Biodiesel

"Grön diesel" omdirigerar här. För färgat bränsle, se Bränslefärgämnen .
Den här artikeln handlar om omförestrade vätskor. För hydrerad alkan förnybar diesel, se vätebehandlad vegetabilisk olja . För produktion av biomassa och organiskt avfall till bränsle, se Biomassa till flytande . För omodifierad vegetabilisk olja som används som motorbränsle, se Vegetabiliskt oljebränsle .
För bredare täckning av detta ämne, se Biobränsle .
Experimentellt tåg i fransk Régiolis -klass med B100 som ersättning för diesel
En buss i Nebraska som drivs av biodiesel från sojabönor
Utrymmesfyllande modell av metyllinoleat, eller linolsyrametylester, en vanlig metylester framställd av sojabön- eller rapsolja och metanol
Utrymmesfyllande modell av etylstearat, eller stearinsyraetylester, en etylester framställd av sojabön- eller rapsolja och etanol

Biodiesel är en form av dieselbränsle som härrör från växter eller djur och består av långkedjiga fettsyraestrar . Den tillverkas vanligtvis genom att kemiskt reagera lipider som animaliskt fett ( talg ), sojabönolja eller någon annan vegetabilisk olja med en alkohol, vilket producerar en metyl- , etyl- eller propylester genom transesterifieringsprocessen.

Till skillnad från de vegetabiliska och spilloljorna som används för att driva omvandlade dieselmotorer, är biodiesel ett biobränsle som är ett drop-in biobränsle, vilket betyder att den är kompatibel med befintliga dieselmotorer och distributionsinfrastruktur. Men det blandas vanligtvis med petrodiesel (vanligtvis till mindre än 10%) eftersom de flesta motorer inte kan köras på ren biodiesel utan modifiering. Biodieselblandningar kan också användas som eldningsolja .

US National Biodiesel Board definierar "biodiesel" som en monoalkylester.

Blandningar

Biodieselprov

Blandningar av biodiesel och konventionell kolvätebaserad diesel distribueras oftast för användning på dieselmarknaden för detaljhandeln. En stor del av världen använder ett system som kallas "B"-faktorn för att ange mängden biodiesel i en bränsleblandning:

  • 100 % biodiesel kallas B100
  • 20% biodiesel, 80% petrodiesel är märkt B20
  • 7% biodiesel, 93% petrodiesel är märkt B7
  • 5% biodiesel, 95% petrodiesel är märkt B5
  • 2% biodiesel, 98% petrodiesel är märkt B2

Blandningar av 20 % biodiesel och lägre kan användas i dieselutrustning utan eller endast mindre modifieringar, även om vissa tillverkare inte förlänger garantitäckningen om utrustningen skadas av dessa blandningar. B6 till B20-blandningarna omfattas av ASTM D7467-specifikationen. Biodiesel kan också användas i sin rena form (B100), men kan kräva vissa motormodifieringar för att undvika underhålls- och prestandaproblem. Att blanda B100 med petroleumdiesel kan åstadkommas genom:

  • Blandning i tankar vid tillverkningsställe innan leverans till tankbil
  • Stänkblandning i tankbilen (lägger till specifika procentandelar biodiesel och petroleumdiesel)
  • In-line blandning kommer två komponenter till tankbilen samtidigt.
  • Mätare för pumpblandning, petroleumdiesel och biodiesel är inställda på X total volym,

Historisk bakgrund

Rudolf Diesel

Transesterifiering av en vegetabilisk olja genomfördes redan 1853 av Patrick Duffy, fyra decennier innan den första dieselmotorn blev funktionell. Rudolf Diesels främsta modell, en enda 10 fot (3,05 m) järncylinder med ett svänghjul vid basen, körde för första gången på egen kraft i Augsburg , Tyskland, den 10 augusti 1893 och körde på ingenting annat än jordnötsolja . Till minne av denna händelse har den 10 augusti utropats till " Internationella biodieseldagen ".

Det rapporteras ofta att Diesel designade sin motor för att drivas på jordnötsolja, men så är inte fallet. Diesel uppgav i sina publicerade tidningar, "på Parisutställningen 1900 ( Exposition Universelle ) visade Otto Company en liten dieselmotor, som på begäran av den franska regeringen körde på arachide (jordnöt eller jordnöt). ) olja (se biodiesel), och fungerade så smidigt att endast ett fåtal personer var medvetna om det. Motorn var konstruerad för att använda mineralolja och bearbetades sedan på vegetabilisk olja utan att några ändringar gjordes. Den franska regeringen trodde då att testa användbarheten för kraftproduktion av Arachide, eller jordnöt, som växer i avsevärda mängder i deras afrikanska kolonier och lätt kan odlas där." Diesel själv genomförde senare relaterade tester och verkade stödja idén. I ett tal 1912 sade Diesel, "användningen av vegetabiliska oljor för motorbränslen kan tyckas obetydlig idag, men sådana oljor kan med tiden bli lika viktiga som petroleum och koltjäraprodukterna i nutiden . "

Trots den utbredda användningen av petroleumbaserade dieselbränslen rapporterades intresse för vegetabiliska oljor som bränslen för förbränningsmotorer i flera länder under 1920- och 1930-talen och senare under andra världskriget . Belgien , Frankrike, Italien, Storbritannien, Portugal , Tyskland, Brasilien , Argentina , Japan och Kina rapporterades ha testat och använt vegetabiliska oljor som dieselbränslen under denna tid. Vissa driftsproblem rapporterades på grund av den höga viskositeten hos vegetabiliska oljor jämfört med petroleumdieselbränsle, vilket resulterar i dålig finfördelning av bränslet i bränslesprayen och ofta leder till avlagringar och förkoksning av injektorer, förbränningskammare och ventiler. Försök att övervinna dessa problem inkluderade uppvärmning av den vegetabiliska oljan, blandning av den med petroleumderiverat dieselbränsle eller etanol, pyrolys och sprickbildning av oljorna.

Den 31 augusti 1937 beviljades G. Chavanne vid universitetet i Bryssel (Belgien) patent på ett "förfarande för omvandling av vegetabiliska oljor för deras användning som bränsle" (fr. " Procédé de Transformation d'Huiles Végétales en Vue de Leur Utilization comme Carburants ") Belgiskt patent 422,877. Detta patent beskrev alkoholysen (ofta kallad transesterifiering) av vegetabiliska oljor med användning av etanol (och nämner metanol) för att separera fettsyrorna från glycerolen genom att ersätta glycerolen med korta linjära alkoholer. Detta verkar vara den första redogörelsen för produktionen av vad som är känt som "biodiesel" idag. Detta liknar (kopia) de patenterade metoder som användes på 1700-talet för att tillverka lampolja, och kan vara inspirerad av några gamla historiska oljelampor, på vissa ställen.

Mer nyligen, 1977, uppfann den brasilianska forskaren Expedito Parente den första industriella processen för produktion av biodiesel och lämnade in patent. Denna process klassificeras som biodiesel av internationella normer, vilket ger en "standardiserad identitet och kvalitet. Inget annat föreslaget biobränsle har validerats av bilindustrin." arbetar Parentes företag Tecbio med Boeing och NASA för att certifiera bioquerosen (biofotogen), en annan produkt som produceras och patenteras av den brasilianska forskaren.

Forskning om användningen av transesterifierad solrosolja och raffinering av den till dieselbränslestandarder inleddes i Sydafrika 1979. År 1983 slutfördes processen för att producera motortestad biodiesel av bränslekvalitet och publicerades internationellt. Ett österrikiskt företag, Gaskoks, fick tekniken från South African Agricultural Engineers; företaget uppförde den första pilotanläggningen för biodiesel i november 1987 och den första anläggningen i industriell skala i april 1989 (med en kapacitet på 30 000 ton rapsfrö per år).

Under hela 1990-talet öppnades fabriker i många europeiska länder, inklusive Tjeckien , Tyskland och Sverige . Frankrike lanserade lokal produktion av biodieselbränsle (kallad diester ) från rapsolja, som blandas in i vanligt dieselbränsle till en nivå av 5 %, och in i dieselbränslet som används av vissa fångna flottor (t.ex. kollektivtrafik ) i en nivå av 30 %. Renault , Peugeot och andra tillverkare har certifierade lastbilsmotorer för användning med upp till den nivån av partiell biodiesel; experiment med 50 % biodiesel pågår. Under samma period såg nationer i andra delar av världen också att lokal produktion av biodiesel startade: 1998 hade det österrikiska biobränsleinstitutet identifierat 21 länder med kommersiella biodieselprojekt. 100 % biodiesel är nu tillgänglig på många vanliga bensinstationer över hela Europa.

Egenskaper

Färgen på biodiesel varierar från klar till gyllene till mörkbrun, beroende på produktionsmetod och råvaran som används för att tillverka bränslet. Detta förändrar också de resulterande bränsleegenskaperna. Generellt sett är biodiesel lätt blandbar med vatten, har hög kokpunkt och lågt ångtryck . Flampunkten för biodiesel kan överstiga 130 °C (266 °F), betydligt högre än den för petroleumdiesel som kan vara så låg som 52 °C (126 °F) . Biodiesel har en densitet runt ~0,88 g/cm 3 , högre än petrodiesel (~0,85 g/cm 3 ).

Värmevärdet för biodiesel är cirka 37,27 MJ/kg . Detta är 9 % lägre än vanlig nummer 2 petrodiesel. Variationer i biodiesel energitäthet är mer beroende av råvaran som används än produktionsprocessen. Ändå är dessa variationer mindre än för petrodiesel. Det har hävdats att biodiesel ger bättre smörjning och mer fullständig förbränning, vilket ökar motorns energieffekt och delvis kompenserar för den högre energitätheten hos petrodiesel.

Biodiesel innehåller också praktiskt taget inget svavel och även om den saknar svavelföreningar som i petrodiesel ger mycket av smörjkraften, har den lovande smörjande egenskaper och cetanvärden jämfört med lågsvavliga dieselbränslen och fungerar ofta som en tillsats till ultralågsvavlig diesel (ULSD) bränsle för att underlätta smörjningen. Biodieselbränslen med högre smörjförmåga kan öka livslängden för högtrycksbränsleinsprutningsutrustning som är beroende av bränslet för sin smörjning. Beroende på motorn kan detta inkludera högtrycksinsprutningspumpar, pumpinjektorer (även kallade enhetsinjektorer ) och bränsleinsprutare .

Äldre diesel-Mercedes är populära för att köra på biodiesel.

Ansökningar

Targray Biofuels järnvägsvagn som transporterar biodiesel.

Biodiesel kan användas i ren form (B100) eller kan blandas med petroleumdiesel i valfri koncentration i de flesta dieselmotorer med insprutningspumpar. Nya extrema högtrycksmotorer (29 000 psi) common rail- motorer har strikta fabriksgränser på B5 eller B20, beroende på tillverkare. Biodiesel har andra lösningsmedelsegenskaper än petrodiesel och kommer att bryta ned naturgummipackningar och slangar i fordon (mest fordon tillverkade före 1992), även om dessa tenderar att slitas ut naturligt och troligen redan har ersatts med FKM , som inte är reaktivt mot biodiesel. Biodiesel har varit känt för att bryta ned avlagringar av rester i bränsleledningarna där petrodiesel har använts. Som ett resultat bränslefilter bli igensatta av partiklar om en snabb övergång till ren biodiesel görs. Därför rekommenderas det att byta bränslefilter på motorer och värmare kort efter första bytet till en biodieselblandning.

Distribution

Sedan Energy Policy Act antogs 2005 har användningen av biodiesel ökat i USA. I Storbritannien ålägger Renewable Transport Fuel Obligation leverantörer att inkludera 5 % förnybart bränsle i allt transportbränsle som säljs i Storbritannien senast 2010. För vägdiesel innebär detta i praktiken 5 % biodiesel (B5).

Fordonsanvändning och tillverkares acceptans

2005 släppte Chrysler (då en del av DaimlerChrysler) Jeep Liberty CRD-dieslarna från fabriken till den europeiska marknaden med 5 % biodieselblandningar, vilket tyder på åtminstone delvis acceptans av biodiesel som en acceptabel dieselbränsletillsats. 2007 indikerade DaimlerChrysler sin avsikt att öka garantitäckningen till 20 % biodieselblandningar om biobränslekvaliteten i USA kan standardiseras.

Volkswagen Group har släppt ett uttalande som indikerar att flera av dess fordon är kompatibla med B5 och B100 gjorda av rapsolja och kompatibla med standarden EN 14214 . Användningen av den specificerade biodieseltypen i sina bilar upphäver ingen garanti.

Mercedes Benz tillåter inte dieselbränslen som innehåller mer än 5 % biodiesel (B5) på grund av oro över "produktionsbrister". Eventuella skador som orsakas av användningen av sådana icke godkända bränslen kommer inte att täckas av Mercedes-Benz begränsade garanti.

Från och med 2004 beslutade staden Halifax, Nova Scotia att uppdatera sitt busssystem för att tillåta flottan av stadsbussar att köra helt på en fiskoljebaserad biodiesel. Detta orsakade staden några inledande mekaniska problem, men efter flera år av raffinering hade hela flottan framgångsrikt konverterats.

2007 meddelade McDonald's i Storbritannien att de skulle börja producera biodiesel från spilloljebiprodukten från sina restauranger. Detta bränsle skulle användas för att driva dess flotta.

2014 Chevy Cruze Clean Turbo Diesel, direkt från fabriken, kommer att klassas för upp till B20 (blandning av 20 % biodiesel / 80 % vanlig diesel) biodieselkompatibilitet

Järnvägsanvändning

Biodiesellokomotiv och dess externa bränsletank vid Mount Washington Cog Railway

brittiska tågföretaget Virgin Trains West Coast påstod sig ha kört Storbritanniens första "biodieseltåg", när en Class 220 konverterades för att köras på 80 % petrodiesel och 20 % biodiesel.

Det brittiska kungliga tåget genomförde den 15 september 2007 sin första resa någonsin som kördes på 100 % biodiesel från Green Fuels Ltd. Prins Charles och Green Fuels VD James Hygate var de första passagerarna på ett tåg som helt kördes med biodiesel. Sedan 2007 har Royal Train kört framgångsrikt på B100 (100 % biodiesel). En regeringsvitbok föreslog också att stora delar av de brittiska järnvägarna skulle konverteras till biodiesel, men förslaget lades sedan ner till förmån för ytterligare elektrifiering.

På liknande sätt testade en statligt ägd kortlinjejärnväg i östra Washington en blandning av 25 % biodiesel/75 % petrodiesel under sommaren 2008, och köpte bränsle från en biodieselproducent som var placerad längs järnvägsspåren. Tåget kommer att drivas av biodiesel tillverkad delvis av raps som odlats i jordbruksregioner genom vilka den korta linjen går.

Även 2007 började Disneyland köra parktågen på B98 (98 % biodiesel). Programmet avbröts 2008 på grund av lagringsproblem, men i januari 2009 tillkännagavs att parken då skulle köra alla tåg på biodiesel tillverkad av egna använda matoljor. Detta är en förändring från att köra tågen på sojabaserad biodiesel.

År 2007 lade den historiska Mt. Washington Cog Railway till det första biodieselloket till sin ångloksflotta. Flottan har klättrat uppför de västra sluttningarna av Mount Washington i New Hampshire sedan 1868 med en topp vertikal stigning på 37,4 grader.

Den 8 juli 2014 meddelade den dåvarande indiska järnvägsministern DV Sadananda Gowda i Railway Budget att 5 % biodiesel kommer att användas i Indian Railways dieselmotorer.

Som eldningsolja

Huvudartikel: Bioliquids

Biodiesel kan också användas som uppvärmningsbränsle i hushålls- och kommersiella pannor, en blandning av eldningsolja och biobränsle som är standardiserad och beskattas något annorlunda än diesel som används för transporter. Bioheat fuel är en egenutvecklad blandning av biodiesel och traditionell eldningsolja. Bioheat är ett registrerat varumärke som tillhör National Biodiesel Board [NBB] och National Oilheat Research Alliance [NORA] i USA och Columbia Fuels i Kanada. Uppvärmning av biodiesel finns i olika blandningar. ASTM 396 erkänner blandningar av upp till 5 procent biodiesel som likvärdiga med ren petroleumeldningsolja. Blandningar med högre halter på upp till 20 % biobränsle används av många konsumenter. Forskning pågår för att avgöra om sådana blandningar påverkar prestandan.

Äldre ugnar kan innehålla gummidelar som skulle påverkas av biodieselns lösningsmedelsegenskaper, men kan annars bränna biodiesel utan att någon ombyggnad krävs. Försiktighet måste iakttas, med tanke på att lack som lämnats efter av petrodiesel kommer att släppas och kan täppa till rören – bränslefiltrering och snabbt filterbyte krävs. Ett annat tillvägagångssätt är att börja använda biodiesel som en blandning, och att minska petroleumandelen med tiden kan göra att lacken lossnar mer gradvis och är mindre benägna att täppa till. På grund av biodiesels starka lösningsmedelsegenskaper rensas ugnen ur och blir generellt sett mer effektiv.

En lag antagen under Massachusetts guvernör Deval Patrick kräver att all diesel för uppvärmning av hemmet i den delstaten ska vara 2 % biobränsle senast 1 juli 2010 och 5 % biobränsle 2013. New York City har antagit en liknande lag.

Rengöring av oljespill

Med 80–90 % av oljeutsläppskostnaderna investerade i strandsanering, söker man efter mer effektiva och kostnadseffektiva metoder för att utvinna oljeutsläpp från strandlinjerna. Biodiesel har visat sin förmåga att avsevärt lösa upp råolja, beroende på källan till fettsyrorna. I en laboratoriemiljö besprutades oljade sediment som simulerade förorenade strandlinjer med ett enda lager biodiesel och exponerades för simulerade tidvatten. Biodiesel är ett effektivt lösningsmedel för olja på grund av dess metylesterkomponent, som avsevärt sänker råoljans viskositet. Dessutom har den en högre flytkraft än råolja, vilket senare hjälper till att avlägsna den. Som ett resultat avlägsnades 80 % av oljan från kullersten och fin sand, 50 % i grov sand och 30 % i grus. När oljan väl har frigjorts från strandlinjen, avlägsnas olje-biodieselblandningen manuellt från vattenytan med skummare. Eventuell kvarvarande blandning bryts lätt ner på grund av biodieselns höga biologiska nedbrytbarhet och blandningens ökade ytareaexponering.

Biodiesel i generatorer

Biodiesel används också i uthyrningsgeneratorer

2001 installerade UC Riverside ett reservkraftsystem på 6 megawatt som helt drivs av biodiesel. Reservdieseldrivna generatorer gör det möjligt för företag att undvika skadliga strömavbrott i kritiska verksamheter på bekostnad av höga föroreningar och utsläpp. Genom att använda B100 kunde dessa generatorer i huvudsak eliminera biprodukterna som resulterar i smog, ozon och svavelutsläpp. Användningen av dessa generatorer i bostadsområden runt skolor, sjukhus och allmänheten resulterar i betydande minskningar av giftig kolmonoxid och partiklar.

Bränsleeffektivitet

Effekten av biodiesel beror på dess blandning, kvalitet och belastningsförhållanden under vilka bränslet förbränns. Den termiska verkningsgraden för till exempel B100 jämfört med B20 kommer att variera beroende på det olika energiinnehållet i de olika blandningarna. Termisk effektivitet hos ett bränsle baseras delvis på bränsleegenskaper såsom: viskositet , specifik densitet och flampunkt ; dessa egenskaper kommer att förändras när både blandningarna och kvaliteten på biodiesel varierar. American Society for Testing and Materials har satt standarder för att bedöma kvaliteten på ett givet bränsleprov.

En studie fann att den termiska bromseffektiviteten för B40 var överlägsen traditionell petroleummotsvarighet vid högre kompressionsförhållanden (denna högre termiska bromsverkningsgrad registrerades vid kompressionsförhållanden på 21:1). Det noterades att, när kompressionsförhållandena ökade, ökade effektiviteten för alla bränsletyper – såväl som blandningar som testades; även om det visade sig att en blandning av B40 var den mest ekonomiska vid ett kompressionsförhållande på 21:1 jämfört med alla andra blandningar. Studien antydde att denna ökning i effektivitet berodde på bränslets densitet, viskositet och uppvärmningsvärden för bränslena.

Förbränning

Bränslesystem på vissa moderna dieselmotorer var inte konstruerade för att rymma biodiesel, medan många tunga motorer kan köras med biodieselblandningar upp till B20. Traditionella direktinsprutade bränslesystem arbetar med ungefär 3 000 psi vid insprutningsspetsen medan det moderna common rail- bränslesystemet fungerar uppemot 30 000 PSI vid insprutningsspetsen. Komponenter är designade för att fungera vid ett stort temperaturområde, från under fryspunkten till över 1 000 °F (560 °C). Diesel förväntas brinna effektivt och ge så få utsläpp som möjligt. När emissionsstandarder införs för dieselmotorer designas behovet av att kontrollera skadliga utsläpp i parametrarna för dieselmotorernas bränslesystem. Det traditionella inline-insprutningssystemet är mer förlåtande för bränslen av sämre kvalitet i motsats till common rail-bränslesystemet. De högre trycken och snävare toleranserna för common rail-systemet möjliggör större kontroll över atomisering och insprutningstid. Denna kontroll av atomisering såväl som förbränning möjliggör större effektivitet hos moderna dieselmotorer samt större kontroll över utsläpp. Komponenter i ett dieselbränslesystem interagerar med bränslet på ett sätt som säkerställer effektiv drift av bränslesystemet och därmed motorn. Om ett bränsle utanför specifikationen introduceras i ett system som har specifika driftsparametrar, kan integriteten hos det övergripande bränslesystemet äventyras. Vissa av dessa parametrar såsom sprutmönster och finfördelning är direkt relaterade till injektionstidpunkten.

En studie fann att under finfördelning producerade biodiesel och dess blandningar droppar större i diameter än de droppar som produceras av traditionell petrodiesel. De mindre dropparna tillskrevs den lägre viskositeten och ytspänningen hos traditionellt dieselbränsle. Det visade sig att dropparna vid sprutmönstrets periferi var större i diameter än dropparna i mitten. Detta tillskrevs det snabbare tryckfallet vid kanten av sprutmönstret; det fanns ett proportionellt förhållande mellan droppstorleken och avståndet från injektorspetsen. Det visade sig att B100 hade den största spraypenetrationen, detta tillskrevs den större densiteten av B100. Att ha en större droppstorlek kan leda till ineffektivitet i förbränningen, ökade utsläpp och minskad hästkraft. I en annan studie fann man att det är en kort insprutningsfördröjning vid injicering av biodiesel. Denna injektionsfördröjning tillskrevs den högre viskositeten hos biodiesel. Det noterades att biodieselns högre viskositet och högre cetanvärde jämfört med traditionell petrodiesel leder till dålig finfördelning, såväl som blandningspenetration med luft under antändningsfördröjningsperioden. En annan studie noterade att denna antändningsfördröjning kan bidra till en minskning av NOx - utsläpp.

Utsläpp

Utsläpp är inneboende i förbränning av dieselbränslen som regleras av US Environmental Protection Agency ( EPA ). Eftersom dessa utsläpp är en biprodukt av förbränningsprocessen måste ett bränslesystem kunna kontrollera förbränning av bränslen och minska utsläppen, för att säkerställa att EPA uppfyller kraven. Det finns ett antal nya tekniker som fasas in för att kontrollera produktionen av dieselutsläpp. Avgasåtercirkulationssystemet , EGR, och dieselpartikelfiltret , DPF, är båda designade för att minska produktionen av skadliga utsläpp.

Råvaran som används för att tillverka biodieselbränslet kan avsevärt förändra de resulterande avgaserna och partikelutsläppen, även när det blandas med kommersiellt dieselbränsle. En studie utförd av Chonbuk National University drog slutsatsen att en B30-biodieselblandning minskade kolmonoxidutsläppen med cirka 83 % och partikelutsläppen med ungefär 33 %. NOx - emissioner visade sig dock öka utan att använda ett EGR-system. Studien drog också slutsatsen att med EGR minskade en B20-biodieselblandning avsevärt motorns utsläpp. Dessutom fann analys av California Air Resources Board att biodiesel hade de lägsta koldioxidutsläppen av de testade bränslena, de är ultralågsvavlig diesel , bensin, majsbaserad etanol , komprimerad naturgas och fem typer av biodiesel från olika råvaror. . Deras slutsatser visade också stora skillnader i koldioxidutsläpp från biodiesel baserat på det använda råmaterialet. Av soja , talg , raps , majs och använd matolja visade soja de högsta koldioxidutsläppen, medan använd matolja gav de lägsta.

När man studerade effekten av biodiesel på dieselpartikelfilter fann man att även om närvaron av natrium- och kaliumkarbonater hjälpte till vid den katalytiska omvandlingen av aska, eftersom dieselpartiklarna katalyseras, kan de samlas inuti DPF och på så sätt störa släppningarna. av filtret. [ förtydligande behövs ] Detta kan göra att filtret täpps igen och stör regenereringsprocessen. I en studie om effekterna av EGR-hastigheter med blandningar av jathropa biodiesel visades att det fanns en minskning av bränsleeffektivitet och vridmoment på grund av användningen av biodiesel på en dieselmotor designad med ett EGR-system. Det visade sig att CO- och CO 2 -utsläppen ökade med en ökning av avgasåterföringen men NO x- nivåerna minskade. Opacitetsnivån för jathropa-blandningarna var i ett acceptabelt intervall, där traditionell diesel var ur acceptabel standard. Det visades att en minskning av Nox-utsläppen kunde uppnås med ett EGR-system. Denna studie visade en fördel gentemot traditionell diesel inom ett visst driftsområde för EGR-systemet.

Från och med 2017 används blandade biodieselbränslen (särskilt B5, B8 och B20) regelbundet i många tunga fordon, särskilt transitbussar i amerikanska städer. Karakterisering av avgasutsläpp visade på betydande utsläppsminskningar jämfört med vanlig diesel.

Materialkompatibilitet

  • Plast: Högdensitetspolyeten (HDPE) är kompatibel men polyvinylklorid (PVC) bryts långsamt ned. Polystyren löses upp vid kontakt med biodiesel.
  • Metaller: Biodiesel (som metanol ) har en effekt på kopparbaserade material (t.ex. mässing), och det påverkar även zink, tenn, bly och gjutjärn. Rostfria stål (316 och 304) och aluminium påverkas inte.
  • Gummi: Biodiesel påverkar också typer av naturgummi som finns i vissa äldre motorkomponenter. Studier har också funnit att fluorerade elastomerer (FKM) härdade med peroxid och basmetalloxider kan brytas ned när biodiesel förlorar sin stabilitet på grund av oxidation. Vanligt använda syntetiska gummin FKM-GBL-S och FKM-GF-S som finns i moderna fordon visade sig hantera biodiesel under alla förhållanden.

Tekniska standarder

Huvudartikel: Biodieselstandard

Biodiesel har ett antal standarder för sin kvalitet, inklusive europeisk standard EN 14214 , ASTM International D6751 och National Standard of Canada CAN/CGSB-3.524.

ASTM D6751 (American Society for Testing and Materials) beskriver standarder och specifikationer för biodieslar blandade med mellandestillatbränslen. Denna specifikationsstandard specificerar olika testmetoder som ska användas vid bestämning av vissa egenskaper för biodieselblandningar. Några av de nämnda testerna inkluderar flampunkt och kinematisk viskositet. [3]

Låg temperatur gelning

När biodiesel kyls under en viss punkt, aggregeras några av molekylerna och bildar kristaller. Bränslet börjar verka grumligt när kristallerna blir större än en fjärdedel av det synliga ljusets våglängder – detta är grumlingspunkten ( CP). När bränslet kyls ytterligare blir dessa kristaller större. Den lägsta temperaturen vid vilken bränsle kan passera genom ett 45 mikrometers filter är kallfiltrets pluggpunkt ( CFPP). När biodiesel kyls ytterligare kommer den att gela och sedan stelna. Inom Europa finns det skillnader i CFPP-kraven mellan länder. Detta återspeglas i de olika nationella standarderna i dessa länder. Temperaturen vid vilken ren (B100) biodiesel börjar gela varierar avsevärt och beror på blandningen av estrar och därför råmaterialoljan som används för att producera biodieseln. Till exempel börjar biodiesel framställd av låga erukasyravarianter av rapsfrö (RME) att gela vid ungefär -10 °C (14 °F). Biodiesel framställd av nötkötttalg och palmolja tenderar att gela vid cirka 16 °C (61 °F) respektive 13 °C (55 °F). Det finns ett antal kommersiellt tillgängliga tillsatser som avsevärt kommer att sänka flytpunkten och kallfiltrets igensättningspunkt för ren biodiesel. Vinterdrift är också möjlig genom att blanda biodiesel med andra eldningsoljor inklusive #2 lågsvavligt dieselbränsle och #1 diesel/ fotogen .

Ett annat tillvägagångssätt för att underlätta användningen av biodiesel under kalla förhållanden är att använda en andra bränsletank för biodiesel utöver standarddieselbränsletanken. Den andra bränsletanken kan isoleras och en värmeslinga som använder motorkylvätska körs genom tanken. Bränsletankarna kan växlas när bränslet är tillräckligt varmt. En liknande metod kan användas för att driva dieselfordon med rak vegetabilisk olja.

Förorening av vatten

Biodiesel kan innehålla små men problematiska mängder vatten. Även om den endast är lätt blandbar med vatten är den hygroskopisk . En av anledningarna till att biodiesel kan absorbera vatten är att mono- och diglycerider kvarstår från en ofullständig reaktion. Dessa molekyler kan fungera som ett emulgeringsmedel, vilket gör att vatten kan blandas med biodieseln. [ citat behövs ] Dessutom kan det finnas vatten som är kvar från bearbetningen eller som är ett resultat av kondensation av lagringstanken . Närvaron av vatten är ett problem eftersom:

  • Vatten minskar värmen från bränsleförbränning , vilket orsakar rök, svårare start och minskad effekt .
  • Vatten orsakar korrosion av bränslesystemkomponenter (pumpar, bränsleledningar, etc.)
  • Mikrober i vatten gör att papperselementfiltren i systemet ruttnar och går sönder, vilket orsakar fel på bränslepumpen på grund av intag av stora partiklar.
  • Vatten fryser för att bilda iskristaller som ger platser för kärnbildning , vilket påskyndar gelning av bränslet.
  • Vatten orsakar gropbildning i kolvarna.

Tidigare har mängden vatten som förorenar biodiesel varit svår att mäta genom att ta prover, eftersom vatten och olja separeras. Det är dock nu möjligt att mäta vattenhalten med hjälp av vatten-i-olja-sensorer.

Vattenförorening är också ett potentiellt problem när man använder vissa kemiska katalysatorer som är involverade i produktionsprocessen, vilket avsevärt minskar den katalytiska effektiviteten hos baskatalysatorer (högt pH) såsom kaliumhydroxid . Den superkritiska metanolproduktionsmetoden, där omförestringsprocessen av oljeråvara och metanol utförs under hög temperatur och tryck, har emellertid visat sig vara i stort sett opåverkad av närvaron av vattenföroreningar under produktionsfasen.

Tillgänglighet

I vissa länder är biodiesel billigare än konventionell diesel
Ytterligare information: Biodiesel runt om i världen

Den globala produktionen av biodiesel nådde 3,8 miljoner ton 2005. Cirka 85 % av biodieselproduktionen kom från EU. [ citat behövs ]

Produktion

Ytterligare information: Biodieselproduktion

Biodiesel framställs vanligen genom omförestring av den vegetabiliska oljan eller animaliska fettråvaran, och andra icke-ätbara råvaror såsom frityrolja, etc. Det finns flera metoder för att utföra denna omförestringsreaktion inklusive den vanliga satsvisa processen, heterogena katalysatorer, superkritiska processer, ultraljudsmetoder och till och med mikrovågsmetoder.

Kemiskt sett består transesterifierad biodiesel av en blandning av monoalkylestrar av långkedjiga fettsyror . Den vanligaste formen använder metanol (omvandlat till natriummetoxid) för att producera metylestrar (vanligtvis kallade fettsyrametylester – FAME) eftersom det är den billigaste alkoholen som finns tillgänglig, även om etanol kan användas för att producera en etylester (vanligen kallad till som Fatty Acid Ethyl Ester – FAEE) biodiesel och högre alkoholer som isopropanol och butanol har också använts. Användning av alkoholer med högre molekylvikter förbättrar kallflytningsegenskaperna hos den resulterande estern, till priset av en mindre effektiv omförestringsreaktion. En lipidtransesterifieringsprocess används för att omvandla basoljan till de önskade estrarna . Eventuella fria fettsyror (FFA) i basoljan omvandlas antingen till tvål och tas bort från processen, eller så förestras de (som ger mer biodiesel) med en sur katalysator. Efter denna bearbetning, till skillnad från ren vegetabilisk olja , har biodiesel förbränningsegenskaper som mycket liknar de hos petroleumdiesel och kan ersätta den i de flesta nuvarande användningsområden.

Metanolen som används i de flesta biodieselproduktionsprocesser tillverkas av fossila bränslen. Det finns dock källor till förnybar metanol som görs med koldioxid eller biomassa som råvara, vilket gör deras produktionsprocesser fria från fossila bränslen.

En biprodukt av omförestringsprocessen är produktionen av glycerol . För varje ton biodiesel som tillverkas produceras 100 kg glycerol. Ursprungligen fanns det en värdefull marknad för glycerol, vilket bidrog till ekonomin i processen som helhet. Men med den ökade globala biodieselproduktionen har marknadspriset för denna råa glycerol (som innehåller 20 % vatten och katalysatorrester) kraschat. Forskning bedrivs globalt för att använda denna glycerol som en kemisk byggsten (se kemisk mellanprodukt under Wikipedia-artikeln " Glycerol "). Ett initiativ i Storbritannien är The Glycerol Challenge.

Vanligtvis måste denna råa glycerol renas, vanligtvis genom att utföra vakuumdestillation. Detta är ganska energikrävande. Den raffinerade glycerolen (98%+ renhet) kan sedan användas direkt eller omvandlas till andra produkter. Följande tillkännagivanden gjordes 2007: Ett joint venture mellan Ashland Inc. och Cargill tillkännagav planer på att tillverka propylenglykol i Europa från glycerol och Dow Chemical tillkännagav liknande planer för Nordamerika. Dow planerar också att bygga en fabrik i Kina för att göra epiklorhydrin från glycerol. Epiklorhydrin är en råvara för epoxihartser .

Produktionsnivåer

Ytterligare information: Biodiesel runt om i världen

Under 2007 växte produktionskapaciteten för biodiesel snabbt, med en genomsnittlig årlig tillväxttakt från 2002 till 2006 på över 40 %. För år 2006, det senaste för vilket faktiska produktionssiffror kunde erhållas, var världens totala biodieselproduktion cirka 5–6 miljoner ton, med 4,9 miljoner ton bearbetad i Europa (varav 2,7 miljoner ton från Tyskland) och det mesta av resten från USA. Bara under 2008 hade produktionen i Europa stigit till 7,8 miljoner ton. I juli 2009 lades en tull på amerikansk importerad biodiesel i EU för att balansera konkurrensen från europeiska, särskilt tyska tillverkare. Kapaciteten för 2008 i Europa uppgick till 16 miljoner ton. Detta kan jämföras med en total efterfrågan på diesel i USA och Europa på cirka 490 miljoner ton (147 miljarder gallon). Den totala världsproduktionen av vegetabilisk olja för alla ändamål 2005–06 var cirka 110 miljoner ton, med cirka 34 miljoner ton vardera av palmolja och sojaolja . Från och med 2018 Indonesien världens främsta leverantör av palmoljebaserat biobränsle med en årlig produktion på 3,5 miljoner ton, och förväntas exportera cirka 1 miljon ton biodiesel.

USA:s produktion av biodiesel 2011 förde industrin till en ny milstolpe. Under EPA Renewable Fuel Standard har mål implementerats för biodieselproduktionsanläggningarna för att övervaka och dokumentera produktionsnivåer i jämförelse med den totala efterfrågan. Enligt årsslutsdata som släppts av EPA nådde biodieselproduktionen 2011 mer än 1 miljard gallons. Detta produktionsantal överskred vida målet på 800 miljoner gallon som fastställts av EPA. Den beräknade produktionen för 2020 är nästan 12 miljarder gallon.

Biodiesel råvaror

Växtoljor
Soybeanvarieties.jpg
Sojabönor används som en källa till
biodieseltyper
Används
Komponenter

En mängd olika oljor kan användas för att producera biodiesel. Dessa inkluderar:

Många förespråkare menar att vegetabilisk spillolja är den bästa källan till olja för att producera biodiesel, men eftersom det tillgängliga utbudet är drastiskt mindre än mängden petroleumbaserat bränsle som förbränns för transporter och uppvärmning av hem i världen, kunde denna lokala lösning inte skala till den aktuella konsumtionstakten.

Animaliska fetter är en biprodukt från köttproduktion och matlagning. Även om det inte skulle vara effektivt att föda upp djur (eller fånga fisk) enbart för deras fett, tillför användningen av biprodukten ett värde till boskapsindustrin (svin, nötkreatur, fjäderfä). Idag producerar biodieselanläggningar med flera råvaror högkvalitativa animaliska fettbaserade biodiesel. För närvarande byggs en fabrik för 5 miljoner dollar i USA, med avsikten att producera 11,4 miljoner liter (3 miljoner gallons) biodiesel från några av de uppskattade 1 miljard kg (2,2 miljarder pund) kycklingfett som produceras årligen på det lokala området. Tyson fjäderfäväxt. På samma sätt använder vissa småskaliga biodieselfabriker avfallsfiskolja som råvara. Ett EU-finansierat projekt (ENERFISH) föreslår att vid en vietnamesisk anläggning för att producera biodiesel från havskatt (basa, även känd som pangasius), kan en produktion på 13 ton/dag biodiesel produceras från 81 ton fiskavfall (i sin tur resulterar från 130 ton fisk). Detta projekt använder biodieseln för att driva en kraftvärmeenhet i fiskberedningsanläggningen, främst för att driva fiskfrysanläggningen.

Mängd råmaterial som krävs

Se även: Mat vs bränsle

Den nuvarande världsomspännande produktionen av vegetabilisk olja och animaliskt fett är inte tillräcklig för att ersätta användningen av flytande fossila bränslen. Dessutom protesterar vissa mot den stora mängden jordbruk och den resulterande gödslingen , användningen av bekämpningsmedel och omvandlingen av markanvändning som skulle behövas för att producera den extra vegetabiliska oljan. Fördelarna med alger är att de kan odlas på icke åkermark som öknar eller i marina miljöer, och de potentiella oljeskördarna är mycket högre än från växter.

Avkastning

Råvaruutbyteseffektivitet per ytenhet påverkar möjligheten att öka produktionen till de enorma industriella nivåer som krävs för att driva en betydande andel av fordonen.

Några typiska skördar
Beskära Avkastning
L/ha US gal/acre
palmolja 4752 508
Kokos 2151 230
Cyperus esculentus 1628 174
Raps 954 102
Soja (Indiana) 554-922 59,2–98,6
kinesisk talg 907 97
Jordnöt 842 90
Solros 767 82
Hampa [ citat behövs ] 242 26
  1. ^ a b c d "Biobränslen: några siffror" . Grist.org. 2006-02-08. Arkiverad från originalet 2010-03-01 . Hämtad 2010-03-15 .
  2. ^
    Makareviciene et al., "Möjligheter för användning av chufa-sedge i biodieselproduktion", Industrial Crops and Products, 50 (2013) sid. 635, tabell 2.
  3. ^
    Klass, Donald, "Biomassa för förnybar energi, bränslen och kemikalier", sida 341. Academic Press, 1998.
  4. ^
    Kitani, Osamu, "Volym V: Energi- och biomassateknik, CIGR Handbook of Agricultural Engineering", Amer Society of Agricultural, 1999.

Algernas bränsleutbyte har ännu inte fastställts exakt, men DOE rapporteras ha sagt att alger ger 30 gånger mer energi per hektar än landgrödor som sojabönor. Avkastning på 36 ton/hektar anses vara praktiskt av Ami Ben-Amotz från Institute of Oceanography i Haifa , som har odlat alger kommersiellt i över 20 år.

Jatropha har nämnts som en högutbyteskälla för biodiesel, men avkastningen är starkt beroende av klimat- och markförhållanden. Uppskattningarna i den låga delen visar att avkastningen ligger på cirka 200 US gal/acre (1,5-2 ton per hektar) per gröda; i gynnsammare klimat har två eller fler skördar per år uppnåtts. Den odlas i Filippinerna , Mali och Indien , är torkbeständig och kan dela utrymme med andra kontantgrödor som kaffe, socker, frukt och grönsaker. Den är väl lämpad för halvtorra länder och kan bidra till att bromsa ökenspridningen , enligt dess förespråkare.

Effektivitet och ekonomiska argument

Ren biodiesel (B-100) gjord av sojabönor

En fullständig övergång till biobränslen kan kräva enorma landområden om traditionella livsmedelsgrödor används (även om icke-livsmedelsgrödor kan användas). Problemet skulle vara särskilt allvarligt för nationer med stora ekonomier, eftersom energiförbrukningen skalar med ekonomisk produktion.

För länder i tredje världen kan biodieselkällor som använder marginell mark vara mer meningsfulla; t.ex. pongam oiltree nötter odlade längs vägar eller jatropha odlade längs järnvägslinjer.

I tropiska regioner, som Malaysia och Indonesien, planteras växter som producerar palmolja i snabb takt för att tillgodose den växande efterfrågan på biodiesel i Europa och andra marknader. Forskare har visat att borttagandet av regnskog för palmplantager inte är ekologiskt sunt eftersom utbyggnaden av oljepalmplantager utgör ett hot mot naturlig regnskog och biologisk mångfald.

Det har uppskattats i Tyskland att palmoljediesel har mindre än en tredjedel av produktionskostnaderna för rapsbiodiesel.

Ekonomisk påverkan

Flera ekonomiska studier har utförts angående den ekonomiska effekten av biodieselproduktion. En studie, beställd av National Biodiesel Board, rapporterade att produktionen av biodiesel stödde mer än 64 000 jobb. Tillväxten av biodiesel bidrar också till att kraftigt öka BNP. 2011 skapade biodiesel mer än 3 miljarder dollar i BNP. Att döma av den fortsatta tillväxten i standarden för förnybart bränsle och förlängningen av skatteincitamentet för biodiesel kan antalet jobb öka till 50 725, 2,7 miljarder dollar i inkomst och nå 5 miljarder dollar i BNP 2012 och 2013.

Energisäkerhet

En av de viktigaste drivkrafterna för införandet av biodiesel är energisäkerhet . Detta innebär att en nations beroende av olja minskar och ersätts med användning av lokalt tillgängliga källor, såsom kol, gas eller förnybara källor. Ett land kan alltså dra nytta av att använda biobränslen utan att minska utsläppen av växthusgaser. Medan den totala energibalansen diskuteras är det tydligt att beroendet av olja minskar. Ett exempel är den energi som används för att tillverka konstgödsel, som kan komma från en mängd andra källor än petroleum. US National Renewable Energy Laboratory (NREL) konstaterar att energisäkerhet är den främsta drivkraften bakom USA:s biobränsleprogram, och en uppsats från Vita huset "Energy Security for the 21st Century" gör det klart att energisäkerhet är en viktig anledning till att främja biodiesel. EU-kommissionens tidigare ordförande, Jose Manuel Barroso, talade vid en nyligen genomförd EU-konferens om biobränslen, betonade att korrekt hanterade biobränslen har potentialen att stärka EU:s försörjningstrygghet genom diversifiering av energikällor.

Global biobränslepolitik

Många länder runt om i världen är involverade i den växande användningen och produktionen av biobränslen, som biodiesel, som en alternativ energikälla till fossila bränslen och olja. För att främja biobränsleindustrin har regeringar implementerat lagar och lagar som incitament för att minska oljeberoendet och öka användningen av förnybar energi. Många länder har sin egen oberoende policy när det gäller beskattning och rabatt på biodieselanvändning, import och produktion.

Kanada

Det krävdes av Canadian Environmental Protection Act Bill C-33 att 2010 innehöll bensin 5 % förnybart innehåll och att diesel och eldningsolja 2013 innehöll 2 % förnybart innehåll. EcoENERGY for Biofuels-programmet subventionerade produktionen av bland annat biodiesel via en incitamentssats på 0,20 CAN per liter från 2008 till 2010. En minskning på 0,04 USD kommer att tillämpas varje år efter, tills incitamentssatsen når 0,06 USD 2016. Individuell provinserna har också särskilda lagstiftningsåtgärder när det gäller användning och produktion av biobränsle.

Förenta staterna

Den volymetriska etanolskatteavdraget (VEETC) var den huvudsakliga källan till ekonomiskt stöd för biobränslen, men var planerad att löpa ut 2010. Genom denna lag garanterade biodieselproduktion en skattelättnad på 1 USD per gallon producerad av jungfruolja och 0,50 USD per gallon gjord av återvunna oljor. För närvarande används sojabönolja för att producera sojabönsbiodiesel för många kommersiella ändamål, såsom att blanda bränsle för transportsektorer.

europeiska unionen

Europeiska unionen är den största producenten av biodiesel, med Frankrike och Tyskland som de främsta producenterna. För att öka användningen av biodiesel finns det policyer som kräver blandning av biodiesel i bränslen, inklusive straff om dessa nivåer inte uppnås. I Frankrike var målet att nå 10 % integration men planerna för det stoppades 2010. Som ett incitament för EU-länderna att fortsätta produktionen av biobränslet finns det skatterabatter för specifika kvoter av producerat biobränsle. I Tyskland är minimiandelen biodiesel i transportdiesel satt till 7 % så kallad "B7".

Malaysia

Malaysia planerar att genomföra sitt rikstäckande antagande av B20 palmoljebiobränsleprogrammet i slutet av 2022. Mandatet att tillverka biobränsle med en 20 % palmoljekomponent - känd som B20 - för transportsektorn rullades först ut i januari 2020 men stod inför förseningar på grund av rörelsebegränsningar som påtvingats för att innehålla coronavirusutbrott.

Miljöpåverkan

Huvudartikel: Miljöpåverkan av biodiesel
Avskogning i Indonesien för att ge plats åt en oljepalmplantage .

Det ökade intresset för biodiesel har visat på ett antal miljöeffekter som är förknippade med dess användning. Dessa inkluderar potentiellt minskningar av utsläpp av växthusgaser , avskogning , föroreningar och graden av biologisk nedbrytning .

Enligt Renewable Fuel Standards Program Regulatory Impact Analysis , som släpptes av Environmental Protection Agency (EPA) i USA i februari 2010, leder biodiesel från sojaolja i genomsnitt till en minskning av växthusgaserna med 57 % jämfört med petroleumdiesel, och biodiesel framställd av avfallsfett ger en minskning på 86 %. Se kapitel 2.6 i EPA-rapporten för mer detaljerad information.

Men miljöorganisationer, till exempel Rainforest Rescue och Greenpeace , kritiserar odlingen av växter som används för biodieselproduktion, t.ex. oljepalmer, sojabönor och sockerrör. Skövlingen av regnskogar förvärrar klimatförändringarna och känsliga ekosystem förstörs för att röja mark för oljepalmer, sojabönor och sockerrörsplantager. Dessutom bidrar biobränslen till världens hunger, eftersom åkermark inte längre används för att odla livsmedel. Environmental Protection Agency publicerade data i januari 2012, som visar att biobränslen gjorda av palmolja inte kommer att räknas till USA:s mandat för förnybara bränslen eftersom de inte är klimatvänliga. Miljövänner välkomnar slutsatsen eftersom tillväxten av oljepalmplantager har drivit på tropisk avskogning, till exempel i Indonesien och Malaysia.

Indonesien producerar biodiesel främst från palmolja . Eftersom jordbruksmark är begränsad, för att plantera monokulturer av oljepalmer , måste mark som används för andra odlingar eller den tropiska skogen röjas. Ett stort miljöhot är då förstörelsen av regnskogar i Indonesien.

Mat, mark och vatten kontra bränsle

Huvudartikel: Mat vs. bränsle

Upp till 40 % av majsen som produceras i USA används för att tillverka etanol, och i världen förvandlas 10 % av all spannmål till biobränsle. En minskning med 50 % av spannmål som används för biobränslen i USA och Europa skulle ersätta all Ukrainas spannmålsexport.

I vissa fattiga länder skapar det stigande priset på vegetabilisk olja problem. Vissa föreslår att bränsle endast tillverkas av icke-ätbara vegetabiliska oljor som camelina , jatropha eller havsmalva som kan frodas på marginell jordbruksmark där många träd och grödor inte kommer att växa, eller bara ger låga skördar.

Andra menar att problemet är mer grundläggande. Bönder kan byta från att producera matgrödor till att producera biobränslegrödor för att tjäna mer pengar, även om de nya grödorna inte är ätbara. Lagen om utbud och efterfrågan förutspår att om färre bönder producerar mat kommer priset på mat att stiga. Det kan ta lite tid, eftersom bönder kan ta lite tid att ändra vilka saker de odlar, men en ökad efterfrågan på första generationens biobränslen kommer sannolikt att resultera i prisökningar för många typer av livsmedel. Vissa har påpekat att det finns fattiga bönder och fattiga länder som tjänar mer pengar på grund av det högre priset på vegetabilisk olja.

Biodiesel från havsalger skulle inte nödvändigtvis tränga undan landmark som för närvarande används för livsmedelsproduktion och nya algodlingsjobb skulle kunna skapas.

Som jämförelse bör nämnas att produktionen av biogas använder jordbruksavfall för att generera ett biobränsle som kallas biogas, och även producerar kompost , vilket stärker jordbruk, hållbarhet och livsmedelsproduktion.

Forskning

Det gjordes forskning för att hitta lämpligare grödor och förbättra oljeavkastningen. Andra källor är möjliga, inklusive mänsklig fekal materia, med Ghana som bygger sin första "fekalt slammatade biodieselanläggning."

Speciellt odlade senapssorter kan ge rimligt höga oljeavkastningar och är mycket användbara i växtföljd med spannmål och har den extra fördelen att måltidsrester efter att oljan har pressats ut kan fungera som ett effektivt och biologiskt nedbrytbart bekämpningsmedel.

NFESC , tillsammans med Santa Barbara -baserade Biodiesel Industries, arbetar för att utveckla biodieselteknik för den amerikanska flottan och militären, en av de största dieselbränsleanvändarna i världen.

En grupp spanska utvecklare som arbetar för ett företag som heter Ecofasa tillkännagav ett nytt biobränsle tillverkat av skräp. Bränslet skapas från allmänt stadsavfall som behandlas av bakterier för att producera fettsyror som kan användas för att tillverka biodiesel.

Ett annat tillvägagångssätt som inte kräver användning av kemikalier för produktionen involverar användningen av genetiskt modifierade mikrober.

Alg biodiesel

Huvudartiklar: Algakultur och algbränsle

Från 1978 till 1996 experimenterade amerikanska NREL med att använda alger som biodieselkälla i " Aquatic Species Program" . En självpublicerad artikel av Michael Briggs, vid UNH Biodiesel Group, ger uppskattningar för det realistiska ersättandet av allt fordonsbränsle med biodiesel genom att använda alger som har en naturlig oljehalt över 50 %, vilket Briggs föreslår kan odlas i algdammar vid avloppsreningsverk . Dessa oljerika alger kan sedan extraheras från systemet och bearbetas till biodiesel, med den torkade återstoden vidarebearbetas för att skapa etanol.

Produktionen av alger för att skörda olja för biodiesel har ännu inte genomförts i kommersiell skala, men förstudier har genomförts för att komma fram till ovanstående avkastningsuppskattning. Utöver den förväntade höga avkastningen innebär algodling – till skillnad från grödabaserade biobränslen – inte en minskning av livsmedelsproduktionen , eftersom den varken kräver jordbruksmark eller färskvatten . Många företag eftersträvar algerbioreaktorer för olika ändamål, inklusive att skala upp biodieselproduktionen till kommersiella nivåer. Biodiesellipider kan utvinnas från våta alger med en enkel och ekonomisk reaktion i joniska vätskor .

Pongamia

Huvudartiklar: Millettia pinnata och Pongamia-olja

Millettia pinnata , även känd som Pongam Oiltree eller Pongamia, är ett baljväxt, oljefröbärande träd som har identifierats som en kandidat för produktion av icke-ätbar vegetabilisk olja.

Pongamiaplantager för produktion av biodiesel har en dubbel miljöfördel. Träden både lagrar kol och producerar eldningsolja. Pongamia växer på marginell mark som inte lämpar sig för livsmedelsgrödor och kräver inte nitratgödsel. Det oljeproducerande trädet har den högsta avkastningen av oljeproducerande växter (cirka 40 viktprocent av fröet är olja) medan det växer i undernärda jordar med höga halter av salt. Det håller på att bli ett huvudfokus i ett antal biodieselforskningsorganisationer. De främsta fördelarna med Pongamia är en högre utvinning och kvalitet på olja än andra grödor och ingen direkt konkurrens med livsmedelsgrödor. Tillväxt på marginell mark kan dock leda till lägre oljeavkastning vilket kan orsaka konkurrens med matgrödor om bättre jord.

Jatropha

Huvudartiklar: Jatropha och Jatropha Oil
Jatropha Biodiesel från DRDO , Indien.

Flera grupper inom olika sektorer bedriver forskning om Jatropha curcas , ett giftigt buskeliknande träd som producerar frön som av många anses vara en livskraftig källa för biodieselråvaruolja. Mycket av denna forskning fokuserar på att förbättra Jatrophas totala oljeavkastning per hektar genom framsteg inom genetik, markvetenskap och trädgårdsodlingsmetoder.

SG Biofuels , en San Diego-baserad Jatropha-utvecklare, har använt molekylär förädling och bioteknik för att producera elithybridfrön av Jatropha som visar betydande avkastningsförbättringar jämfört med första generationens sorter. SG Biofuels hävdar också att ytterligare fördelar har uppstått från sådana stammar, inklusive förbättrad blomningssynkronitet, högre motståndskraft mot skadedjur och sjukdomar och ökad tolerans för kyla.

Plant Research International, en avdelning vid Wageningen University and Research Centre i Nederländerna, driver ett pågående Jatropha Evaluation Project (JEP) som undersöker genomförbarheten av storskalig Jatropha-odling genom fält- och laboratorieexperiment.

Center for Sustainable Energy Farming (CfSEF) är en Los Angeles-baserad ideell forskningsorganisation dedikerad till Jatropha-forskning inom områdena växtvetenskap, agronomi och trädgårdsodling. En framgångsrik utforskning av dessa discipliner förväntas öka avkastningen på Jatropha-gårdsproduktionen med 200–300 % under de kommande tio åren.

Dimma från avloppsvatten

Så kallade fetter, oljor och fetter (FOG), som återvinns ur avloppsvatten , kan också omvandlas till biodiesel.

Svampar

En grupp vid Ryska vetenskapsakademin i Moskva publicerade en artikel 2008, där de konstaterade att de hade isolerat stora mängder lipider från encelliga svampar och förvandlat det till biodiesel på ett ekonomiskt effektivt sätt.

Den senaste upptäckten av en variant av svampen Gliocladium roseum pekar mot tillverkning av så kallad mykodiesel från cellulosa. Denna organism upptäcktes nyligen i regnskogarna i norra Patagonien och har den unika förmågan att omvandla cellulosa till medellånga kolväten som vanligtvis finns i dieselbränsle.

Biodiesel från använt kaffesump

Forskare vid University of Nevada, Reno, har framgångsrikt producerat biodiesel från olja som härrör från använt kaffesump . Deras analys av den använda marken visade en oljehalt på 10 till 15 % (i vikt). När oljan väl utvunnits genomgick den konventionell bearbetning till biodiesel. Det uppskattas att färdig biodiesel skulle kunna produceras för ungefär en US-dollar per gallon. Vidare rapporterades det att "tekniken inte är svår" och att "det finns så mycket kaffe runt omkring att flera hundra miljoner liter biodiesel potentiellt skulle kunna tillverkas årligen." Men även om all kaffesump i världen användes för att tillverka bränsle, skulle mängden produceras vara mindre än 1 procent av den diesel som används i USA årligen. "Det kommer inte att lösa världens energiproblem," sa Dr. Misra om sitt arbete.

Biodiesel till vätecellskraft

En mikroreaktor har utvecklats för att omvandla biodiesel till väteånga för att driva bränsleceller.

Ångreformering , även känd som fossilbränslereformering, är en process som producerar vätgas från kolvätebränslen, framför allt biodiesel på grund av dess effektivitet. En **mikroreaktor**, eller reformer, är bearbetningsanordningen där vattenånga reagerar med det flytande bränslet under hög temperatur och högt tryck. Under temperaturer från 700 – 1100 °C möjliggör en nickelbaserad katalysator produktion av kolmonoxid och väte:

Kolväte + H
2 O ⇌ CO + 3 H
2 (Mycket endotermisk)

Dessutom kan ett högre utbyte av vätgas utnyttjas genom att ytterligare oxidera kolmonoxid för att producera mer väte och koldioxid:

CO + H
2 O → CO 2 + H
2 (Lätt exotermisk)

Safflorolja

Från och med 2020 har forskare vid Australiens CSIRO studerat safflorolja från en specialuppfödd sort som motorsmörjmedel, och forskare vid Montana State Universitys Advanced Fuel Center i USA har studerat oljans prestanda i en stor dieselmotor , med resultat som beskrivs som en "game-changer".

Bekymmer

Huvudartikel: Frågor som rör biobränslen

Motorslitage

Bränslets smörjighet spelar en viktig roll vid slitage som uppstår i en motor. En dieselmotor förlitar sig på sitt bränsle för att ge smörjning åt metallkomponenterna som ständigt är i kontakt med varandra. Biodiesel är ett mycket bättre smörjmedel jämfört med fossil petroleumdiesel på grund av närvaron av estrar. Tester har visat att tillsats av en liten mängd biodiesel till diesel kan avsevärt öka bränslets smörjighet på kort sikt. Men under en längre tid (2–4 år) visar studier att biodiesel tappar sin smörjighet. Detta kan bero på ökad korrosion över tiden på grund av oxidation av de omättade molekylerna eller ökat vatteninnehåll i biodiesel från fuktabsorption.

Bränsleviskositet

En av de största problemen med biodiesel är dess viskositet. Viskositeten för diesel är 2,5–3,2 cSt vid 40 °C och viskositeten för biodiesel gjord av sojaolja är mellan 4,2 och 4,6 cSt. Dieselns viskositet måste vara tillräckligt hög för att ge tillräcklig smörjning för motordelarna men tillräckligt låg för att rinna vid kl. driftstemperatur. Hög viskositet kan sätta igen bränslefiltret och insprutningssystemet i motorer. Vegetabilisk olja är sammansatt av lipider med långa kedjor av kolväten, för att minska dess viskositet bryts lipiderna ner till mindre molekyler av estrar. Detta görs genom att omvandla vegetabilisk olja och animaliskt fett till alkylestrar med hjälp av transesterifiering för att minska deras viskositet. Ändå förblir biodieselviskositeten högre än för diesel, och motorn kanske inte kan använda bränslet vid låga temperaturer på grund av det långsamma flödet genom bränslefiltret.

Motorns prestanda

Biodiesel har högre bromsspecifik bränsleförbrukning jämfört med diesel, vilket innebär att det krävs mer biodieselbränsle för samma vridmoment. B20 biodieselblandning har dock visat sig ge maximal ökning av termisk effektivitet, lägsta bromsspecifik energiförbrukning och lägre skadliga utsläpp. Motorns prestanda beror på bränslets egenskaper, såväl som på förbränning, insprutningstryck och många andra faktorer. Eftersom det finns olika blandningar av biodiesel kan det förklara de motstridiga rapporterna när det gäller motorprestanda.

Avgasutsläpp

Råvaran som används för att tillverka biodieseln förändrar bränslets egenskaper genom att ändra den genomsnittliga kolkedjelängden och antalet dubbelbindningar som finns i fettsyrametylestrarna.

Se även

icon  icon  Miljöportal Förnybar energiportal

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Biodiesel&oldid=1142494902 "