Рапсовое масло как альтернативное топливо для дизеля

Использование рапсового масла в топливах для дизелей Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Девянин Сергей Николаевич, Марков Владимир Анатольевич, Быковская Лариса Игоревна, Маркова Вера Владимировна

Проведен анализ возможности использования растительного масла в качестве топлива для дизелей . Показана целесообразность применения рапсового масла или метилового эфира рапсового масла для топливных целей в России в виде биодобавки к нефтяному топливу. Применение биодобавок на основе рапсового масла позволяет улучшить экологические характеристики дизеля .

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Девянин Сергей Николаевич, Марков Владимир Анатольевич, Быковская Лариса Игоревна, Маркова Вера Владимировна

Analysis of the possibility of using rapeseed oil in the fuel for diesel engines

The analysis of the possibility of using vegetable oil as fuel for diesel engines . Rapeseed oil or rapeseed oil methyl ester should be used as a fuel for diesel engines in Russia, but only as bioadditives for fuel from oil. The use of bioadditives based on rapeseed oil can improve the environmental performance of diesel.

Текст научной работы на тему «Использование рапсового масла в топливах для дизелей»

Альтернативное моторное топливо

Использование рапсового масла в топливах для дизелей

профессор МГАУ им. В.П. Горячкина, д.т.н., В.А. Марков,

профессор МГТУ им. Н.Э. Баумана, д.т.н., Л.И. Быковская,

аспирантка МГАУ им. В.П. Горячкина, В.В. Маркова,

аспирантка МГАУ им. В.П. Горячкина

Проведен анализ возможности использования растительного масла в качестве топлива для дизелей. Показана целесообразность применения рапсового масла или метилового эфира рапсового масла для топливных целей в России в виде биодобавки к нефтяному топливу. Применение биодобавок на основе рапсового масла позволяет улучшить экологические характеристики дизеля.

Ключевые слова: биотопливо, дизель, топливо для дизеля, рапсовое масло, метиловый эфир рапсового масла, смесевое биотопливо.

Analysis of the possibility of using rapeseed oil in the fuel for diesel engines

S.N. Devianin, V.A. Markov, L.I. Bykovskaya, V.V. Markova

The analysis of the possibility of using vegetable oil as fuel for diesel engines. Rapeseed oil or rapeseed oil methyl ester should be used as a fuel for diesel engines in Russia, but only as bioadditives for fuel from oil. The use of bioadditives based on rapeseed oil can improve the environmental performance of diesel.

Keywords: biofuels, diesel engine, fuel for diesel engines, rapeseed oil, rapeseed oil methyl ester, biofuel mixture.

Вопрос поиска топлив, альтернативных нефтяным, возник в связи с истощением нефтяных запасов и ростом дефицита нефти, которые приводят к увеличению цен на топливо, а значит и на производимую и перевозимую продукцию. Альтернативное топливо для дизелей, чтобы стать достойной заменой нефтяному, должно обладать физико-химическими свойствами, близкими к дизельному. В этом случае переход на новое топливо произойдет постепенно, без значительных изменений в конструкции дизелей, а значит без

существенных капиталовложений и достаточно быстро.

Вместе с тем выбор альтернативного топлива должен учитывать его запасы на ближайшее столетие, эко-логичность, энергоемкость, агрессивность и т.д. В настоящее время, когда улучшение экономических и экологических показателей дизелей при их работе на дизельном топливе нефтяного происхождения для обеспечения экологических норм требует огромных затрат и поиск альтернативного топлива становится все более актуальным, появляется необходимость

создания такого альтернативного топлива, которое отвечало бы оптимальным требованиям и в первую очередь по экологии.

Недостаток ископаемых энергоресурсов и экологическая безопасность являются основными проблемами мобильных машин. С каждым годом эти проблемы обостряются, и их решение пытаются найти в возобновляемых энергоресурсах. Активность внедрения биотоплива в развитых странах Европы, Америки и Азии обострила проблемы, связанные с его производством и использованием:

■ противоречие с обеспеченностью продовольствием;

■ обеспечение сырьевыми ресурсами;

■ стоимость биотоплива в сравнении с нефтяным;

■ эффективность использования в ДВС;

■ законодательное обеспечение применения биотоплив;

■ надежность работы техники и др.

В качестве сырьевой базы для обеспечения топливом дизелей рассматриваются следующие источники:

■ нефть (дизельное топливо);

■ растительное масло (масло, эфиры масла);

■ природный газ (диметиловый эфир, синтетические топлива);

■ биомасса (синтетические топлива);

■ производственные и бытовые отходы (синтетические топлива);

■ животные жиры (эфиры жиров) и др.

Если в развитых зарубежных странах, где наиболее остро ощущается энергетический голод, уже давно эксплуатируется техника на биотопливе и с каждым годом объемы его производства растут, то в России дальше экспериментальных испытаний дело не продвинулось. И хотя в 2005 г. появился ГОСТ 52368-2005 на дизельное топливо, допускающий применение до 5 % эфира рапсового масла (РМ), отечественные производители пока разрешение на применение эфира на своей технике не дают.

Европа ориентируется на использование в качестве энергоносителя

SÜSS Л Ф® eü# J^tefet Щ фЩ

«Транспорт на альтернативном топливе» № 2 (20) март 2011 г.

Альтернативное моторное топливо

рапсового масла, что обусловлено следующими причинами:

■ высокой урожайностью масло-семян — до 40 ц/га;

■ содержанием масла в семенах — до 50 %;

■ соответствием переработанного рапсового масла требованиям эксплуатируемых сейчас дизелей;

■ востребованностью жмыха для животноводства;

■ повышением урожайности зерновых на 10-20 % при предварительном посеве рапса на тех же площадях.

Следует отметить, что при производстве рапсового масла около 60 % от переработанного урожая семян составляет рапсовый жмых, который представляет собой ценный белковый продукт. В настоящее время он используется только в качестве кормовой добавки в животноводстве и птицеводстве. Технологии его переработки и использования в качестве продуктов питания еще не разработаны. Широкое распространение этой культуры для топливных целей позволяет существенно увеличить также и производство калорийных продуктов питания для решения продовольственной проблемы.

В дизелях применяют как рапсовое масло (стандарты EN 590:2004, DIN 51 605), так и метиловый эфир рапсового масла (МЭРМ), отвечающего требованиям стандарта DIN EN 14 214 (ASTM D6751). Техника эксплуатируется на чистых РМ или МЭРМ, а также в смесях с дизельным топливом. Производители техники оговаривают модификации двигателей, на которых допускается использование альтернативных биотоплив. Система производства биодизеля и топливозаправок уже хорошо развита [1].

Россия пока находится в самом начале пути и вопрос технологии использования биотоплива в дизелях не решен. На некоторых предприятиях России проводятся экспериментальные работы по использованию РМ в дизелях, причем стараются обеспечить работу на одном только масле, что не оправданно по многим причинам.

Эффективная работа дизеля на топливе с другими физико-химическими свойствами, которыми обладают

растительные масла в отличие от нефтяного дизельного топлива (ДТ), не может быть обеспечена во всем диапазоне рабочих режимов без существенной переделки двигателя. Существующие дизели на ДТ дорабатывались производителями по мощностным и экономическим показателям. Для этого топлива подобраны конструктивные параметры топливной аппаратуры, форма камеры сгорания, наддув, газообмен и т.д. Поэтому применение только масла в качестве топлива приводит к ухудшению мощностных и экономических показателей.

Ухудшение процесса смесеобразования при работе дизеля только на масле приводит к затягиванию сгорания, увеличению температуры отработавших газов, перегреву двигателя, повышению тепловой напряженности деталей цилиндропоршневой группы, выпускных клапанов и турбокомпрессора. Это снижает ресурс двигателя. Решение этих проблем требует изменений конструкции двигателя или использования растительного масла в виде смеси с ДТ.

Кроме конструктивных проблем, существует и вопрос обеспечения сырьевыми ресурсами. Если рассмотреть условия производства рапса в России, то простые расчеты показывают следующее. Посевные площади в РФ составляют около 120 млн га и, естественно, все их ежегодно задействовать под рапс нельзя. Но если даже на всех площадях включить рапс в севооборот один раз в 4 года при средней урожайности в РФ до 1,5 т/га, то можно получать ежегодно валовой сбор рапса около 45 млн т, а после отжима — около 15 млн т рапсового масла. Ежегодное потребление дизельного топлива в РФ приближается к 70 млн т. Таким образом, доля производимого РМ или МЭРМ может составлять около 20. 30 % от производимого количества дизельного топлива.

Использование перспективных сортов рапса позволяет поднять урожайность семян на 70 % и содержания масла в них на 7 %, что может увеличить производство рапсового масла до 80 % и повысить соотношение РМ или МЭРМ и дизельного топлива до 50:50. Следовательно, разрабатывать массовый дизель для работы на

одном РМ или МЭРМ нецелесообразно. Необходимо искать компромисс в использовании топлива в виде смеси.

Стоимость топлива из рапсового масла — один из барьеров, сдерживающих его применение, в том числе и в России. В Европе доля его стоимости в цене на биодизель составляет около 60 %. Поэтому для расширения использования биодизеля важно снизить затраты на производство РМ. Среди основных факторов, позволяющих уменьшить его цену, следует отметить следующие: повышение урожайности, снижение потерь при уборке и хранении, расширение сферы использования рапсового жмыха, снижение энергозатрат при отжиме масла и увеличение общего производства рапса.

Анализ затрат производства рапсового масла показывает, что уже при урожайности 1 т/га стоимость рапсового масла с учетом реализации жмыха становится соизмеримой с ценой на дизельное топливо (23.26 руб./кг). Дальнейшее повышение урожайности приводит к увеличению прибыли производителя в случае замещения дизельного топлива маслом. При использовании МЭРМ экономическую выгоду можно получать уже при урожайности, превышающей 2.2,5 т/га. При этом анализ не учитывает экологического эффекта от использования биодобавок к топливу.

Испытания отечественных дизелей показывают, что добавка рапсового масла к дизельному топливу до 50 % без дополнительной регулировки обеспечивает их работу без снижения мощности и эффективного КПД. Выбросы нормируемых токсичных компонентов зависят от концентрации рапсового масла в топливе. Для дизелей различных марок влияние концентрации рапсового масла на токсичные составляющие в отработавших газах различно и зависит от конструкции дизеля, организации процессов смесеобразования и сгорания, режима работы и т.д. Однако для всех дизелей существенно снижается дымность при добавке растительного масла в топливо [1].

Читайте также  Топ комбо регистраторов 2018

Для дизеля Д-245 [2] добавка рапсового масла к топливу до 25.40 % приводит к некоторому увеличению

Рапс, как сырье для производства биодизеля

Рапс, как сырье для производства биодизеляРапс является одной из наиболее ценных и перспективных культур в общемировом производстве растительных масел. Это культура с высокой масличностью (до 45%). Рапсу отводят важную роль как источнику пищевого растительного масла, а также как сырью для получения технических продуктов, а именно, производства метиловых и этиловых кислот рапсового масла (или БИОДИЗЕЛЯ). Заинтересованность в рапсовом масле обусловлена ее составом, в том числе жирными кислотами в составе триацилглицеринов. Их состав повышает устойчивость масла к окислению, что, в свою очередь, позволяет гарантировать производителям рапсового масла для пищевых целей больший срок годности к употреблению. Устойчивость к окислению рапсового масла в сравнении с другими важна также при производстве метиловых и этиловых жирных кислот в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей.

Очень важным вопросом является улучшение свойств рапсового масла на генетическом уровне. Как известно, важным показателем для рапсового масла является наличие эруковой кислоты. Минимизация эруковой кислоты в масле играет важную роль при использовании масла в пищевом секторе. Для пищевых целей используются семена рапса с содержанием эруковой кислоты не более 2% и глюкозинулатов – 3%. Согласно отраслевому стандарту Украины ГОСТ 46.072 на рапсовое масло, для пищевых целей могут использоваться нерафинированное масло высшего и первого сортов, а также рафинированное не дезодорированное и рафинированное дезодорированное с вместительностью эруковой кислоты не более 5% и серы не более 6 мг/кг.

Что касается технических сортов рапсового масла, которые непригодны для пищи в связи с повышенным количеством эруковой кислоты и сумарной вместительностью мононенасыщенных кислот в пределах 53-69 %, а полиненасыщенных – до 23%, то именно эти сорта соответствуют требованиям для производства альтернативного топлива для дизельных двигателей.

Жмых, получаемый с семен рапса, содержит до 37-40% ценного белка. Рапсовый жмых используется в качестве питательных дополнений в рецептуре комбикормов и для кормления скота и птицы. Рапсовое масло в сравнении с другими маслами с точки зрения физиологии питания человека имеет ряд преимущесв. Оно содержит все физиологочески важные кислоты в оптимальном соотношении.

Рапсовое масло это дешевое сырье для производства БИОДИЗЕЛЯ. С тонны рапса можна получить от300 до 360 кг. масла, и с этого масла 270-320 кг. биодизельного топлива. Неоспоримая ценность биодизеля в его экологичной чистоте и возможности получать его с возобновляемого сырья.

Рапсовое масло, как биотопливо, можна использовать в виде чистого масла холодного прессования и этерифицированного. В первом случае топливо подхдит к двигателям с камерой завихрения, которые дооснащены дополнительной аппаратурой для впрыскивания масла. На этерифицированном масле могут работать обычные дизельные двигатели без переоснащения.

При энергетическом использовании рапсового масла в качестве топлива возможны два пути: централизированное и децентрализированное производство. При этом активно используются узо legrand, а также другие автоматы для оптимизации процесса производства.

Централизированное производство: модификация рапсового масла – получение биодизеля, и использование в дизельных двигателях любых марок (полученное масло поступает на завод для химической переработки, а потом автозаправки). При химической реакции растительное масло смешивается с метанолом и катализатором. При этом образуется биодизель и побочный продукт – глицерин. Специалисты по моторам считают биодизель наилучшим, что есть в наличии топливом для двигателей внутреннего сгорания.

Децентрализированное проиводство: незначительная модификация дизельных двигателей и использование только отфильтрованного рапсового масла (полученное масло фильтруется на месте, в небольших седиментационных емностях и используется в модифицированных дизельных агрегатах, местных котельнях или транспортных средствах).

Возможности рапса как альтернативы дизельному топливу

Для замены дизельного топлива могут быть использованы растительные масла. В Германии большие надежды в этом отношении возлагаются на рапс. Для использования топлива, получаемого из растительного сырья, рассматривают два пути. Один из них предполагает этерификацию растительных масел до кондиций дизельного топлива, а второй- модифицирование дизельного двигателя таким образом, чтобы при сгорании сырого масла в нем не образовывался вредный для работы нагар.

На автомобильном транспорте первый путь уже реализуется. Топливо Biodiesel , представляющее собой рапсовый метиловый эфир ( RME ), уже отпускается более чем на 800 заправочных колонках Германии. Поскольку RME является чрезвычайно агрессивной жидкостью, топливные баки, топливопроводы и другие элементы, соприкасающиеся с ним, должны иметь специальное исполнение, стойкое к RME.

Поставки растительного сырья ограничены посевными площадями, спецификой сельского хозяйства, а также возможностями переработки. Ожидается, что в 2005 г. потребление в качестве топлива рапсового масла и RME вместе составит 2,2 % общего потребления дизельного топлива автотранспортом. До 2020 г. эта доля может вырасти лишь до 4 %.

Разработка специальных двигателей маловыгодна. Низкий потенциал растительного сырья по сравнению с абсолютным потреблением дизельного топлива является причиной того, что на автомобильном транспорте целесообразнее использовать RME в обычных дизелях, а не сырое масло в специальных двигателях.

На железнодорожном транспорте это граничное условие неприемлемо. Абсолютное потребление дизельного топлива здесь значительно меньше, чем на автомобильном транспорте. Так, в 1995 г. оно составило 3,3 % потребления на автотранспорте, включая расход в устройствах обогрева. Ответ на вопрос о предпочтительности RME или сырого рапсового масла на железнодорожном транспорте также будет иным, чем на автомобильном.

Поиски новых источников энергии имеют целый ряд причин, а именно:

  • ограниченность запасов обычных источников;
  • зависимость от стран — экспортеров нефти;
  • парниковый эффект, который обусловлен поступлением в атмосферу двуокиси углерода;
  • загрязнение атмосферы выхлопными газами.

Наряду с этим рост потребности в растительном сырье для изготовления топлива может повысить доходность сельского хозяйства.

Процесс изготовления рапсового масла делится на два этапа — первичный отжим из семян и вторичный из жмыха. С помощью последующей экстракции остаточное содержание масла в жмыхе может быть дополнительно понижено. После отжима масло фильтруют и обезвоживают, очищают от кислотных компонентов и осадка, а затем осветляют.

Для производства RME требуются дополнительные затраты на этерификацию. Диапазон температур этерификации в зависимости от способа составляет 20 — 100 °C.

Рапсовое масло изготавливают на децентрализованных маслозаводах (без экстракции) и на централизованных. В Германии сейчас работают в общей сложности 80 децентрализованных и 12 централизованных заводов. Дальнейшая переработка масла в RME возможна лишь в специальных этерификационных установках. В настоящее время топливо Biodiesel выпускают восемь немецких фирм, две из которых работают за границей.

Сравнение дизельного топлива, рапсового масла и RME

Дизельное топливо может сгорать в двигателях с непосредственным впрыском или же в предкамерных и вихрекамерных. Непосредственный впрыск применяется в двигателях высокой мощности. Удельный расход топлива при этом способе впрыска ниже, чем при двух других. В то же время сгорание топлива в двух последних случаях лучше, т. е. в выхлопе содержится меньше вредных веществ.

Рапсовое масло и RME отличаются от дизельного топлива температурой кипения. У дизельного топлива она равна приблизительно 100 °C, у RME около 320 °C. У рапсового масла температура кипения тоже выше, чем у дизельного топлива. При низкой нагрузке дизеля (в том числе на холостом ходу) температура поршня снижается. Рапсовое топливо, имеющее повышенную температуру кипения и осевшее на охладившемся поршне, уже не испаряется и не воспламеняется при смешивании с воздухом. Несгоревшее топливо поршневыми кольцами перемещается вниз, попадает в картер, где смешивается со смазочным маслом. В результате этого масло разжижается попадающим в него RME , что в дальнейшем может привести к выходу дизеля из строя. При использования в качестве топлива рапсового масла его попадание в смазочное масло приводит к образованию в картере резинообразной субстанции. В связи с этим заменять масло в двигателях, работающих на рапсовом топливе, приходится чаще.

По своим свойствам рапсовое масло имеет большие отличия от дизельного топлива. Это прежде всего относится к вязкости, которая является важнейшим параметром, определяющим качество распыления и сгорания топлива. Вязкость масла может быть понижена нагреванием или разжижением путем добавления дизельного топлива. Рапсовое масло, будучи более вязкотекучим, чем дизельное топливо, при использовании в качестве топлива должно быть достаточно теплым. При слишком низких температурах оно требует подогрева.

Рапсовое масло не может длительно использоваться в обычных дизелях с непосредственным впрыском, так как оно полностью не сгорает. Результатом этого, кроме смешивания со смазочным маслом, являются продукты коксования, откладывающиеся на форсунках, поршнях и поршневых кольцах. В предкамерном и вихрекамерном двигателях длительное использование рапсового масла возможно, так как в этом случае оно дополнительно подогревается перед воспламенением, что способствует лучшему смешиванию с воздухом и более полному сгоранию.

Существуют возможности в дизеле с непосредственным впрыском таким образом изменить конструкцию поршней, головки цилиндров и форсунок, чтобы стало возможным длительное использование в качестве топлива растительных масел. Помимо этого могут быть разработаны специальные двигатели с непосредственным впрыском, предназначенные для работы на рапсовом масле. В таких двигателях должно быть предусмотрено следующее:

  • температура поршня значительно выше, чем в обычных дизелях;
  • ограничена возможность проникновения несгоревшего топлива в смазочное масло;
  • обеспечен более высокий КПД по сравнению с обычным дизелем.

Одним из преимуществ топлива на базе рапса является пониженное содержание в выхлопе окислов серы.

Читайте также  Паркуемся задним ходом схема

Финансовый аспект и перспективы

Рассмотренные соображения говорят не в пользу внедрения растительных масел вместо дизельного топлива.

Цена RME близка к цене дизельного топлива. На заправочных станциях Германии 1 л RME обычно на 3 пфеннига дешевле дизельного топлива. Эта разница в ценах в настоящее время уже компенсируется увеличением объема продажи.

Рапсовое масло должно быть дешевле RME из-за более простой технологии изготовления. Однако практика показывает, что в чистом виде рапсовое масло в виде топлива используется в небольшом объеме. Рост его потребления возможен лишь с появлением большого числа специально разработанных двигателей. Пока изготовителей таких двигателей очень мало, поэтому они чрезвычайно дороги.

Топливо из растительного сырья освобождено от налога на минеральные масла, если оно не используется в смеси с дизельным. За счет этого налога дизельное топливо стало дороже на 6 пфеннигов за 1 л. Перспективы широкого распространения рапсового топлива зависят в значительной степени от того, будет ли освобожден от налога железнодорожный транспорт, как это имеет место с воздушным и водным. Кроме того, важен обсуждаемый Комиссией ЕС вопрос о перспективах налогообложения топлива из растительного сырья.

Большое значение для внедрения нового топлива имеют также принимаемые предельные нормы выхлопа. Если будет введен налог на выбросы СО2 и принято решение о нормировании окислов серы, шансы рапсового топлива значительно вырастут. Широкому распространению его в сельском хозяйстве препятствует существующая скидка на дизельное топливо, газ и бензин для сельскохозяйственных машин.

Важным фактором, ограничивающим расширение площадей под рапс, является закон о премиях землевладельцам, выводящим часть посевных площадей под пар, чтобы избежать опасности перепроизводства сельскохозяйственной продукции. Пустующие площади могли бы использоваться для выращивания непищевого рапса.

Из двух рассмотренных видов рапсового топлива лучше перспективы использования на железнодорожном транспорте у рапсового масла, хотя реализация этого связана с большими затратами. Специальные двигатели для работы на рапсовом масле уже разработаны для автотранспорта. На железных дорогах таких двигателей еще нет, но возможна установка, например, на мотовозах автомобильных двигателей, специально созданных для работы на рапсовом топливе.

C. Eickmann. Eisenbahningenieur, 1999 , N 6, S. 42 — 45.

СОЛЯРКА С СОБСТВЕННОГО ПОЛЯ

В ноябре прошлого года в хозяйстве Веневского маслозавода Тульской обл. решились на эксперимент: перевели один трактор на биотопливо. Через топливный бак пустили выхлопную трубу, и всю зиму машина работала на чистом рапсовом масле, рассказывает заместитель гендиректора по сельхозпроизводству компании РС «Венев» Виктор Гулов. Правда, трактор работал только на очистке снега, то есть без серьезных нагрузок. Однако и поломок тоже не было, замечает Гулов.

Сочтя эксперимент удачным, к началу посевной кампании в хозяйстве планируют перевести на биотопливо еще 10 тракторов. «Каждый год мы наблюдаем повышение цен на солярку, – объясняет свое решение Гулов. – Сейчас [на момент разговора – март 2006 г. – «АБ»] она стоит 15 руб./л с учетом доставки и себестоимость рапсового масла у нас на заводе такая же. Как внутреннее подразделение маслозавода мы имеем масло по себестоимости, так что пока работаем в ноль. Но если цена на солярку поднимется до 20 руб./л, то масло сразу станет выгодным».

В новаторстве туляков есть еще одна причина. По некоторым расчетам, разведанных запасов нефти на Земле осталось на 30–40 лет, говорит Гулов. Даже если она не кончится, то дешеветь уже точно не станет, уверен он. Поэтому сельскому хозяйству как крупному потребителю нефтепродуктов альтернативные источники топлива должны быть интересны в первую очередь.

«В этом году мы собираемся сжечь в общей сложности 1 тыс. кубов солярки, и только 300 кубов из этого объема составит масло, – делится планами Гулов. – Если все будет нормально, то на следующий год долю масла можно будет увеличить».

Масло или биодизель?

Схему переоборудования тракторов под биотопливо придумали еще 10 лет назад, рассказывает руководитель лаборатории двигателей и применения альтернативных видов топлива Всероссийского НИИ механизации сельского хозяйства (ВИМ) Геннадий Савельев. Тогда его лаборатория изучала возможности использования рапса, а опыты по его применению в хозяйствах проводились на Алтае. «Трактор, выделенный для испытаний, отработал все лето: утром его запускали на солярке, прогревали, а затем переводили на рапсовое масло, – вспоминает Савельев. – При этом потерь мощности практически не было. В конце сезона испытатели разобрали двигатель и не поверили своим глазам: на поршнях не было ни грамма нагара!».

Рапсовое масло сгорает в двигателе без остатка, поясняет Савельев. По температуре сгорания оно практически идентично дизельному топливу (34,04 и 34,02 тыс. кДж/л), благодаря чему при работе двигателя на биотопливе теряется всего 8% мощности. При этом расход топлива повышается примерно на 5–8%, говорит он. Рапсовое масло практически пожаробезопасно, нетоксично и обладает хорошими экологическими качествами, добавляет Савельев.

Когда трактор работает целый день на масле, из выхлопной трубы доносятся ароматы чипсов, жареной картошки или пирожков, рассказывает Гулов. «Мы специально прикладывали лист чистой бумаги к выхлопной трубе: когда трактор на солярке работает, лист получается черным, на масле – остается белоснежным», – говорит он.

Однако в Европе, при всей привлекательности работы на чистом рапсовом масле, от этой технологии отказались. Если создать серьезную тяговую нагрузку, трактор быстро выйдет из строя, предупреждает Гулов. В доказательство он приводит результаты немецких испытаний: «Через год после их начала из 100 тракторов на ходу остались лишь 44, остальные сломались: «полетела» топливная аппаратура или поршневая группа».

Чтобы обойти эту проблему, ученые предложили использовать в качестве топлива смесь рапсового масла с соляркой. По наблюдениям Савельева, оптимальной является смесь, содержащая 75% рапсового масла и 25% дизтоплива. Правда, «переваривать» ее способна далеко не вся техника. Для смешанного топ-лива пригодны лишь двигатели, которые имеют объемно-пленочное смесеобразование. Двигатели с непосредственным впрыском топлива на рапсе не работают, предупреждает Савельев. Поэтому ВИМ разработал схему переоборудования машин под эту технологию на примере трактора МТЗ–80. Чтобы перейти на смешанное топливо, нужен небольшой бачок для солярки, которой прогревают двигатель зимой, теплообменник и трехходовой кран в кабине. С помощью крана можно переключать двигатель с чистого дизельного топлива на смешанное. «Общие затраты составят 4–5 тыс. рублей, после чего трактор будет готов к работе», – обещают в ВИМ. А потерянную мощность мотора можно «практически полностью восстановить при помощи регулирования топливной системы, уменьшив угол опережения впрыскивания топлива», – советует доцент кафедры двигателей внутреннего сгорания Национального технического университета (Украина) Владимир Семенов.

Еще один вариант использования рапсового масла как топлива – переработка его в метиловый или этиловый эфир, или так называемый биодизель. Суть технологии в том, что масло в присутствии катализатора смешивается со спиртом. В ходе реакции выделяется глицерин, благодаря чему вязкость топлива снижается до уровня обычной солярки, объясняет Савельев. По своим физико-химическим свойствам биодизель ничем не отличается от минерального. Он обладает хорошей воспламеняемостью, за счет содержания связанного кислорода более интенсивно сгорает и имеет хорошие смазочные характеристики, перечисляет он. Единственное отличие от солярки – в стабильности хранения. Эфир имеет склонность к расслоению на отдельные фракции. Поэтому биодизель придется использовать по назначению сразу после его производства.

Формула «топливной безопасности»

В «Веневе» внедрять технологию переработки масла в эфир пока не готовы. «Это требует дорогостоящего оборудования. Кроме того, нужно где-то брать сырье – метиловый спирт, куда-то девать получающийся на выходе глицерин», – перечисляет Гулов трудности перехода на биодизель.

Оборудование для производства биодизеля у нас не выпускается, добавляет Савельев из ВИМ. Но на российском рынке, по его словам, имеется «широкий выбор» установок из Чехии, Германии, Франции и Италии. Стоимость самой дешевой системы для производства биодизеля мощностью, рассчитанной на 5 тыс. т/г., достигает 700 тыс. евро. А директор украинского НПО «Бионафта» (занимается организацией производства биодизеля на Украине) Владимир Павлюченко оценивает работы по строительству и запуску завода годовой мощностью 50–60 тыс. т биодизеля в $33 млн.

Эксперт-аналитик аграрных рынков компании «Гелио-Пакс» Виталий Шамаев полагает, что биодизель может быть рентабельным, если производить его не менее 100–200 тыс. т/г. «Именно такие предприятия обладают минимальными издержками и будут способны поставлять продукцию мировых стандартов на экспорт при вступлении России в ВТО», – доказывает он. А по расчетам Савельева, рентабельное использование биотоплива возможно практически при любых объемах, но только на холдинговой основе, когда выращивание рапса и его переработка «сосредоточены в одних руках». «Себестоимость семян рапса колеблется, в зависимости от урожайности и региона, от 2,5 до 5 тыс. руб./т, – рассуждает он. – Из каждой тонны можно получить примерно 300 кг рапсового масла, которое затем используется в чистом виде, в смеси с минеральным дизелем либо перерабатывается в метиловый или этиловый эфир. Выход глицерина при этом равен 10%-ной добавке спирта, поэтому биодизельного топлива мы получаем столько же, сколько затрачиваем рапсового масла».

По данным ВИМ, чтобы не зависеть от традиционных поставщиков топлива, растениеводческому или животноводческому хозяйствам в среднем достаточно засеять рапсом 13% площадей. При кооперативном или холдинговом производстве и использовании биодизельного топлива в объеме от 10 тыс. т/г. годовая прибыль от перехода на растительное топливо может достигать 50 млн руб., уверяет Савельев. Правда, для этого придется наладить практически безотходное производство, при котором получающийся жмых и шрот скармливаются животным, а рапсовая солома прессуется в пеллеты и идет на отопление и прочие хозяйственные нужды.

Рапсовый жмых и шрот подходят для приготовления сенажа, силоса и травяной муки, замечает Павлюченко из «Бионафты». В одной кормовой единице он содержит до 190 г протеина. Коэффициент переваривания рапсового шрота достигает 71%, в то время как подсолнечного – 56%. Скармливание тонны рапсового шрота или жмыха аналогично 8-10 т зернофуража, говорит он. Кроме того, неочищенный биодизель можно использовать как печное топливо, а глицерин, который получается в результате очистки, – в фармакологии, продолжает Павлюченко. А еще при производстве биодизеля можно получать фосфорные удобрения. Что касается пеллет из соломы, то Савельев советует продавать их за рубеж по $100/т.

Читайте также  Штрафы гибдд за пересечение стоп линии

Завод по производству биодизеля в ближайшее время планирует построить агропромышленная группа «Юг Руси». Как рассказывал в ноябре прошлого года ее президент Сергей Кислов, «проект строительства уже есть, только с участком не определились». Компания рассматривает два варианта – Ростовская область или немецкая земля Северный Рейн-Вестфалия. «Это будет хороший рынок сбыта для российского масла», – обещает Кислов. Биодизель пока планируется поставлять на экспорт, поскольку в России спрос на него еще не сформировался. Однако в «Юге Руси» не исключают, что биотопливо очень быстро может стать востребованным и на внутреннем рынке. «Это связано с ценами на нефтепродукты, – поясняет представитель «Юга Руси». – Завод в любом случае нужно строить сейчас, не дожидаясь пока цены на энергоносители достигнут запредельных высот».

Аналогичным образом рассуждают и иностранные инвесторы, с участием которых решено построить несколько биодизельных заводов в Липецкой и Воронежской областях. Заинтересовался технологией и федеральный Минсельхоз: он добивается выделения 500 млн руб. на субсидирование 2/3 процентной ставки по 5-летним кредитам, предназначенным для строительства предприятий по глубокой переработке зерновых, включая рапс. «В настоящее время переработка рапса рассматривается как реальная возможность производства биодизеля», – комментирует планы своего ведомства министр сельского хозяйства Алексей Гордеев.

Впрочем, не все агрокомпании готовы развивать биотопливное направление. Представитель группы «Эфко», пожелавший остаться неназванным, сообщил, что компания не занимается переработкой рапса из-за его высокой себестоимости. По его словам, налаживать производство биотоплива из рапса пока невыгодно.

Как рассказал «Агробизнесу» заместитель гендиректора по АПК холдинга «СЕТ-Орел-Инвест» Анатолий Самарцев, весь урожай рапса (более 5 тыс. т в 2005 г.) идет на пищевую переработку. О производстве биотоплива в хозяйстве задумываются, но только в теории. По расчетам специалистов компании, биотопливо станет рентабельным, если солярка подорожает до 17 руб./л.

Пока же топ-менеждмент компании изучает особенности новой технологии. «Надо осмотреться, научиться выращивать рапс и уже тогда думать о переработке для топлива», – рассуждает Самарцев. – Оборудование [для производства биодизеля] дорогое, хотя продавать рапс как сырье на завод растительных масел – тоже не самый выгодный вариант. Если мы поймем, что биотопливо действительно перспективно, то, несомненно, предпримем определенные шаги [по его выпуску]».

В ближайшие три года Самарцев планирует расширить площади под рапсом до 12 тыс. га, отдав под эту культуру пятую часть посевных площадей. В зависимости от темпов роста валовых сборов маслосемян он не исключает возможности налаживания выпуска биотоплива на продажу. При этом заливать в трактора чистое рапсовое масло он хозяйствам не советует.

Производство биодизеля в домашних условиях

В последние десятилетия развитые страны мира уделяют все больше внимания замене традиционного дизельного топлива альтернативным, биологическим. Это горючее, называемое биодизелем, получают из масел различных технических (рапс) и естественных (пальма) культур по сравнительно простой технологии. Неудивительно, что разные мастера – умельцы быстро подхватили эту идею и организовали у себя дома небольшое производство биодизеля для личных нужд. Разберемся же, как происходит переработка растительных масел в горючее, и каким образом можно наладить данный процесс в домашних условиях.

Как производится дизельное биотопливо?

Сырьем для этого вида топлива могут служить любые культуры, из которых получают большое количество растительного масла. Чаще всего это рапс и соя, их переработка дает максимальный выход сырья и, соответственно, конечного продукта в виде биодизеля.

биодизель

В дело идут и животные жиры, являющиеся отходами мясокомбинатов, кожевенных заводов и других предприятий. Также годятся перегоревшие растительные масла из ресторанов и прочих заведений общественного питания.

 производство топлива из масла растительного происхождения

Следует отметить, что биодизель из масла растительного и животного происхождения производится по относительно простой технологии. Основные этапы технологического процесса выглядят следующим образом:

  • грубая и тонкая очистка сырья (масла) от мельчайших примесей;
  • смешивание масла и метилового спирта с добавлением щелочного катализатора в реакторе. Пропорции сырья и метанола – 9 : 1, катализатором служит гидроксид натрия или калия;
  • нагрев до 60 °С и перемешивание при этой температуре в течении примерно 2 часов. Этап носит название этерификации;
  • полученная субстанция отстаивается в отдельной емкости и расслаивается на 2 вещества – глицериновая фракция и собственно биодизель;
  • вещества разделяются в сепараторе, после чего горючее проходит термическую обработку с целью выпаривания из него воды.

процесс получения биотоплива

Примечание. Глицериновая фаза – это еще не чистый глицерин, для его выделения субстанцию надо дополнительно переработать. Так что схема полного цикла выглядит куда сложнее:

полный цикл глицериновой фазы

Технологическое оборудование для производства биодизеля тоже не отличается высокой сложностью и представляет собой несколько емкостей, соединенных между собой трубопроводами, а также насосы – главный и несколько дозирующих. Поскольку на предприятиях все этапы автоматизированы, то реактор и другие резервуары оборудованы датчиками температуры и уровня, а насосами управляет контроллер. Все данные о протекающем процессе выводятся на дисплей оператора.

Производство в домашних условиях

Первая и одна из главных проблем – где взять достаточное количество сырья. Хорошо, если вы фермер и выращиваете рапс либо являетесь владельцем ресторана, где остаются отходы растительных жиров. Если же доступа к источнику недорогого сырья у вас нет, то и делать биодизель своими руками вы не сможете. Покупать масла будет нерентабельно, особенно учитывая проблему вторую – качество топлива.

сырье для изготовления органичного топлива

Чтобы смело использовать в любых автомобилях или отопительных котлах произведенный в домашних условиях биодизель, надо обеспечить качество продукта. Иначе вы столкнетесь с бесконечными ремонтами и очистками ваших двигателей и форсунок котлов. А для этого технология должна быть организована и выверена на высоком, а не кустарном уровне. В свою очередь, это приведет к тем же затратам, чья окупаемость – под вопросом.

С низким качеством биодизеля могут на долгое время примириться старые автомобили и трактора с неприхотливыми двигателями и топливными системами. То же касается отопительных капельных печей и котлов с горелкой Баббингтона, нетребовательных к качеству горючего. На этот случай подойдет простейшая установка для производства биодизеля, при других раскладах технологию придется усложнить. Итак, для сборки установки потребуется:

  • 3 емкости из пластика, 2 из них большие и одна поменьше;
  • 5 шаровых кранов;
  • трубы и фитинги (тройники, колена);
  • электрический ТЭН с терморегулятором;
  • насос.

Чтобы освоить производство биодизеля в домашних условиях, надо установить емкости на металлические подставки горловиной вниз, а сверху проделать закрывающиеся отверстия для заливки компонентов. Можно использовать и металлические бочки или самодельные баки из стальных труб большого диаметра. Внизу каждого сосуда надо приделать штуцер, а к нему прикрутить кран, после чего соединить все элементы между собой трубами, как показано на рисунке:

емкости для производство биодизеля в домашних условиях

Средняя емкость будет служить реактором, куда необходимо встроить ТЭН. В другой большой бак заливается масло, а в малый – метиловый спирт. Предварительно к метанолу добавляется каустическая сода, играющая роль катализатора. Открыв краны таким образом, чтобы вещества из вспомогательных емкостей попадали в реактор, включается насос и ТЭН, чей термостат настроен на температуру 60 °С.

В видеоролике ведущий программы Top Gear Джереми Кларксон рассказывает и показывает, как сделать биодизель в домашних условиях :

О плюсах и минусах биодизеля

Основная масса достоинств этого вида горючего относится к снижению выбросов в окружающую среду. Если смотреть на вопрос глобально, то количество углекислого газа, образовавшегося при сгорании топлива, теоретически равняется тому объему, что потребили из воздуха масличные культуры. Можно считать, что выдерживается баланс, но только при сжигании биодизеля в котлах, их КПД довольно высок. А вот эффективность ДВС – всего 60%, там помимо углекислого образуется и угарный газ, загрязняющий атмосферу.

использование биотоплива в жидкотопливных котлах

В составе топлива очень мало серы, из-за чего использование биодизеля наносит куда меньший вред окружающей среде. При попадании в воду горючее не загрязняет ее, а постепенно разлагается микроорганизмами. Ну и двигатель на растительной солярке работает лучше, ибо его цетановое число (51) выше, чем нефтяного топлива (42—45). Из минусов стоит отметить:

  • более высокую стоимость по сравнению с традиционным горючим;
  • невозможность длительного хранения, спустя 3 месяца начинается процесс его разложения;
  • большие посевные площади для выращивания сырья.

При производстве своими руками образуются технологические отходы биодизеля в виде глицериновой фазы, которые невозможно переработать в домашних условиях. Да и само топливо, добытое дома, не сравнится по качеству с заводским и может создать много проблем во время эксплуатации ДВС. Поэтому умельцам, занимающимся этим делом, можно посоветовать как можно тщательнее фильтровать масло перед загрузкой в бак, это касается и конечного продукта.

биодизель своими руками

Заключение

Как выяснилось, изготовление биодизеля не такое уж и простое дело, как может показаться. Особенно если ориентироваться на советы, взятые из интернета. Это вовсе не значит, что домашнее производство горючего невозможно, просто оно потребует значительных вложений и усилий.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: