. Ale można go znaleźć wszędzie.
Istnieją trzy główne kanały:
– Bezpośrednio od dostawcy
– Za pośrednictwem dystrybutorów produktów naftowych
– Na publicznych stacjach benzynowych
Obecnie 19 producentów będących członkami NBB sprzedaje biodiesel na terenie całych Stanów Zjednoczonych. Jeśli jesteś poza Stanami Zjednoczonymi, skontaktuj się z lokalną agencją zajmującą się biopaliwami, aby uzyskać mapy paliw.
Skala produkcji
Ile faktycznie się produkuje?
Przy tak dużej liczbie producentów – federalnych, prywatnych, przemysłowych – trudno podać jedną dokładną liczbę. Stany Zjednoczone produkują obecnie około 75 milionów galonów rocznie.
Produkcja jest elastyczna. Można go skalować w górę lub w dół w zależności od zapotrzebowania.
Kto właściwie go używa?
Na rynku dominują pojazdy flotowe. Według stowarzyszenia Clean Fuels Alliance ponad 100 flot korzysta z biodiesla.
Spójrz na tę listę:
– Poczta amerykańska
– Siły Powietrzne USA
– Armia USA
-NASA
– Departament Energii USA
-Duke Energia
– Floryda Moc i światło
– Autobusy miejskie w Cincinnati
Do akcji przyłącza się także transport publiczny. Przyszłe cele obejmują silniki okrętowe, maszyny rolnicze i systemy ogrzewania domów.
Polityczny wiatr w plecy
Zasięg problemu rośnie. Biopaliwa odchodzą od technologii niszowych do tematów przy stole.
Rośnie wokół nich poparcie polityczne. Nowelizacja EPACT z 1998 r. ustanowiła precedens. Paliwa alternatywne wkrótce staną się koniecznością, a nie wyborem.
Jest to proces ciągłej pracy. Niezależnie od tego, czy pojazdy elektryczne odciągają uwagę od pojazdów elektrycznych, czy pozostają w tle, infrastruktura powoli się wzmacnia. Silnik pracuje. Filtr jest zatkany. Koszt się zmienia. Ale jest rozmach.
