Рапсовые перспективы — Журнал «Сибирская нефть» — №78 (февраль 2011) — ПАО «Газпром нефть»
Биодизель завоевывает белорусский топливный рынок.
По экспертным прогнозам, к 2020 году потребление биодизельного топлива в Европе должно составить 20% от общего оборота транспортных энергоносителей. Топливный рынок Республики Беларусь развивается в русле европейских тенденций, что неудивительно — ситуация на энергети ческом рынке страны сформирована теми же факторами, что и в большинстве других государств Старого Света, не располагающих собственными запасами углеводородов. Производство биодизеля позволяет сократить зависимость страны от поставщиков нефти, улучшить экологическую ситуацию. Поэтому за три года производства популярность «зеленого» топлива в Беларуси значительно выросла.
БИОСТИМУЛЫ
По данным Национального статистического комитета Республики Беларусь, в 2010 году было произведено 805,7 тыс. тонн биодизельного топлива. Это на 55,7% больше в сравнении с аналогичным периодом 2009-го.
НЕУРОЖАЙНЫЙ ГОД
Планировалось, что в 2010 году объем производства биодизельного топлива в Беларуси достигнет 1 млн тонн. Одна из основных причин невыполнения плана — низкая урожайность рапса. Одержать победу в традиционной для стран постсоветского пространства «битве за урожай» не удалось из-за сложных условий зимовки (погибло свыше 30% посевов) и аномальной жары в период налива и созревания посевов озимого и ярового рапса. В итоге валовой сбор маслосемян рапса составил немно гим более 465 тыс. тонн против 612,4 тыс. тонн в 2009-м. В результате загрузка производственных мощностей белорусских предприятий была обеспечена лишь на 40–45%.
Впрочем, объективно, переработать весь рапс, который предполагалось вырастить в 2010 году, все равно бы не удалось из-за нехватки производственных мощностей. Что говорит больше о нестабильности в отрасли, а не о снижении в стране интереса к биодизелю.
СТРАТЕГИЧЕСКИЙ ТОВАР
Сегодня в Беларуси 30% от всего объема реализуемого дизтоплива приходится на биодизель. Топливо с 5%-ной биодобавкой предлагают 43 склада нефтепродуктов и 241 автозаправочная станция. При этом самый мощный игрок на белорусском топливном рынке — государство. В планах госконцерна «Белнефтехим» практически полная замена в течение 2–3 лет всего реализуемого дизельного топлива на продукцию с 5%-ной биодобавкой. Если учесть, что две трети дизтоплива в республике реализуется через систему государственных предприятий ПО «Белоруснефть», входящего в «Белнефтехим», становятся ясны масштабы предстоящей «биореволюции».
Впрочем, реализацией дизеля и биодизеля на территории Республики Беларусь занимается не только государственный гигант, но и частные сети, в том числе ИООО «Газпромнефть-Белнефтепродукт». По оценке заместителя директора предприятия по коммерческим вопросам Сергея Солодовникова, для «ГПН-Белнефтепродукта» дизельное топливо является «стратегическим товаром»: в общей структуре реализации его доля составляет около 30%. «Если смотреть с точки зрения среднезаправочной продажи, то на нашем предприятии процент реализации биодизельного топлива выше, чем у конкурентов, — отметил он. — Месячный план по закупке биодизеля может достигать 3–4 тыс. тонн. Из них не менее 1 тыс. тонн закупается под дальнейшую розничную реализацию через сеть наших автозаправочных станций».
Стоит отметить, что объемы биодизельного топлива, попадающего в свободную продажу, крайне ограничены: приоритет при отгрузках отдается «Белоруснефти». Однако, у «Газпромнефть-Белнефтепродукта» в 2010 году проблем с доступом к биоресурсам не было за счет партнерства российской нефтяной компании с одним из производителей биодизеля — объединением «Могилевхимволокно». «Газпром нефть» поставляет предприятию химическое сырье — параксилол, получая взамен необходимую продукцию. Сергей Солодовников не сомневается, что перспективы биодизеля в Республике Беларусь достаточно радужны: «Потребитель уже прочувствовал этот продукт и с экономической точки зрения, и в вопросе качества. Наши покупатели — крупные транспортные организации, транзитный транспорт, популярен биодизель и у зарубежных автоперевозчиков». Что касается качества, то производимое в стране дизельное и биодизельное топливо соответствуют стандарту «Евро-4» (EN 590:2004), а в 2011 году качество планируется довести до стандарта «Евро-5». При этом, по оценке специалистов, для использования биотоплива не требуется специальной адаптации дизельных двигателей. Более того, МЭЖК (метиловые эфиры жирных кислот) рапсового масла значительно улучшают смазывающую способность топлива, а значит, положительно влияют на ресурс двигателей.
УГЛЕВОДОРОДНЫЕ РАЗНОГЛАСИЯ
Использование дизтоплива с 5%-ной биодобавкой — это экономия для страны порядка 300 тыс. тонн нефти ежегодно, но, конечно, не панацея от энергетических неурядиц. Проблему зависимости от государств — крупных поставщиков энергоресурсов производство этого вида топлива может решить только отчасти. Собственно, до прошлого года география этой зависимости ограничивалась одной страной — Россией. Однако ряд разногласий между правительствами двух государств по поводу условий поставок нефти заставили Беларусь искать нефть для переработки в других странах. В результате на заводах республики появилась и венесуэльская нефть. С 2011 года Россия отменила ввозные пошлины на сырую нефть в обмен на передачу в бюджет страны экспортных пошлин от продажи нефтепродуктов, произведенных в республике из российской нефти. В начале 2011 года стабильность поставок вновь была нарушена — возникли разногласия относительно цен на нефть и тарифов на прокачку транзита из России в Европу. Все это, конечно, не самым лучшим образом отражается на ситуации в белорусской экономике, отрасли и бизнесе нефтяных компаний, работающих в стране. Однако к концу января большая часть экономических противоречий между двумя странами была разрешена, что позволило «Газпром нефти» возобновить поставки собственных объемов нефти для переработки. «Это позволяет укрепить наши позиции на рынке, обеспечивает независимость, гибкость и наибольшую удельную эффективность работы „Газпромнефть-Белнефтепродукта“, — оценил Сергей Солодовников. — Кроме того, это дает возможность создания экспортного потенциала, что должно послужить импульсом для дальнейшего развития предприятия».
ДИЗЕЛЬ С ДОБАВКОЙ
Биодизельное топливо, реализующееся на белорусских АЗС, представляет собой смесь минерального (нефтяного) дизельного топлива и биокомпонента (биотоплива) в соотношении 95 и 5% соответственно. В качестве компонента биотоплива используется метиловый эфир жирных кислот рапсового масла. Основные производители — ОАО «Гродно Азот», ОАО «Могилевхимволокно», ОАО «Белшина».
«ГАЗПРОМНЕФТЬ-БЕЛНЕФТЕПРОДУКТ»
Дочернее предприятие ОАО «Газпромнефть», зарегистрировано в Республике Беларусь в июне 2009 года. Основное направление деятельности — производство и сбыт нефтепродуктов в Республике Беларусь. В активе компании 36 АЗС и 5 СНП. В 2010 году реализация бензина и дизельного топлива через эксплуатируемые компанией АЗС составила порядка 114 тыс. тонн.
Вместо бензина — растительная солярка | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW
На севере Германии в регионе Пригнитц начато использование соевого и рапсового масла в качестве топлива для рельсовых автобусов — железнодорожных повозок, состоящих из одного моторного вагона. В бак заливается 400 литров этой растительной солярки. Эксперименты с экологически чистыми видами горючего начались в Пригнитце ещё в 1999 году. С октября прошлого года на рапсе и сое работают восемь региональных автобусов. Пожалуй, единственное отличие этого вида топлива от обычной — нефтяной — солярки заключается в том, что за повозкой работающей на растительном топливе стелется запах жареной картошки. И соевое, и рапсовое масло, используемые в таких случаях, используются как топливо только из соображений экономии, поскольку они дешевле, чем экологическое дизельное топливо. К тому же, в отличие от него, могут храниться практически везде без вреда для природы. Кроме того, растительные виды топлива имеют большую энергоотдачу.
Топливо из «Альди»
В наиболее выгодном положении оказались водители автомобилей с дизельными двигателями. Как выяснилось, для них – в качестве топлива — вполне подходит растительное или салатное масло. Например, жительница Гамбурга Беа Кемпер покупает горючее для своего двухсотого дизельного «Мерседеса» не на АЗС, а в дискаунтере «Альди».
Ради экономии же некий народный умелец из города Оснабрюк установил на заднем сиденье своего ярко-жёлтого «Фольксвагена» столитровый бак для перетопленного жира, в кулинарии его называют «фритюром». Купив у повара в Макдональдсе этот жир, поставил на заднее сидение столитровый бак, от него к карбюратору через салон протянул трубочку, а под баком установил электрическое устройство для подогрева жира – чтобы был жидким. Полицейские, обнаружившие это чудо-изобретение (по запаху!), пришли в ужас: если бы машина попала в аварию, то все сто литров мгновенно растеклись бы по салону и воспламенились. Водитель при этом вряд ли успел бы выскочить из машины.
Ездить можно и на сыворотке
Специалисты Научно-исследовательского института биотехнологий при штутгартском университете разработали методику, с помощью которой отходы, появляющиеся в процессе изготовления сыра, могут быть переработаны в биологическое дизельное топливо. 10 миллионов тонн сыворотки, ежегодно спускаемой в канализацию, можно «пустить в дело». Для этого сыворотку фильтруют, стерилизуют, «заселяют» дрожжевыми грибками, преобразуют в жир – в общем, подвергают целому ряду операций, в результате которых возникают некие поверхностно-активные вещества, из которых в конце концов получают биологическое дизельное топливо.
Подсчитано, что в масштабах всей Германии из молочной сыворотки можно получать 170 тысяч тонн топлива. Цифра, на первый взгляд, внушительная, но на самом деле это меньше одного процента потребляемых в стране нефтепродуктов. Но всё-таки больше, чем объём производства салатного или подсолнечного масла. Его выпускают 80 тысяч тонн в год.
Рапсовые бензоколонки
Настоящий бум сейчас переживают заправочные станции, предлагающие топливо, изготовленное из рапса. Число таких автоколонок в Германии достигло 1000. По словам представителя Союза содействия развитию альтернативных источников энергии Дитера Боккая, в результате резкого повышения цен на бензин, резко возросла популярность дизельного топлива, изготовленного из рапса — спрос уже превышает предложение.
Полет на горчичном масле и другие причуды биотоплива
Автор фото, QANTAS
Подпись к фото,Горчично-керосиновый полет над Тихим океаном длился 15 часов
Лайнер компании Qantas впервые в истории совершил рейс из США в Австралию на горчичном масле.
Это был обычный рейс Лос-Анджелес — Мельбурн, пассажиры которого даже не знали, что в баки этого нового большого «Боинга» залит не чистый керосин, а смесь его с маслом из семян абиссинской горчицы.
Такая смесь позволяет сократить выбросы углекислого газа в атмосферу на 7%.
Транспорт на биотопливе
Поездки, полеты и выработка энергии на биотопливе уже давно не новость. В Бразилии большая часть автопарка уже давно ездит на этаноле, выработанном из сахара; растительное масло (чаще всего рапсовое) широко признано как прекрасное сырье для дизельного топлива.
Евросоюз провозгласил своей целью перевести к 2020 году каждый десятый автобус, автомобиль и самолет на биотопливо, но столкнулся с проблемой: такое топливо не назовешь легко возобновляемым.
Сахарный тростник, рапс, как и кукурузу, нужно выращивать, вкладывая деньги, используя удобрения и расходуя энергию. Если отдать под эти культуры пахотные земли, фермеры будут выращивают меньше пищевых продуктов. Если вырубать под поля тропические джунгли, вред для атмосферы Земли будет больше, чем от парниковых газов.
Абиссинская горчица выгодно отличается от рапса тем, что ее используют для севооборота — австралийские фермеры могут сеять ее между урожаями основных культур. С одного гектара можно получить 400 литров авиационного топлива, на что и надеется австралийская авиакомпания, сообщает британская газета Guardian.
Автор фото, Thinkstock
Подпись к фото,Из растений папоротника тоже, оказывается, можно производить биотопливо
Какие еще неожиданные источники биотоплива наряду с абиссинской горчицей нашло человечество для выработки энергии?
На кофейной гуще
В ноябре 2017 года некоторые городские автобусы в Лондоне вышли на маршрут, заправленные топливом из кофе. Точнее, из масла, выжатого из кофейной гущи — побочным отходом работы сотен кофеен. Кофейной гущи лондонцы производят около 200 тыс. тонн в год. Автобусы в британской столице также ездят на отработанном растительном масле после жарки рыбы и картошки фри, а также на топливе, произведенном из мясных обрезков.
Мертвый кит
В 2016 году вынесенный волной на берег труп 9-метрового кита власти английского графства Девон постановили пустить на биотопливо. Туша была транспортирована на местный завод, где сначала из него было выжато масло, а затем оставшееся мясо было запечено для хранения и дальнейшего использования опять же в качестве источника энергии.
Папоротник-сорняк
Бич шотландских фермеров орляк обыкновенный — разновидность папоротника. Он также признан перспективным источником биологического топлива. Обычно он разрастается на земельных угодьях, и приходится распылять яды, чтобы избавиться от этого назойливого растения. В Шотландии изучают проект строительства завода, который перерабатывал бы стебли орляка в источник энергии.
Человеческие тела
Русская служба Би-би-си уже рассказывала об электростанции, работающей при крематории. В Дании, Швеции и Великобритании крематории зарабатывают на продаже избытков тепла, которое образуется при сжигании умерших. За одну кремацию выделяется энергия, которой хватит на питание полутора тысяч телевизоров в течение часа.
Живой человек тоже может быть источником энергии, и не только в фильме «Матрица». В Лас-Вегасе установлены фонари, которые обеспечиваются электричеством благодаря кинетической энергии. Аккумуляторы заряжаются, пешеход наступает на специальные панели в тротуаре. Один шаг генерирует от 4 до 8 ватт.
Шведская компания Jernhusen еще несколько лет назад придумала, как перенаправлять тепло с Центрального вокзала в Стокгольме на обогрев здания, расположенного по соседству. Воздух в помещении вокзала нагревается телами большого числа пассажиров. В свою очередь теплом воздуха в здании вокзала нагревается вода, которая затем направляется по обычным трубам в батареи водяного отопления в соседнем здании.
Виски
Алкоголь используется человечеством «для сугреву» уже сотни лет, но сделать автомобильное топливо на основе виски догадалась лишь компания Celtic Renewables. При производстве скотча чистый виски на выходе из дистиллятора составляет лишь 10% от общего объема сырья, остальное идет в отходы. Вот их-то и перерабатывают в электричество, а также путем ABE-брожения (процесса ацетоно-бутилового разложения углеводов, открытого в начале XX века химиком Хаимом Вейцманом) синтезируют топливо для дизельных двигателей.
В мире идет «биотопливная» гонка, Россия буксует на старте — Российская газета
Полет «Боинга» на кокосовом масле стал своеобразным сигналом для тех, кто считает, что у человечества есть реальный шанс покончить с нефтяной зависимостью. А каковы здесь шансы России?
Говоря образно, самолет «на кокосе» поднял в воздух проблему, которой уже вовсю занимаются на Земле. По словам академика РАН Ильи Моисеева, сегодня ситуация в мире напоминает ту, что сложилась в 1973 году после нефтяного кризиса и стремительного роста цен на это топливо.
— Тогда многие были уверены, что из-за действий ОПЕК мировой экономике грозит коллапс, — говорит Моисеев. — Но ничего страшного не случилось. В кратчайшие сроки ведущие страны нашли «противоядие», создав множество эффективных технологий экономии энергии. Это был колоссальный прорыв. И вот произошедший в 2000 году скачок цен на нефть дал старт новой атаке на «черное золото». Ставка делается на его замену биологическим топливом.
Под флагом «зеленой свободы» наступление на нефть идет широким фронтом. В команду, которая должна потеснить дефицитное сырье, входят этанол, получаемый из зерна, кукурузы и сахарного тростника, биодизель — из рапса и сои, биомасса — из всех видов отходов.
Среди этих претендентов пока лидирует этанол. В США, Бразилии и Европе приняты национальные программы, цель которых самая амбициозная: заменить на этанол традиционные моторные топлива.
Кстати, именно на нем тронулся с места первый автомобиль Генри Форда.
Конечно, не все сразу. На первом этапе — а он уже стартовал — решено добавлять в бензобаки десять процентов этанола. Цифра не случайна. Именно столько без каких-либо переделок способны сжигать нынешние автомобильные двигатели. И уже в ближайшие 2-3 года Америка намерена заменить спиртом 10 процентов моторного топлива.
— Планы, прямо скажем, грандиозны, — отмечает генеральный директор Ассоциации делового сотрудничества в области передовых комплексных технологий «АСПЕКТ» Лев Трусов. — Кому-то они могут показаться слишком фантастическими, но только если не видеть явную тенденцию. А она впечатляет. Всего за несколько лет в США построено более ста пятидесяти заводов по производству биоэтанола. Его уже выпускается столько, сколько в России бензина. Конечно, далеко не все заливается в баки, часть идет для химической промышленности.
Уже к 2012 году американцы намерены сократить импорт нефти на 250 миллионов тонн. Для сравнения, сегодня Россия добывает около 400 миллионов тонн. А на финише программы намечено заменить спиртом 80 процентов бензина. Правда, тогда придется внести в двигатели некоторые изменения. И, судя по всему, автомобильные фирмы заставят это сделать с помощью жестких требований к стандартам топлива. Если в России не задуматься об этом сейчас, то в недалеком будущем, возможно, в страну придется ввозить не только иномарки, но и биотопливо к ним.
Пока скромней успехи так называемого биодизеля, получаемого главным образом из масла рапса и сои. Но уже во многих странах бегают автомобили, заправленные «маслом». И неплохо себя зарекомендовали. Скажем, «Фольксваген» в Германии расходует на 100 километров 4-5 литров этого топлива, которое вдвое дешевле бензина. Особенно выгоден рапс у фермеров, где небольшая установка позволяет полностью отказаться от нефте продуктов. Государство всячески поощряет такие инициативы разными льготами и даже премиями.
В ряде европейских стран, в частности в Австрии, Германии, Франции и Италии, доля биодизеля из рапса уже составляет около пяти процентов от всего рынка дизельного топлива. В целом Западная Европа намерена уже к 2010 году увеличить этот вклад в несколько раз. Планы США еще масштабней. Там хотят пятую часть дизелей заправлять «маслом».
— И хотя «зеленое топливо» сейчас получило во многих странах «зеленую улицу», но не все так уж гладко, — говорит академик Моисеев. — Дело в том, что исходным сырьем служат продукты питания — зерно, кукуруза, рапс, соя. Раздаются голоса, что кощунственно пускать их в энергетику, когда на планете миллионы голодающих. Добавьте к этому, что выращивание зерновых требует больших затрат воды, что у рапса довольно низкая урожайность, а значит, для масштабной замены нефти нужны очень большие площади. В общем таких «но» наберется немало. Впрочем, пока они тонут в общем хоре сторонников биотоплива.
Но на то они и ученые, чтобы смотреть вперед. И в лабораториях уже разрабатывается вариант, который позволит вообще отказаться от продуктов питания и перейти на так называемую лигноцеллюлозу, а проще, опилки, солому, отходы сельского хозяйства. Этого «добра» более чем достаточно. Когда появятся такие установки? По мнению ученых, сегодня это вопрос денег. Принципиальная возможность новой технологии уже доказана.
А что же в России? Можно ли, находясь на «нефтяной игле», заставить себя обратить взор на «зеленое топливо»? На сегодня в стране его фактически нет. Не считая нескольких малопроизводительных импортных установок. По словам Льва Трусова, до прошлого года промышленным выпуском биотоплива у нас вообще никто не занимался. И только когда бум на Западе дошел до России, дело начало сдвигаться с мертвой точки.
— После поручения президента правительству, в частности, была создана рабочая группа во главе с академиком Андреем Кокошиным, куда входят ведущие российские ученые, а также ряд бизнесменов, — говорит Лев Трусов. — Надо в кратчайшие сроки разобраться с ситуацией, понять, какие у нас научные заделы, какие выбрать приоритеты и т.д.
По мнению академика Ильи Моисеева, Россия еще даже не вышла на старт биотопливной гонки. Нам надо по примеру других стран срочно принимать национальную программу, чтобы объединить всех участников скоординировать их действия и снять барьеры, которые зависят от самых разных министерств и ведомств.
Странная ситуация складывается с биоэтанолом. Пока он в России просто не выгоден. Ведь это спирт, а по закону на него распространяются акцизы, что существенно повышает цену и ставит крест на этом виде биотоплива. Но с другой стороны, этот спирт получен по иной схеме и поэтому практически не пригоден для пищевой промышленности. В общем, здесь нужны какие-то другие решения, например, производство спирта биобутанола, который не является пищевым продуктом и вообще ядовит.
Надо признать, что среди российских ученых отношение к биотопливу неоднозначное. Многие считают, что нам не стоит копировать Запад. Как выразился председатель Научного совета по нетрадиционным возобновляемым источникам энергии РАН, член-корреспондент РАН Эвальд Шпильрайн, «у нас этот вариант не судоходен».
— Топливо из рапса для России — экзотика, — сказал ученый. — Его выращивание в наших условиях дорого, и биодизель будет «золотым». А вот обсуждать перспективы этанола надо, хотим мы этого или нет, с учетом национальных алкогольных особенностей страны. Думаю, что транспорт на этом топливе просто встанет. Словом, идти по проторенным Западом дорогам нам вряд ли стоит.
Итак, хочешь не хочешь, а надо искать свой путь. Какой? И здесь ученые единодушны. Пока ведущие страны мира ориентируются на биотопливо из пищи, нам надо столбить свои приоритеты — переходить на ту самую лигноцеллюлозу. А значит, резко активизировать научные исследования, создавать опытные установки, а затем и крупные промышленные предприятия. Благо все научные заделы имеются. Не случайно на днях в Брюсселе у стран Европейского союза вызвал огромный интерес проект производства энергии из растительной биомассы непищевого назначения, представленный российскими учеными.
Кроме того, именно академик Илья Моисеев сумел первым в мире получить из этаноламина авиационный керосин. Разве это не российский приоритет? Сосредоточив на нем усилия, можно совершить в авиации настоящий прорыв: российские самолеты поднимутся в воздух исключительно на биотопливе, а не как «Боинг» — ведь у него лишь в одном из четырех моторов было всего 20 процентов масла добавлено к керосину.
Дизельные топлива… из растений? — Энергетика и промышленность России — № 3 (55) март 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU
Газета «Энергетика и промышленность России» | № 3 (55) март 2005 года
Еще сравнительно недавно аналитики делали вывод, что в ближайшее время растительные масла не смогут составить конкуренцию нефтяным дизельным топливам. Стоимость топлив на основе растительных масел и сейчас почти в 3 раза выше, чем нефтяных. Поэтому возможность использования их в качестве дизельных топлив в значительной степени зависит от мировых рыночных цен на нефтепродукты и пока представляет экономический интерес только для стран, в избытке располагающих растительными маслами. Ранее возможность широкого использования растительных масел (например, льняного) в качестве дизельных топлив допускалась лишь в критических ситуациях. В настоящее время такой ситуацией становится угроза глобального экологического кризиса.В качестве моторного дизельного топлива возможно применение подсолнечного, рапсового, хлопкового, соевого, льняного, пальмового, арахисового и ряда других растительных масел, а также рыбьего жира – в натуральном виде, после специальной переработки или в смеси с нефтяными топливами или спиртами.
Чем растительные жиры отличаются от нефтепродуктов?
Основными недостатками растительных жиров по сравнению с нефтяными топливами являются их меньшая теплота сгорания (на 7‑10%), более высокая вязкость (в 2‑10 раз), повышенная склонность к нагарообразованию, а также возможность загрязнения моторного масла продуктами полимеризации.
Повышенный расход жиров из‑за их низкой энергоемкости особых проблем не вызывает вследствие более чистого выхлопа. Например, при использовании рапсового масла выброс оксида азота уменьшается на 50%. При нагревании в двигателе вязкость растительных масел значительно снижается и их способность к распылению приближается к показателям нефтяных топлив.
Снижение вязкости этих масел, а также коксообразования, достигается смешением с нефтепродуктами (например, смесь нефтяного дизельного топлива и соевого масла с пропорцией 2:1). Однако оптимальным вариантом будет здесь изменение конструкции дизельных двигателей. Например, использование форкамеры позволяет существенно уменьшить зависимость эксплуатационных характеристик топлива от его химического состава. С этой точки зрения большой интерес представляют исследования японских ученых по созданию универсального автомобиля, который смог бы работать на всех типах топлива, включая и растительные масла.
Животные жиры в качестве заменителей топлива исследованы в гораздо меньшей степени. Сведения о практическом их применении отсутствуют. Полагают, что при подборе оптимальных условий горения рыбий жир можно использовать в качестве компонента топлива. Однако указанная топливная смесь имеет существенные недостатки. При длительной непрерывной работе двигателя на рыбьем жире повышается риск его выхода из строя.
Рапсовое масло – оптимальный заменитель топлива
С современной точки зрения в качестве дизельного топлива оптимальным по доступности, стоимости, физико-химическим и экологическим характеристикам является рапсовое масло. Испытания рапсового масла как заменителя дизельного топлива на легковых и грузовых автомашинах с мощностью двигателей от 40 до 275 кВт в сельском и лесном хозяйстве Германии показали принципиальную возможность такой замены при некоторых конструкционных изменениях в двигателе.
Использование обезвоженного товарного рапсового масла (по большинству показателей качества близкого к нефтяному топливу) практически не влияет на мощностные характеристики двигателя. Следует отметить, что образование углеродистых отложений и потеря мощности дизеля с непосредственным впрыском топлива происходили при использовании льняного масла через 20 часов, а рапсового – через 100 ч. Расход же нефтяного топлива и рапсового масла примерно одинаков.
Однако практическая реализация новых разработок связана со значительными трудностями. Так, в Германии замена нефтяного дизельного топлива на рапсовое масло или получаемые на его основе сложные метиловые эфиры потребует существенного расширения посевных площадей под рапс. Только в сельском хозяйстве ФРГ (до объединения) потреблялось около 1,4 млн. т / год дизельного топлива, для замены которого необходимо увеличение существующих посевных площадей на 10% (около 12 млн. га). Затраты на производство рапсового масла значительно выше, чем стоимость нефтяного дизельного топлива, применяемого в сельском хозяйстве в настоящее время. При производстве сложных метиловых эфиров стоимость возрастает еще в большей степени.
Для практической реализации такой замены необходимы законодательные мероприятия. В настоящее время разведению рапса в Германии и Австрии способствует государственное финансирование. Министерство транспорта Швейцарии также приняло решение о финансовой поддержке фермеров, увеличивающих плантации рапса. Предполагается, что рапсовое масло в первую очередь будет предназначено для автобусов, эксплуатируемых в районах швейцарских курортов. Возможно, в дальнейшем использование этого топлива станет обязательным в столице страны на всех автомобилях с дизельными двигателями.
Технология производства бионефти
Технологии химической переработки растительных масел, теплота сгорания которых равна примерно 38…40 МДж / кг, пытаются использовать и в некоторых других европейских странах – Чехии, Франции, Финляндии. Так, в Чехии действует несколько предприятий, производящих от 300 до 30000 тонн биотоплива в год. Стоимость такого топлива, получаемого на основе синтеза рапсового масла, метанола и щелочи (КОН), превышает стойкость дизельного топлива примерно в 2 раза. Но правительство Чехии выделяет дотации предприятиям и кооперативам, производящим биотопливо и использующим его в сельскохозяйственном производстве.
Технология производства бионефти, разработанная специалистами Института сельскохозяйственной техники (Прага), заключается в следующем. Прошедшие предварительную послеуборочную обработку (двойную, воздушно-решетную и аспирационную, очистку и сушку) семена из хранилища подают в отделение прессования, где получают жом и масло. Жом измельчают, смешивают с другими концентратами в кормоцехе и в сухом виде скармливают животным.
Нерафинированное масло проходит частичную очистку от примесей (отстой, фильтрация) и с добавлением метанола и щелочи в охлажденном виде поступает в этерификационные реакторы, где обрабатывается сложными эфирами (продуктами соединения ортофосфорной кислоты со спиртом). В результате этерификации образуются бионефть (метилэфирная кислота) и нерафинированный глицерин (или простейший трехатомный спирт, используемый в кожевенной, текстильной, бумажной промышленности, а также как компонент пищевых, фармацевтических и косметических продуктов).
Возможно ли применение биотоплива в России?
В России рапс издавна использовался в лучшем случае на корм скоту, а чаще рассматривался сельхозпроизводителями как обычное сорняковое растение. Росту производства рапса серьезно препятствует проблема усовершенствования технологий его переработки на отечественных заводах.
Кроме того, об экономических аспектах производства биотоплива из рапсового масла в условиях продолжающейся инфляции в нашей стране можно говорить лишь предположительно. Во‑первых, производство биотоплива на данном этапе следует рассматривать как опытное, находящееся в стадии исследований. Во‑вторых, нестабильность экономики затрудняет определение эффективности производства такого топлива, которая зависит в основном от стоимости сырья (семян рапса), компонентов для химической обработки рапсового масла (метанол, щелочь, фосфорная кислота и др.), капитальных затрат (технологическое оборудование, строения), а также от возможностей реализации готовой основной и побочной продукции.
Однако разработки технологий производства дизельного топлива из растительного сырья в нашей стране ведутся. И, несмотря на высокую стоимость такого топлива, его можно рассматривать как перспективное. Например, если рапсосеющие хозяйства и регионы освоят технологию производства биотоплива и будут иметь его «стратегический запас», они могут проводить весенне-полевые и уборочные работы независимо от поставок дизельного топлива.
Опыт использования моторного топлива из рапсового масла в дизельных двигателях свидетельствует о его соответствии по химическому составу ископаемому дизельному топливу и установленным стандартам. В экологическом же отношении биотопливо бесспорно превосходит дизельное, поскольку оно не оказывает отрицательного воздействия на окружающую среду.
Вероятно, растительные масла благодаря возобновляемости сырья могут в дальнейшем иметь наибольшее значение среди прочих альтернативных топлив. В некоторых регионах, в избытке располагающих растительным маслом, за счет него возможно практически полное обеспечение потребности в жидком топливе. Однако существуют и противоположные мнения. Окончательное заключение по эксплуатационным и экологическим свойствам таких топлив и в первую очередь по влиянию на автомобильный выхлоп, является важнейшей современной задачей.
Растительное масло как смазочный материал
В последние годы за рубежом резко возрос интерес к практическому использованию растительных масел и продуктов их переработки в качестве компонентов смазочных материалов.
Основным препятствием широкому применению растительных жиров в качестве смазочных материалов до недавнего времени являлась их относительно высокая стоимость и низкая термическая, антиокислительная и гидролитическая стабильность. Однако постоянство и возобновляемость сырьевых источников, экономические преимущества по сравнению с биоразлагаемыми синтетическими продуктами (сложные эфиры и др.) становятся сейчас важнейшими факторами, обусловливающими целесообразность применения жиров в качестве компонентов или самостоятельных смазочных материалов. Несомненно, что это направление представляет значительный интерес как для развитых, так и развивающихся стран. Последние в этом случае имеют возможность вместо импорта нефтяных (синтетических) смазочных материалов использовать собственную сельскохозяйственную продукцию. В европейских странах – членах ЕЭС важным основанием для технического применения растительного и животного сырья является также стремление избежать перепроизводства продуктов питания.
При использовании жиров в качестве смазочных материалов важны не только их высокая биоразлагаемость и отсутствие экотоксичности, но также физико-химические и эксплуатационные свойства.
На практике низкая стабильность жиров вызывает необходимость более частого (по сравнению с нефтяными маслами) отбора контрольных проб в условиях работы смазочного материала. При высоких температурах в узлах трения двигателей и механизмов образуются липкие остатки, трудно поддающиеся удалению. Для борьбы с образующимися продуктами окисления, гидролиза и полимеризации жиров целесообразно применение моюще-диспергирующих присадок.
Однако по трибологическим свойствам растительные жиры превосходят нефтяные масла. Высокая смазочная способность сложных эфиров дает возможность уменьшить использование химически активных присадок, что существенно увеличивает экологические преимущества жиров.
Применение растительных жиров вследствие их сравнительно невысокой антиокислительной и гидролитической стабильности ограничено – это гоночные автомобили и гидравлические установки, для которых характерны кратковременные или незначительные нагрузки, процессы металлообработки, где необходима определенная степень разложения смазочного материала, двигатели и механизмы без системы смазки. В последнем случае преимущества жиров наиболее очевидны (двухтактные двигатели внутреннего сгорания, цепи и мотопилы, трелевочные тросы в лесной промышленности, открытые редукторы, пневматический инструмент). В Германии на эти цели ежегодно расходуется 35‑40 тыс. тонн смазочных материалов. В настоящее время они разрабатываются на основе рапсового масла.
Хорошие результаты получены при испытании растительных масел в гидравлических системах машин и механизмов лесного хозяйства и стройиндустрии, а также в стационарных промышленных установках (например, при изготовлении древесностружечных плит).
Замена нефтяных масел на растительные наиболее целесообразна в случае ограниченного срока работы первых. Так, срок службы нефтяных масел для гидравлических систем окорочных машин (для обработки бревен) из‑за опасности механического засорения и попадания влаги ограничивают 1‑2 тыс. часов, а это соответствует сроку службы растительного масла.
Хорошо зарекомендовали себя растительные масла также в строительном и горнодобывающем оборудовании, работающем в условиях высокой запыленности.
На основе растительных масел возможно приготовление консервационных средств для временной зашиты от коррозии (например, зимнее открытое хранение техники в сельском хозяйстве, лесной и строительной промышленности).
Кроме того, сырьем для производства смазочных материалов могут являться масла из семян растений, выращенных на территориях, загрязненных радионуклидами или тяжелыми металлами. Посев сельскохозяйственных культур в этом случае способствует постепенному очищению почвы, поскольку основная масса загрязнений концентрируется в стеблях, листьях и корнях растений, получаемые же растительные масла загрязнены в малой степени. Разработки в этой области успешно ведутся в США и Германии. Представляется, что метод может быть использован и в случае других загрязнений (например, нефтепродуктами).
Таким образом, накоплен положительный опыт использования жиров в качестве смазочных материалов, что позволяет считать весьма перспективным дальнейшее развитие исследований в этом направлении.
Международный день биодизеля — Парламентская газета
Фото: flickr.com/123675224@N06
10 августа 1893 года немецкий инженер и изобретатель Рудольф Дизель представил двигатель, работающий на топливе, основой которого стало арахисовое масло.
Биодизельное топливо, или биодизель — экологически чистое топливо для дизельных двигателей, получаемое путем химической обработки растительных или животных жиров.
Для производства биодизеля используются сельскохозяйственные культуры, например: в Европе чаще — рапс, в США и Африке — сою, в Азии — кокосовое или пальмовое масло. Также применяется отработанное растительное масло, животные жиры, касторовое масло, рыбий жир и т.д. Но чаще биотопливо производят из рапса, как наиболее дешёвого среди растительных масел. А перспективным источником сырья для производства биодизеля считаются водоросли.
Экологичность биодизеля в том, что при его использовании снижается выделение углекислого газа и количество копоти. Также он не причиняет вреда животным и растениям, а при попадании в почву и воду перерабатывается микроорганизмами. Срок его практически полного биологического распада в почве или в воде — месяц, что позволяет говорить о минимизации загрязнения окружающей среды.
Но есть и недостатки: в холодное время года эффективность такого вида топлива снижается. Биодизельное топливо долго не хранится, а его производство из растений занимает сельскохозяйственные площади.
В настоящее время биотопливо применяется на автотранспорте в чистом виде и в виде различных смесей с дизельным топливом. Производство «чистой» энергии биологического типа уже нормативно закрепили и активно развивают 48 стран, среди которых — США, Бразилия, Япония, Китай, Индия, Канада и т.д. В странах Евросоюза биодизель из сельхозсырья начал производиться в 1992 году, и спустя 10 лет здесь уже работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн.
В России также ведутся работы по производству биотоплива. И сделан первый шаг по законодательному урегулированию производства альтернативных видов моторного топлива. Соответствующий законопроект Правительства 6 июня 2018 года в первом чтении приняла Госдума.
Для того чтобы сделать топливо более экологичным, в него начнут добавлять биоэтанол — денатурированный этиловый спирт, произведённый из пищевого или непищевого сырья растительного происхождения для получения биотоплива.
У российских учёных есть конкретные разработки биотоплива. Скоро заправить машину можно будет банкой из-под газировки: в России начнут получать водородное топливо из отходов алюминия. Научный коллектив одного из НИИ разработал способ получения экологически чистого топлива — водородного — из отходов алюминия и цветных металлов. Так, переработка одной банки объёмом 0,33 литра из-под газированного напитка по новой технологии даст топливо для 20 метров автопробега.
Рапсовое масло – сырье для производства биотоплива Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»
УДК 631.172
Л. М. Останин
РАПСОВОЕ МАСЛО — СЫРЬЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА БИОТОПЛИВА
Ключевые слова: рапс, рапсовое масло, биотопливо, холодный отжим, экстракция.
Рассмотрены преимущества и недостатки использования рапсового масла в качестве условно экологически чистого заменителя моторного топлива для дизельных двигателей.
Keywords: canola oil, rapeseed oil, biofuels, cold-pressed extraction.
The advantages and disadvantages of using rapeseed oil as a shareware cleaner motor fuel substitute for diesel engines.
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.
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 нагар [1].
На автомобильном транспорте первый путь уже реализуется. Рапсовый метиловый эфир (RME), уже отпускается более чем на 800 заправочных колонках Германии. Ожидается, что доля топлива из рапсового масла от общего потребления дизельного топлива автотранспортом составит к 2020 г. 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.
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[2,3].
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 температура поршня снижается. Рапсовое топливо, имеющее повышенную температуру кипения и осевшее на охладившемся поршне, 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 может привести к выходу дизеля из строя. При использовании в качестве топлива рапсового масла его попадание в смазочное масло приводит к образованию в картере резинообразной субстанции и 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 [4].
При рассмотрении вопроса об энергобалансе топлива следует учитывать не только энергию, выделяющуюся при сгорании, но и затраченную на его производство и подготовку. В затраты энергии на получение рапсовых семян следует включать доли, приходящиеся на уборку урожая, обработку полей и внесение удобрений.
Биотопливо, производимое из
сельскохозяйственного сырья, в большинстве стран Евросоюза, дороже чем минеральное, поэтому производители имеют государственную поддержку в виде освобождения от налога на минеральные масла, который достигает 200% себестоимости производства биотоплива. Расчеты экономической эффективности производства биотоплива из маслосемян, например, подсолнечника, показали, что его себестоимость в среднем на 20% выше себестоимости дизельного топлива [5].
При оценке энергобаланса для дизельного топлива также учитывают затраты на изготовление, доставку и подготовку. КМЕ по сравнению с дизельным топливом имеет более низкую теплоту сгорания. Это значит, что при сжигании равных количеств ЯМЕ и дизельного топлива мощность, реализованная при использовании рапсового топлива, будет меньше. При одной и той же мощности расход ЯМЕ будет на 10 % выше (по объему), чем дизельного топлива.
Использование растительных видов топлива необходимо для того, чтобы уменьшить выброс в атмосферу двуокиси углерода. При сгорании рапсового топлива выделяется такое количество СО2, которое было потреблено из атмосферы растением за весь период его жизни. В то же время не следует упускать из виду дополнительные выбросы углекислого газа, связанные с использованием транспортных средств, а также
сельскохозяйственной техники, работающей в основном на дизельном топливе. Рапсовое топливо снижает выбросы углекислого газа в атмосферу, однако считать его экологически чистым было бы неправильно. В отношении выбросов СО2 рапсовое масло более экологично, чем ЯМЕ.
Рапсовое масло или ЯМЕ выигрывает также по выбросам сажи. По окислам азота наблюдается увеличение выброса. Применение окисляющего катализатора при использовании ЯМЕ значительно снижает выбросы СО, СН и сажи. Одним из
преимуществ топлива на базе рапса является пониженное содержание в выхлопе окислов серы.
Вышеприведенные рассуждения говорят не в пользу внедрения растительных масел вместо дизельного топлива. Рапсовое масло дешевле ЯМЕ 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.
Литература
1. Иманкулов, Н.Н. Биотопливо — альтернативная замена моторного топлива / Н.Н. Иманкулов // Химия и химические технологии. — 2010, №17. — С. 43 — 47.
2. Ефремов, И.Б. Гидродинамика и массообмен в пульсационном экстракторе для переработки растительного сырья / И.Б. Ефремов и др. // Вестник Казанского технологического университета. — 2013, №2. — С.72 — 75.
3. Производство и применение биодизеля / А.Р. Аблаев. -М.: АПК и ППРО, 2006. — 170 с.
4. Корнетова, О.М. Перспективы производства и применения биотоплива / О.М. Корнетова, Р.Р. Заббаров // Вестник Казанского технологического университета. — 2013, №1. — С.149 — 151.
5. Кузнецов, В.В. Экономическая целесообразность производства и использования биотоплива / В. В. Кузнецов // Зерновое хозяйство России. — 2001, № 13. -С. 26 — 29.
© Л. М. Останин — канд. техн. наук, доц. каф. оборудование химических заводов КНИТУ, [email protected].
Рапс и канола для производства биодизеля — Farm Energy
Масло из семян рапса или рапса, съедобных культур, используется в производстве биодизельной энергии. Масло имеет низкую температуру помутнения, поэтому оно загустевает при более низких температурах, чем многие другие виды сырья.
| Растения канолы на исследовательской ферме Университета штата Теннесси. Фото: Джейсон де Кофф, старший преподаватель, Государственный университет Теннесси. |
Содержание
Рапс — древний урожай
Рапс относится к горчице и другим культурам семейства капустных.
По данным Совета Канолы по рапсу, рапс выращивают с 20 века до нашей эры. Поскольку это растение может расти при меньшем количестве солнечного света и при более низких температурах, чем другие культуры, его выращивали в Европе еще в 13 веке нашей эры.
Рапсовое масло используется в кулинарии, при освещении и в промышленности.Однако традиционный рапс содержит большое количество эруковой кислоты и глюкозинолатов, которые делают муку из семян невкусной и, возможно, опасной для домашнего скота при скармливании в больших количествах.
Рапс — съедобный сорт рапса
Канола — это съедобный сорт рапса с низким содержанием эруковой кислоты и глюкозинолатов. Он был разработан канадскими селекционерами в 1970-х годах.
| Это небольшое поле рапса в южном Вермонте готово к уборке урожая. |
Слово «канола» произошло от «Канада» и от «олео» (масло). Согласно Совету Канолы по каноле, этот термин больше не является товарным знаком. «Канола» может применяться к сортам рапса с содержанием эруковой кислоты 2% или меньше и менее 30 микромолей глюкозинолатов на грамм обезжиренного шрота.
Большая часть выращиваемого в Европе рапса имеет качество канолы, но сохраняет название рапс, вероятно, потому, что слово «рапс» не имеет в Европе негативных коннотаций, как в англоязычных странах.
Текущий потенциал для использования в качестве сырья для биотоплива
Соевые бобы являются основными масличными культурами, используемыми для производства биодизеля в Соединенных Штатах. Съедобный рапс — это наиболее распространенные семена масличных культур, используемых для производства биодизеля в Европе.
Биодизель, получаемый из гелей канолы или пищевого рапса при более низкой температуре, чем биодизельное топливо, полученное из другого сырья, что делает биодизельное топливо канолы более подходящим топливом для более холодных регионов. Исследования Университета Айдахо показали, что биодизель канолы имеет «точку помутнения» 1 ° C и «температуру застывания» -9 ° C (Peterson et al., 1997).
Точка помутнения — это температура топлива, при которой можно наблюдать маленькие твердые кристаллы при его охлаждении. Эти кристаллы забивают фильтры автомобиля. Температура застывания относится к самой низкой температуре, при которой происходит движение топлива при опрокидывании контейнера. Поскольку биодизель канолы имеет несколько более низкую точку помутнения и температуру застывания, чем соевый биодизель, и гораздо более низкие точки помутнения и температуру застывания, чем биодизель, полученный из животных жиров, биодизель канолы полезен в холодном климате.
Рапс и рапс содержат около 40% масла и дают высокий урожай масла с акра: от 127 до 160 галлонов с акра по сравнению с 48 галлонами с акра для соевых бобов (Pahl, 2008, стр. 40-42).
Масло канолы с высоким содержанием олеиновой кислоты делает его конкурентоспособным по сравнению с другими кулинарными маслами, рынком, на котором оно хорошо зарекомендовало себя. Масло также является высококачественной смазкой и присадкой к топливу; переход на биодизельное топливо, таким образом, является лишь одним из нескольких возможных конечных его применений.
Мука канолы (то, что остается после экстракции масла) является хорошим источником белка, содержит от 38 до 42% белка и имеет благоприятный баланс аминокислот.Может использоваться как кормовая добавка в рационы домашнего скота.
Промышленный рапс производит биодизельное топливо с очень хорошими низкотемпературными характеристиками. Исследования Университета Айдахо показали, что биодизельное топливо из семян рапса имеет температуру помутнения 0 ° C и температуру застывания -15 ° C (Peterson et al., 1997). Однако выращивается сравнительно немного этой культуры, потому что рынок рапса и пищевого рапса намного больше, чем рынок промышленного рапса.
| Шрот канолы. |
Промышленный рапс содержит больше длинноцепочечных жирных кислот, чем канола. Поэтому иногда промышленное биодизельное топливо из семян рапса оказывается немного более вязким (более густым) и может иметь более высокую температуру дистилляции, чем допускает спецификация ASTM D6751. В этом случае биодизельное топливо из семян рапса может быть смешано с другими видами топлива (такими как биодизель из рапса или соевого масла), чтобы соответствовать спецификации.
Биология и адаптация
Рапс и рапс делятся на два основных вида: Brassica rapa , известный как «польский тип», и Brassica napus , известный как «аргентинский».Канадские селекционеры также разработали разновидность коричневой горчицы с низким содержанием эруковой кислоты и глюкозинолатов ( Brassica juncea, ).
Существует как весенний, так и зимний (осенний) типы посева рапса и семян рапса. Виды различаются по агрономическим характеристикам и урожайности. Эти различия необходимо учитывать при выборе сорта для выращивания.
Производство
В умеренном климате, например, на северо-западе Тихого океана, рапс / рапс можно высаживать осенью или весной.Осенний рапс или семена рапса могут развить более обширную корневую систему и более устойчивы к засухе, но чрезмерно холодная зимняя погода или влажные зимние условия выращивания могут снизить потенциальную урожайность, поэтому преимущество может заключаться в весенних сроках посадки. Рапс нужно высаживать вовремя, чтобы обеспечить созревание до наступления жаркой погоды. Озимый рапс необходимо высаживать вовремя, чтобы обеспечить значительное развитие растений (шесть и более листьев) до сильных морозов.
| Канола в округе Франклин, Теннесси.Фото: Джейсон де Кофф, старший преподаватель, Государственный университет Теннесси. |
Большая часть рапса в США производится в Северной Дакоте.
Реакция на удобрения и плодородие почвы аналогична реакции на мелкое зерно; однако рапс является активным потребителем серы. Например, в посеве 2000 фунтов / акр в соломе и семенах содержится около 12 и 15 фунтов / акр серы соответственно. Канола хорошо конкурирует с сорняками, и гербициды зарегистрированы для использования в этой культуре.
Размер семян колеблется от 80 000 до 135 000 семян / фунт, в зависимости от сорта. (Размер семян может значительно повлиять на норму высева в фунтах на акр.) С канолой обращаются и хранят как лен; герметичные контейнеры необходимы, чтобы избежать потери при транспортировке.
Потенциальная доходность
Урожайность масла с акра варьируется от примерно 75 галлонов с акра до примерно 240 галлонов с акра.
В испытаниях канолы в Орегоне урожайность варьировалась от 1900 до 4800 фунтов семян с акра. Так как канола на 40% состоит из масла, а галлон растительного масла весит около 8 фунтов, получается около 95–240 галлонов масла на акр.
Испытания канолы в 2009 году в Северной Дакоте привели к получению средней урожайности 1900 фунтов семян с акра при среднем содержании масла 45%. Это дает около 107 галлонов масла на акр.
Недавние испытания в штате Мэн (где этот урожай относительно новый) дали от 75 до 100 галлонов масла на акр.
Испытания в Миннесоте дали в среднем около 96 галлонов масла на акр. Средний процент масла в семенах составил 46%.
Производственные задачи
Поскольку это культура капусты, канола может перекрестно опыляться с другими видами капусты, такими как брюква, китайская капуста, брокколи и репа, если буферные расстояния не достаточны.Кроме того, выращивать рапс среди засоренных сорняками горчичного семейства проблематично.
Рапс растет на большинстве типов почв, но требует хорошего дренажа. Восходящий урожай очень чувствителен к образованию корки на почве; Подготовка семенного ложа важна. Канола подвержена черной ножке и стеблевой гнили склеротинии. Если севооборот с устойчивыми культурами не выполняется, может потребоваться обработка семян.
Расслоение семян при уборке урожая является потенциальной проблемой, поэтому посевы обычно окутывают или «толкают» (механически сгибают без обрезания стебля), когда влажность семян составляет около 35%.
Дополнительные темы по масличным культурам и производству биодизеля
Обработка масличных культур для производства биодизеля
Масличные культуры для производства биодизеля
Библиография
Peterson, C.L., D.L. Рис, Б. Хаммонд, Дж. Томпсон и С.М. Бек (1997). Обработка, характеристика и характеристики восьми видов топлива из липидов. Прикладная инженерия в сельском хозяйстве 13 (1): 71-79.
Для получения дополнительной информации
Канола Совет Канолы
Биодизель канолы
Селекция и исследования капусты в Университете Айдахо
Проект по исследованию и расширению систем возделывания биотоплива в Университете штата Вашингтон
Производство канолы в Арканзасе
Производство канолы в Джорджии
Справочник по выращиванию канолы на Великих равнинах
Мэн — Рапс весенний
Производство канолы в Манитобе и управление ею
Правила производства канолы в Мэриленде
Испытания сортов канолы, штат Миннесота, 2008 г.
Производство канолы в Северной Каролине
Производство канолы в Северной Дакоте
Производство канолы в Огайо
Производство рапса в Оклахоме
Информационные бюллетени по каноле в Онтарио
Испытания сортов канолы в Онтарио, 2009 г.
Производство канолы в Пенсильвании
Соавторы этой статьи
Автор
Рецензенты
Биодизельное топливо из семян рапса не выдерживает испытания на экологичность
Расчеты Европейской комиссии по выбросам парниковых газов подвергаются сомнению.
Рапсовое масло — основная составляющая европейского биотоплива Предоставлено: МАЙКЛ УРБАН / AFP / GETTY IMAGES
Биодизельное топливо, изготовленное с использованием рапсового масла, может быть недостаточно устойчивым для использования в Европейском союзе (ЕС), говорят исследователи, которые подвергают сомнению собственные исследования Европейской комиссии относительно источника топлива.
Европейская директива по возобновляемым источникам энергии (RED), которая была принята в 2009 году, требует, чтобы до 2017 года выбросы парниковых газов от производства и использования биотоплива на транспорте были как минимум на 35% ниже, чем от ископаемого топлива; после этого — на 50% ниже.Согласно исследованиям комиссии, рапсовое масло, также известное как масло канолы, соответствует требованиям RED, обеспечивая сокращение выбросов парниковых газов как минимум на 38% по сравнению с обычным топливом, что делает его подходящим для добавления в биодизели. В настоящее время масло составляет более 80% всех растительных масел, используемых в европейском биотопливе.
Однако исследование, опубликованное в прошлом месяце — одно из самых подробных на данный момент — попыталось воспроизвести расчеты комиссии и обнаружило, что в большинстве случаев экономия на выбросах была намного ниже.
Гернот Пенельт и Кристоф Вьетце, экономисты GlobEcon, независимого исследовательского института в Йене, Германия, рассчитали экономию парниковых газов при использовании рапсового биотоплива в нескольких различных ситуациях. Они рассмотрели такие факторы, как различия в качестве почвы и внесении удобрений во время растениеводства, а также различную эффективность производства топлива. Они также сравнили выбросы биотоплива со значениями для ископаемого топлива, используемыми в расчетах комиссии и других данных в научной литературе.
В сценарии, который больше всего напоминал расчеты для Европейской комиссии, команда обнаружила экономию парниковых газов в размере 29,7% для рапса, что значительно ниже оценки комиссии в 38%.
Только в одном случае, когда команда использовала наилучшие значения экономии парниковых газов для производства рапса, они обнаружили, что биотопливо производит достаточно низкие выбросы, чтобы его можно было рассматривать как устойчивое биотопливо в рамках RED, по сравнению с обоими более высокими показателями. и более низкие значения выбросов парниковых газов от ископаемого топлива.
«Утверждать, что рапс является экологически чистым во всех случаях, как это делает сейчас ЕС, просто неправильно», — говорит Пенелт. Он также критикует комиссию за отсутствие прозрачности в ее расчетах, говоря, что «неясно, как они достигают этих значений или каковы источники некоторых их входных и выходных данных».
Европейская комиссия отвергла критику, заявив в заявлении для Nature : «Различные исследования могут давать разные результаты, в зависимости от используемых допущений.Цифры, используемые Комиссией в качестве значений по умолчанию, являются результатом комплексного процесса, включающего вклад ведущих мировых экспертов, где все исходные данные и предположения находятся в свободном доступе.
«Заявления автора о непрозрачности более провокационны, чем основаны на фактах», — добавлено в заявлении, где говорится, что все данные публикуются на веб-сайте Объединенного исследовательского центра, внутренней научной службы комиссии в Испре, Италия.
При воспроизведении расчетов комиссии новое исследование не рассматривало экологические и социальные последствия косвенных изменений в землепользовании, таких как потеря производства продуктов питания, поскольку земля становится доступной для выращивания биотоплива.По словам авторов, если бы эти изменения были приняты во внимание, биотопливо из рапса было бы еще менее устойчивым.
Фаусто Фрейре, который проводит исследования биотоплива в Университете Коимбры в Португалии, согласен с выводом Пенелт и Вьетце о том, что фактическая экономия парниковых газов при использовании рапсового биотоплива намного ниже, чем предполагалось комиссией. Фрейре говорит, что существуют «огромные неопределенности», связанные с выбросами парниковых газов биодизеля. «Европейская директива непрозрачна, и расчеты не дают данных, подтверждающих цифры», — говорит он.
Европейская комиссия проведет полный обзор политики в 2014 году и уже работает над оценкой косвенных изменений в землепользовании в результате ее политики в области биотоплива. Он рассчитывает представить законодательное предложение о том, как его политика должна учитывать эти изменения «как можно скорее».
Об этой статье
Цитируйте эту статью
Gilbert, N. Рапсовое биодизельное топливо не выдерживает испытания на экологичность. Природа (2012).https://doi.org/10.1038/nature.2012.11145
Ссылка для скачивания
Дополнительная литература
Глобальный потенциал управления углеродом биосферы для смягчения последствий изменения климата
- Josep G. Canadell
- & E. Detlef Schulze
Nature Communications (2014)
немецких исследователей обнаружили, что чистое топливо из рапсового масла увеличивает мутагенность выбросов дизельных двигателей
Немецкая группа исследователей обнаружила, что прямое рапсовое растительное масло, используемое в качестве топлива в дизельных двигателях, демонстрирует сильное увеличение мутагенности выбросов по сравнению с эталонным дизельным топливом и другими видами топлива.
В исследовании, опубликованном в Archives of Toxicology , команда сравнила мутагенные эффекты выбросов, производимых двумя разными партиями рапсового масла прямого действия, с выбросами, производимыми метиловым эфиром рапса (биодизелем), дизельным топливом GTL и эталонным дизельным топливом.
Испытательный двигатель представлял собой дизельный двигатель большой мощности, работающий по европейскому стационарному циклу. Пробы твердых частиц отбирали на фильтры и экстрагировали. Компоненты газовой фазы отбирались в виде конденсатов.Мутагенность экстрактов частиц и конденсатов тестировали с использованием микросомного анализа Salmonella typhimurium / млекопитающих с тестовыми штаммами TA98 и TA100.
По сравнению с DF [дизельным топливом] два качества RSO [рапсовое масло] значительно увеличивали мутагенные эффекты экстрактов частиц от 9,7 до 59 раз для тестируемого штамма TA98 и от 5,4 до 22,3 для тестового штамма TA100, соответственно . Конденсаты топлива RSO вызвали до 13 раз.5 более сильная мутагенность, чем у эталонного топлива. Экстракты RME [метиловый эфир рапса — биодизель] показали умеренный, но значительно более высокий мутагенный ответ в анализах TA98 с метаболической активацией и TA100 без метаболической активации. Образцы GTL [газ-жидкость] существенно не отличались от DF.
В заключение, резкое повышение мутагенности при использовании RSO в качестве дизельного топлива по сравнению с эталонным DF и другими видами топлива вызывает глубокую озабоченность по поводу будущего использования этого биологического ресурса в качестве замены уже известного дизельного топлива.
На основании экспериментов исследователи пришли к выводу, что результат действительно не является результатом более высокой вязкости прямого растительного масла по сравнению с биодизелем и другими видами топлива.
Принимая во внимание, что законодательно ограниченные выбросы, такие как окись углерода, углеводороды, твердые частицы и оксиды азота RSO, отличались от других видов топлива, испытанных только в приемлемые пределы, мутагенные эффекты были неожиданно сильными.
По сравнению с современными ископаемыми видами топлива (DF, GTL) биотопливо может производить аналогично низкие выбросы мутагенных соединений (RME), но также может иметь сильные противоположные эффекты (RSO, mRSO).В целом, срочно необходимы систематические исследования влияния топлива на состав выхлопных газов дизельных (и бензиновых) двигателей. разрабатывать виды топлива с меньшими выбросами вредных веществ.
(Наконечник шляпы перед Бломо!)
Ресурсы :
«Сильное мутагенное воздействие выбросов дизельных двигателей. использование растительного масла в качестве топлива »; Юрген Бюнгер, Юрген Краль, Аксель Мунак, Ивонн Рушель, Олаф Шредер, Биргит Эммерт, Гётц Вестфаль, Михаэль Мюллер, Эрнст Халлиер, Томас Брюнинг; Arch Toxicol, DOI 10.1007 / s00204-007-0196-3
Оценка чистого рапсового масла в качестве возобновляемого топлива для сельскохозяйственной техники на основе характеристик выбросов и долговременной эксплуатации парка из 18 тракторов
Эксплуатационные характеристики
На рисунке 1 показано доля работы, которую тракторы должны были выполнить в период с 2015 по 2017 год. В зависимости от структуры фермы (т.е. размера, поголовья, доли пастбищ и пахотных земель) тракторы использовались для самых разных типов работы.Тем не менее, испытанные тракторы выполняли виды работ (например, транспортировку, вспашку, культивацию, боронование или кошение), которые сопоставимы с рабочими профилями обычных тракторов, работающих на дизельном топливе, в условиях баварского сельского хозяйства.
Рис. 1Доля видов работ тракторов за период с 2015 по 2017 год
Из-за различных физических свойств R100 по сравнению с дизельным топливом (например, более высокая вязкость) холодный запуск и работа на холостом ходу являются сложными условиями эксплуатации.На рисунке 2 показана оценка холодного пуска двигателя трактористами. Характеристики тракторов при холодном пуске преимущественно оцениваются как хорошие или средние. Тракторы 3, 4, 7 и 12, оснащенные двухтопливной системой управления, где холодный запуск выполняется на дизельном топливе, обычно производят хороший запуск двигателя. Кроме того, трактор 18 оборудован двойной системой управления топливом, но из-за неправильной работы переключающего клапана в топливной системе низкого давления запуск невозможен в течение четырех дней в течение трех лет эксплуатации.Характеристики холодного пуска тракторов, которые работают только с R100, оцениваются как несколько менее положительные, но все же хорошие или средние для более 75% холодных пусков. Для четырех из этих тракторов только в один день за три года запуск был невозможен. Для трактора № 5 причиной этого стало повреждение стартера после 3500 ч работы. Для других тракторов проблему решила замена топливного фильтра. Режим холодного пуска не зависит напрямую от температуры окружающей среды.Это связано с тем, что для двигателей внутреннего сгорания, совместимых с растительным маслом, применяются соответствующие технические меры, такие как нагревательные устройства, для обеспечения хорошего запуска при холодном запуске. Однако при низких температурах технические недостатки в топливной системе (например, изношенные топливные насосы, воздух в трубах) или в системах предварительного нагрева (например, неисправные предохранители) становятся более очевидными.
Рис. 2Оценка холодного пуска двигателя в период с 2015 по 2017 год для 18 тракторов ( n : количество задокументированных холодных пусков)
В целом техническая надежность тракторов, работающих на R100, кажется примерно такой же, как у тракторов на дизельном топливе.Однако производителям следует уделять особое внимание оптимизации характеристик холодного запуска и топливной системы.
Качество моторного масла
Содержание R100 в моторном масле тракторов показано на рис. 3. Тракторы категории двигателей А демонстрируют гораздо более высокий уровень поступления растительного масла в моторное масло, чем тракторы других категорий двигателей. После 200 часов работы моторное масло было разбавлено до содержания R100 более 0,1 г г -1 . Причиной забора топлива могут быть утечки в насосах агрегатов высокого давления, смазываемых моторным маслом, и впрыскиваемое топливо, которое разбрызгивается на гильзу цилиндра и смывается с моторным маслом.В отличие от дизельного топлива и аналогично метиловым эфирам жирных кислот (FAME), R100 не испаряется из моторного масла в обычных условиях из-за более высокой кривой дистилляции, а накапливается во время работы моторного масла [30, 31]. Высокое содержание R100 в моторном масле увеличивает риск полимеризации масла и последующего повреждения двигателя [31]. Предельные значения приемлемого содержания R100 четко не определены и варьируются от 0,06 до 0,25 г г -1 [32]. Таким образом, интервал замены моторного масла на этих тракторах был сокращен с 500 до 250 часов.
Рис. 3Содержание чистого рапсового масла (R100) в моторном масле в зависимости от времени работы моторного масла для различных тракторов в определенных категориях тракторов
Напротив, при значениях содержания топлива менее 0,05 г г −1 , после 500 ч работы тракторы моторной категории В характеризуются низким потреблением R100. Тракторы оснащены системой впрыска CR, где высокое давление создается насосом высокого давления с топливной смазкой (тракторы 5 и 6) или двумя агрегатными насосами высокого давления с масляной смазкой (трактор 3).По сравнению с тракторами моторной категории А, которые были оснащены четырьмя (трактор 1) и шестью (трактор 2) насосами моторно-масляной смазки, количество возможных утечек в топливной системе для тракторов моторной категории В составляет меньше. Кроме того, трактор 3 оборудован двухтопливной системой управления, при которой холодный запуск двигателя осуществляется на дизельном топливе. Особенно при холодном пуске и во время прогрева двигателя преобладают неблагоприятные условия для приготовления смеси в цилиндре сгорания и повышается риск смачивания стенки цилиндра топливом, особенно для растительных масел, которые характеризуются высокой вязкостью.Для тракторов 5 и 6 поведение холодного пуска с R100 было оптимизировано за счет адаптации времени впрыска и давления в блоке управления двигателем. Низкий расход топлива этих тракторов, который находится на том же уровне, что и у трактора № 3 с системой управления подачей топлива, свидетельствует о качественной оптимизации работы R100.
Для тракторов категорий двигателей от C до E также наблюдается низкое поступление топлива в моторное масло, намного ниже 0,10 г г −1 топлива после 500 часов работы, за исключением трактора 18.В целом база данных для трактора 18 все еще слишком мала, чтобы указать четкую причину увеличения содержания R100 в моторном масле (например, последующий впрыск топлива, неправильная работа во время холодных запусков, выполняемых с R100).
Дальнейшие результаты анализа моторного масла касаются двигателей категорий от B до E с системами впрыска CR.
Результаты по общему кислотному числу (TAN) и общему щелочному числу (TBN) моторных масел показаны на рис. 4. Для тракторов категории двигателя B TAN моторных масел увеличился на 0.В среднем 3 мг КОН г −1 на 100 ч работы. Примерно то же самое наблюдалось для тракторов категорий двигателей C, D и E со средним увеличением ОКЧ между 0,2 и 0,4 мг КОН · г -1 на 100 часов. TBN уменьшается с увеличением времени работы моторного масла от 0,2 до 0,5 мг КОН г -1 на 100 ч в среднем для моторных масел трактора. После 500 ч эксплуатации, что является обычным интервалом слива, относительное снижение не превысило 50%.Слив моторного масла рекомендуется, когда TBN снижается на 50% от начального значения [33]. Снижение TBN находится примерно на том же уровне, что и увеличение TAN. После 500 часов работы моторного масла TBN все еще выше, чем TAN. Кроме того, TAN не показывает ускоренного увеличения. Эти факторы говорят о достаточном щелочном запасе моторного масла.
Рис. 4Общее кислотное число (TAN) и общее щелочное число (TBN) моторного масла в зависимости от времени работы моторного масла для различных тракторов в определенных категориях тракторов
Результирующий щелочной резерв моторного масла после 500 ч работы время зависит от начального уровня TBN.Моторные масла с пониженным содержанием золы тракторов John Deere и трактора 18 характеризуются более низким пусковым TBN. Причина более низкого TBN может заключаться в том, что добавки для контроля TBN часто содержат золообразующие элементы и поэтому их количество уменьшается.
На рис. 5 показано изменение содержания железа в моторном масле различных тракторов. Железо в моторном масле — это результат износа различных деталей двигателя. Среднее увеличение содержания железа колеблется от 4 до 8 мг / кг -1 после 100 часов работы для различных тракторов и может быть оценено как некритическое.Например, предел предупреждения для железа, установленный John Deere, составляет 50 мг кг -1 на 100 часов работы моторного масла [20].
Рис. 5Содержание железа в моторном масле в зависимости от времени работы моторного масла для различных тракторов
Также, для других металлов износа, проблемных концентраций в моторных маслах не наблюдалось. Содержание присадок и анализируемая кинематическая вязкость моторных масел также были незаметными. Результаты анализа моторного масла не указывают на чрезмерный износ или неисправность деталей двигателя.
Неисправности и ремонт
Серьезных повреждений двигателя ни у одного трактора не наблюдалось. Наиболее затратный ремонт двигателя был произведен на тракторе № 1 через 7000 ч по замене вышедшей из строя стойки управления топливными насосами агрегата. Этот ущерб не был вызван работой R100.
Для тракторов 1, 2, 5 и 6 примерно через 3000–4000 ч необходимо было заменить топливный насос низкого давления. Стоимость насосов была ниже 500 евро за штуку. Поскольку чистое рапсовое масло характеризуется более высокой вязкостью по сравнению с дизельным топливом, можно ожидать, что насосы будут работать с более высокой нагрузкой, что может привести к сокращению срока службы.Тракторы 5, 6, 8, 9 и 10 оснащены аналогичными двигателями, и для этого двигателя неисправность предохранительного клапана на CR наблюдалась примерно через 1000–2000 часов работы с R100. Для двух тракторов очистки клапана было достаточно, чтобы решить проблему, а для других тракторов этот клапан был заменен, поскольку он не требует больших затрат. Эта неисправность была обнаружена один раз для каждого из этих тракторов, но не во время текущей работы.
Тракторы 3 и 4 имели проблемы с воздухом в топливной системе низкого давления на рапсовом масле в течение первого года эксплуатации.Как следствие, система управления подачей топлива позволяла работать только на дизельном топливе в течение большей части времени. Причина — крохотная трещина в смотровом стекле топливного фильтра. Кроме того, клапан переключения топлива трактора 3 пришлось заменить дважды. Кроме того, на тракторе 18 был заменен поврежденный переключающий клапан.
Кроме того, потребовались некоторые другие ремонтные работы, не связанные с работой R100, например, повреждение электронных компонентов или деталей трансмиссии. Согласно информации из сервисных мастерских, мелкий ремонт, например, электронного или резьбового соединения, был сопоставим с обычным дизельным двигателем.
Учитывая, что использование R100 в тракторах не является общепринятой практикой, количество и затраты на необходимый ремонт 18 маслобальных тракторов завода были довольно низкими. Это показывает, что возможна надежная и длительная эксплуатация тракторов на заводском масле.
Мощность
Мощность семи тракторов была измерена в соответствии с Кодексом ОЭСР 2 [29] несколько раз в зависимости от возраста тракторов. При этом необходимо учитывать, что техническое обслуживание тракторов проводилось в соответствии с рекомендациями производителя.На рисунке 6 показана мощность на коробке отбора мощности (мощность ВОМ) при номинальной скорости и полной нагрузке. Для всех тракторов изменение мощности ВОМ за время работы находится в пределах ± 5%. Простой линейный регрессионный анализ не показывает значительного влияния наработки на мощность ВОМ, за исключением тракторов 5 и 18. Значительное увеличение мощности ВОМ за время работы рассчитано для трактора 5, а уменьшение рассчитано для трактора 18. За исключением трактора. 18, не наблюдается тенденции к значительной потере мощности, которая могла бы указывать на неисправность двигателя.Поскольку на практике существует около 100 часов эксплуатации и несколько лет между измерениями мощности ВОМ тракторов, диапазон отклонений оценивается как некритичный. Различия могут быть результатом различных условий двигателя, трансмиссии и вспомогательного оборудования, а также незначительных различий в рабочих условиях во время измерений. Для трактора 18 зафиксированная потеря мощности составила 5 кВт за 750 ч работы.
Рис. 6Мощность на отборе мощности (среднее арифметическое и максимальное отклонение, n = 3) тракторов при номинальной частоте вращения и полной нагрузке в разное время работы на чистом рапсовом масле (R100)
Масса впрыскиваемого рапсового масла за один ход при номинальной скорости и полной нагрузке показана на рис.7. Масса впрыскиваемого рапсового масла изменяется на ± 4% за время работы тракторов и частично объясняет разницу в мощности ВОМ. За исключением трактора 18, не обнаруживается тенденции к значительному уменьшению впрыскиваемой массы R100 за такт, что могло бы указывать на необычный износ системы впрыска топлива.
Рис. 7Масса впрыскиваемого топлива за один ход (среднее арифметическое и максимальное отклонение, n = 3) тракторов при номинальной скорости и полной нагрузке при разном времени работы
Для самого современного трактора, нет.18, масса впрыскиваемого R100 со временем значительно уменьшается, что объясняет потерю мощности. Одной из причин уменьшения массы впрыска может быть образование отложений в инжекторе. Отложения в форсунках могут влиять на гидравлический поток в отверстиях форсунок, что приводит к снижению расхода топлива и количества впрыскиваемого топлива [34,35,36]. Особенно современные двигатели с более сложным оборудованием для впрыска топлива более склонны к образованию различных типов отложений в зависимости от типа и качества топлива [37].Эта тенденция прослеживается и для самого современного трактора, нет. 18, в парке тракторов R100 с использованием мощности ВОМ и количества впрыска в качестве индикаторов, но необходимы дальнейшие результаты.
Уровень выбросов
Уровень выбросов тракторов оценивается на основе выбросов оксидов азота (NO X ) и твердых частиц (ТЧ), поскольку они являются наиболее важными компонентами выхлопных газов дизельных двигателей. На рисунке 8 показаны результаты измерений выбросов тракторов, работающих на R100 и дизельном топливе, за исключением трактора 17, где измерения проводились только с R100.С увеличением ступени выхлопных газов тракторов, что в некотором смысле представляет собой техническую эволюцию, выбросы NO X и ТЧ уменьшаются для обоих видов топлива. Для тракторов категорий двигателей А и В (тракторы 1, 2, 4, 5 и 6), не оснащенных системами нейтрализации ОГ, NO X выше на 25% и ниже на 60% Выбросы ТЧ наблюдались с R100, чем с дизельным топливом. Трактор 12 показывает примерно такие же выбросы NO X с обоими видами топлива, но с более высокими ТЧ с R100.Этот трактор оснащен системой DOC и SCR для снижения NO X , но без DPF. Напротив, трактор 13 оснащен сажевым фильтром, что объясняет низкие, но схожие концентрации ТЧ для обоих видов топлива. То же самое относится к выбросам NO X трактора 13. Тракторы 17 и 18, которые соответствуют ступени выхлопа IV, оснащены системами DOC, DPF и SCR. В то время как выбросы NO X трактора 18 одинаковы для обоих видов топлива, выбросы ТЧ при работе на R100 ниже, чем при использовании дизельного топлива.Хотя дизельное топливо для трактора 17 не исследовалось, результаты с R100 для обоих тракторов с выхлопной системой IV хорошо согласуются друг с другом. Низкие уровни выбросов NO X и ТЧ демонстрируют высокую эффективность систем нейтрализации выхлопных газов при работе на R100.
Рис.8Удельный NO X и выбросы ТЧ (среднее арифметическое и максимальное отклонение, n = 3) тракторов с внедорожным стационарным циклом
Высшее NO X Выбросы дизельных двигателей без системы SCR, работающих на R100, по сравнению с дизельным топливом также наблюдались в предыдущих исследованиях, особенно при более высокой нагрузке двигателя [8, 17, 18, 38, 39].Вероятно, это результат нескольких наложенных эффектов, как подробно описано в Emberger et al. [8], а также предлагается объяснить более высокие выбросы МЭЖК NO X по сравнению с дизельным топливом [40,41,42,43,44].
Подводя итог, можно констатировать, что характеристики выбросов исследуемых тракторов не демонстрируют значительных отклонений между работой на R100 и дизельном топливе. Кроме того, новые модели тракторов с системами нейтрализации выхлопных газов, включая SCR и DPF, характеризуются низким уровнем выбросов NO X и, в частности, выбросов твердых частиц.
Шесть тракторов John Deere (13–17) ступеней выпуска IIIB и IV оснащены сажевым фильтром сажевого фильтра и расположенным выше по потоку DOC, что обеспечивает непрерывную регенерацию сажевого фильтра (сифон с непрерывной регенерацией). При серийном применении дизельного топлива регенерация DPF обычно осуществляется путем активной дозировки дополнительного количества дизельного топлива либо в цилиндр в конце сгорания, либо в потоке выхлопных газов перед катализатором окисления. Возникающее в результате повышение температуры выхлопных газов из-за окисления топлива в катализаторе приводит к окислению сажи в сажевом фильтре.Из-за высокой вязкости и температуры испарения рапсового масла система дозирования не работает с R100. Таким образом, его пришлось отключить, и вместо этого тракторы работали с пассивной регенерацией. Как показал Дюссельдорф [23], исключительно пассивная регенерация предназначена для достижения баланса количества отделенной и окисленной сажи растительного масла в сажевом фильтре. Чтобы доказать эту теорию, трактор 13 был оборудован системой регистрации данных для оценки перепада давления на сажевом фильтре во время работы (частота регистрации 1 Гц).Результирующий перепад давления DPF является результатом не только количества сажи и золы, но и массового расхода выхлопных газов, который зависит от скорости и нагрузки двигателя. Для анализа перепада давления учитывались только значения, при которых частота вращения двигателя находилась в диапазоне от 1700 до 2100 об / мин, а нагрузка на двигатель составляла от 70 до 100%. Измеренная разность давлений за период 2000 ч показана на рис. 9. Хотя данные использовались только для определенного диапазона скоростей двигателя и нагрузок, все же можно заметить большое изменение разницы давлений.Тем не менее, чрезмерного увеличения перепада давления в течение 2000 часов не наблюдалось, и, следовательно, пассивная регенерация DPF во время работы на R100 подходит для длительной эксплуатации. Для этого есть несколько причин. Реакционная способность окисления сажи от сжигания растительного масла выше, чем у дизельного топлива [45], что приводит к более низким температурам окисления сажи. Кроме того, температура выхлопных газов в сажевом фильтре во время многих стандартных операций на ферме превышает 300 ° C в течение более длительных периодов времени, что обеспечивает долгосрочную, надежную и эффективную пассивную регенерацию сажевого фильтра [46].
Рис. 9Дифференциальное давление сажевого фильтра трактора 13 при нагрузке от 70 до 100% и диапазоне скоростей от 1700 до 2100 об / мин в течение 2000 часов без активной регенерации
Линейный регрессионный анализ данных давления показывает, что перепад давления увеличивается примерно на 0,7 кПа за 1000 ч. Это увеличение может быть объяснено постоянным отложением золы в сажевом фильтре, происходящей в основном из-за присадок в моторном масле [46, 47].
Помимо трактора № 13, остальные пять тракторов с отключенными системами активной регенерации также работали без сбоев, связанных с сажевым фильтром.Этому способствовали рабочие профили трактора с периодической работой с высокими нагрузками. Однако нельзя исключать возможность того, что пассивной регенерации будет недостаточно для других типов сажевых фильтров и для тракторов, работающих в основном с низкой нагрузкой. В этих условиях, вероятно, потребуется активная регенерация DPF с помощью R100.
Расход топлива и выбросы парниковых газов
С 2015 по 2017 годы тракторами было израсходовано 233,777 м3 3 R100 и 38.765 м 3 дизельного топлива (таблица 4). Для 10 тракторов доля R100 в общем расходе топлива составила 0,95 м 3 м −3 и выше. Все эти тракторы были тракторами John Deere, оптимизированными для сжигания хладагента R100 даже при холодном пуске. Тракторы 1, 2 и 5 также были оптимизированы для сжигания R100 при холодном пуске, но показывают меньшую долю потребления R100 от 0,69 до 0,76 м 3 м −3 . Для этих тракторов была бы возможна более высокая доля.Все эти тракторы находились на одной ферме, и из-за трудностей с поставкой R100 тракторы временно работали на дизельном топливе.
Таблица 4 Расход топлива отслеживаемых тракторов в 2015–2017 гг.Тракторы 3, 4, 7, 12 и 18 были оснащены системой управления двойным топливом, при которой для холодного запуска всегда требуется некоторое количество дизельного топлива. Четыре трактора также показали довольно высокую долю R100 от 0,74 до 0,82 м 3 м −3 ; трактор 3, однако, показал меньшую долю — 0.57 м 3 м −3 . Причина в том, что по организационным причинам оператор ездил на машине на ферме около пяти месяцев только на дизельном топливе.
Анализ качества R100 показал, что требования DIN 51605 соблюдаются для большинства поставляемых партий топлива. В период с 2015 по 2017 год было выявлено только одно явное нарушение для одной партии, где содержание кальция составляло 1,7 мг кг -1 вместо максимального предела в 1,0 мг кг -1 .Высокое качество топлива — основа надежной работы тракторов на заводском масле.
Побочным продуктом рапсового масла является жмых, который используют в качестве корма для животных. Для расчета выбросов парниковых газов данные анализа жизненного цикла Дресслера и др. [2], поскольку они оценивали данные по регионам. Они сообщили об удельных выбросах парниковых газов в размере 11,9 г CO 2экв МДж -1 из чистого рапсового масла от децентрализованного производства масла в Баварии, учитывая замену соевого шрота рапсовым жмыхом и изменение землепользования из-за выращивания сои в Южной Америке [2 ].Принимая во внимание более низкую теплотворную способность R100 (34,5 МДж дм −3 ), выбросы парниковых газов тракторами составляют в общей сложности 95,98 т CO 2экв. за три года с 2015 по 2017 год. дизельное топливо привело бы к 758,14 т CO 2eq , если принять удельные выбросы парниковых газов 94 г CO 2eq MJ −1 , как было предложено Европейским Советом [5]. В целом за период с 2015 по 2017 год на всех 18 тракторах было сэкономлено 662,16 т CO 2экв или 30,3 т CO 2экв на 1000 часов работы.
Как биодизельное топливо производится из рапсового масла?
Изучить процесс производства биодизеля из рапсового маслаУзнайте, как производится биодизель.
Contunico © ZDF Enterprises GmbH, МайнцВыписка
ДИКТОР: Мировые запасы сырой нефти ограничены.Несмотря на это, мы продолжаем ежедневно потреблять огромное количество этого все более дефицитного сырья. Нам нужны альтернативы, и биодизель — один из таких примеров. Во многих местах Германии водители уже могут заправляться этим возобновляемым топливом. Но как его производят? Важнейшим сырьем для биодизеля являются семена рапса. После сбора черные ядра перемалываются на маслобойке. Этот процесс дает около одной тонны масла на две с половиной тонны рапса. Затем масло транспортируется на завод по производству биодизеля для дальнейшей обработки.Примеси в неочищенном рапсовом масле должны быть удалены перед его переработкой. Фактическая биохимическая реакция, превращающая масло в биодизельное топливо, после этого происходит автоматически в больших резервуарах. Мы воссоздали реакцию в лаборатории.ЛАБОРАТОРНЫЙ РАБОТНИК: «Для производства биодизеля вам необходимы три основных элемента. Сначала растительное масло, в данном случае рапсовое масло, затем метанол, разновидность спирта, а затем катализатор, запускающий реакцию».
РАССКАЗЧИК: Масло и спирт должны реагировать друг с другом в течение двух часов при 60 градусах Цельсия.Техническое обозначение этого процесса — переэтерификация. С точки зрения химии, рапсовое масло состоит из одной молекулы глицерина, связанной с тремя молекулярными цепями жирных кислот. В ходе химической реакции добавляемый метанол переключается местами с глицерином в молекуле масла, давая глицерин и биодизель. В результате переэтерификации после реакции биодизельное топливо перестает быть таким вязким, как растительное масло, и имеет практически ту же температуру вспышки, что и дизельное топливо на минеральной основе.Прежде чем мы сможем использовать биодизель в наших автомобилях, необходимо удалить остаточный метанол и катализатор. Тогда все готово. Готовое биодизельное топливо увозят, где многие дизельные автомобили уже могут использовать его в качестве топлива без каких-либо проблем.
Рапсовое биодизельное топливо не может считаться экологически безопасным топливом
На его долю приходится примерно 80 процентов биодизельного топлива в Европейском Союзе, но рапсовое масло не может считаться экологически устойчивым согласно европейскому законодательству.
В исследовании экономистов Гернота Пенельта и Кристофа Вьетце из GlobEcon, немецкого исследовательского института, утверждается, что расчеты Европейской комиссии по устойчивости биодизелей из рапсового масла неверны.Используя те же данные, которые цитирует Комиссия, экономисты пытаются повторить те же выводы и задаются вопросом, не завышается ли экономия выбросов от использования рапсового масла в качестве биодизеля.
Директива по возобновляемым источникам энергии (RED) 2009 года, выпущенная Европейской комиссией, гласит, что биодизели, используемые в ЕС для транспорта, должны производить как минимум на 35 процентов меньше выбросов парниковых газов, чем эквивалентные ископаемые виды топлива. После 2017 года биодизельное топливо должно обеспечивать экономию не менее 50 процентов по сравнению с ископаемым топливом.Эти цифры включают весь срок службы топлива, поэтому учитывается все, что связано с выращиванием, выращиванием, сбором урожая и потреблением рапсового масла.
Однако в последнем исследовании Пенелт и Вьетце затруднились сопоставить выводы Комиссии с общедоступными исследованиями. В RED говорится, что биодизельное топливо из рапсового масла по всей производственной цепочке дает типичную экономию в 45 процентов или более низкое значение по умолчанию в 38 процентов, если рассматривать его отдельно от транспорта и других факторов.
Тем не менее, лучший показатель экономии, который может найти исследование, составляет всего 29,7 процента — не только ниже, чем любая из цифр, используемых Комиссией, но также ниже законодательных требований для биодизеля в ЕС. И это несмотря на то, что Пенельт и Вьетце рассчитали выбросы парниковых газов от биодизельного топлива из рапса в широком диапазоне ситуаций, в том числе с учетом качества почвы, удобрений, топлива, используемого сельскохозяйственным оборудованием, и того, использовалась ли технология улавливания углерода для компенсации других выбросов.
Авторы пишут: «Мы не можем воспроизвести значения экономии выбросов парниковых газов, опубликованные в приложении RED.
Следовательно, значения экономии выбросов рапсового биодизеля, заявленные ЕС, более чем сомнительны». Это особенно актуально, поскольку 80 процентов биотоплива, производимого в Европейском Союзе, в настоящее время получают из рапсового масла.
Выращивание сельскохозяйственных культур для использования в качестве топлива в последнее время стало вызывать больше споров, поскольку мировые цены на продовольствие резко выросли — только на прошлой неделе ООН призвала США отказаться от своих целей по превращению кукурузы в биотопливо.
Влияние биодизельного топлива из рапсового масла на сгорание, производительность и процесс образования выбросов в тяжелом дизельном двигателе DI
Основные моменты
- •
Подмодели для определения параметров могут быть получены с использованием экспериментальных результатов.
- •
Предлагаемые субмодели могут использоваться для расчета параметров модели.
- •
Биодизельное топливо снижает выбросы по сравнению с дизельным топливом при полной нагрузке двигателя.
- •
Использование биодизельного топлива снижает скорость образования выбросов.
- •
Содержание кислорода в биодизельном топливе снижает количество форматированных выбросов CO.
Abstract
В этом исследовании представлено влияние биодизельного топлива и его смесей с минеральным дизельным топливом на характеристики дизельного двигателя, процесс сгорания и образование выбросов. Исследование проводилось численно и экспериментально.Целью исследования было проверить возможность замены минерального дизельного топлива биодизельным топливом из рапсового масла. Чистое биодизельное топливо и три смеси биодизельного топлива с минеральным дизельным топливом были экспериментально испытаны с этой целью на дизельном двигателе большегрузного автобуса. Производительность двигателя, давление в цилиндре, расход топлива и количество произведенных NO x и выбросы CO контролировались во время экспериментальных измерений, которые повторялись численно с использованием программы моделирования AVL BOOST.Предлагаются новые эмпирические подмодели для определения модели горения и параметров моделей выбросов. Предлагаемые подмодели позволяют определять необходимые параметры модели сгорания и выбросов в зависимости от свойств тестируемого топлива и частоты вращения двигателя. При увеличении процентного содержания биодизельного топлива в топливных смесях достигается уменьшение крутящего момента двигателя и среднего эффективного давления в тормозной системе для большинства режимов испытаний. Снижение вызвано более низкой теплотворной способностью биодизельного топлива.Более высокое содержание кислорода в биодизельном топливе способствует лучшему процессу окисления в камере сгорания при работе на чистом биодизельном топливе или его смесях. Лучшее окисление дополнительно приводит к уменьшению форматированного оксидов углерода и азота. Снижение выбросов углерода также объясняется более низким содержанием углерода в биодизельном топливе. Из полученных результатов можно сделать вывод, что чистое биодизельное топливо и его смеси с минеральным дизельным топливом можно использовать в тяжелых дизельных двигателях с механически управляемыми системами впрыска в качестве замены минерального дизельного топлива.Согласие между численными и экспериментальными результатами подтверждает пригодность предложенной подмодели. Подмодели сокращают время, необходимое для проведения численного моделирования с разумной степенью уверенности без экспериментальных результатов.
Ключевые слова
Биотопливо
Сокращение выбросов
Процесс сжигания
Подмодель для определения параметров
Образование выбросов
Рекомендуемые статьи Цитирующие статьи (0)
Полный текстCopyright © 2015 Elsevier Ltd.