Биодизель (дизельное биотопливо, biodiesel, Fatty Acid Methyl Ester, FAME) – сложный метиловый эфир с характеристиками дизельного топлива, производимый из масла растительного или животного происхождения. Биодизель выпускают преимущественно из масел масленичных сельскохозяйственных культур: рапса, подсолнечника, пальмового масла, ятрофы. В последние годы разработки ведутся в области создания биодизеля из водорослей (биотопливо «третьего поколения»). Биодизель смешивается в различных пропорциях с дизельным топливом.
Добавка биотоплива к традиционным видам моторного топлива повышает экологические характеристики выхлопа двигателя. Внедрение биотоплива позволяет странам с незначительными запасами ископаемых энергоресурсов снизить свою экономическую и политическую зависимость от импортных поставок топлива.
Себестоимость производства биоэтанола и биодизеля в большинстве стран мира выше, чем себестоимость нефтепродуктов (в том числе импортируемых), а рентабельность биотопливного бизнеса уступает рентабельности переработки нефти. В последние годы усиливается общественное недовольство отраслью выпуска биотоплива по причине роста цен на сельскохозяйственные культуры. Указанные причины делают развитие биотопливного рынка (сегменты производства и потребления) экономически нецелесообразным без должного уровня государственной поддержки, которая реализуется в форме директивных или поощрительных мер.
В России, несмотря на высокий сырьевой потенциал и продолжительную историю инвестиционного интереса к созданию производств биотоплива, какая-либо государственная поддержка рынка отсутствует. Из-за высоких цен на сырье для производства биодизеля (рапс, подсолнечник) и недифференцированного подхода к установлению акцизов на биоэтанол (топливный этанол приравнивается к пищевому спирту) конечная цена биотоплива в России для потребителей в 1.5–2 раза выше цен на бензин и дизельное топливо.
Тем не менее в 2009–2010 гг. был озвучен ряд новых проектов создания биотопливных производств (в том числе в рамках крупных сельскохозяйственных и животноводческих комплексов) на территории России, реализация которых откладывается в ожидании государственных инициатив.
Технология производства
Механизм получения биодизеля заключается в проведении реакции этерификации – взаимодействия жирных кислот с метиловым спиртом в присутствии катализатора (щелочного или кислотного). Соотношение растительного масла и метанола составляет приблизительно 9:1.
Реакция начинается медленно и в зависимости от перемешивания занимает всего 3–6 минут. Чтобы получить хороший выход биодизеля ее необходимо провести дважды. Затем все это декантируется: глицерин – на дне, и верхняя фракция – эфир – передается на вторую стадию реакции. Снова простое смешивание с метанолом и катализатором в течение нескольких минут завершит процесс этерификации, и второй статический декантер разделит фракции глицерина и эфира.
Реакция идет при любой температуре, т. е. диапазон от 20 oС до 90 oС является приемлемым. Каждые 10 oС удваивают скорость реакции, некоторые источники рекомендуют температуру 55 oС для повышенной безопасности процесса, так как метанол закипает при 65 oС.
Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.
Сырье
Для производства биодизеля подходят любые растительные масла, твердые масла животного происхождения, отходы масложирового производства или скотобоен.
В качестве растительных масел могут использоваться подсолнечное, рапсовое, льняное и др. В зависимости от используемого сырья качественные показатели биотоплива разнятся. Так, например пальмовый биодизель имеет наибольшую калорийность, но быстро замерзает при относительно высоких температурах. Рапсовый биодизель несколько уступает пальмовому по калорийности, но лучше переносит холод.
Таблица. Объем производства растительного масла с 1 га некоторых сельхозкультур
Оптимальным сырьем для производства биодизеля служит рапс. Процент выхода дизельного топлива из 1 т рапсового масла – 96%. По удельному весу в мировом производстве масличных культур рапс занимает третье место после сои и хлопка, опередив подсолнечник. Различают рапс двух сортов – озимый и яровой с несколько различными показателями урожайности и масличности. Урожайность маслосемян сортов озимого рапса может достигать 60 ц с га, а яровых сортов – 45 ц с га. Среднее содержание масла в семенях – 40–50%. Рапс является отличной культурой для севооборота с пшеницей. Он хорошо структурирует почву, в результате повышение урожайности зерновых, посеянных после рапса, составляет до 10–15 ц с га.
Организация производства
Производство биодизеля отличается более простой в сравнении с биоэтанолом технологической цепочкой. В результате некоторые фермерские хозяйства имеют пару бочек для проведения химических реакций между растительным маслом и метиловым спиртом в качестве эксперимента. В процессе производства биодизеля на каждый его галлон требуется затратить 0.083 кВт/ч электроэнергии и 10 Ккал тепловой энергии, получаемой от сжигания природного газа.
Оценку основных параметров организации производства биодизеля можно провести на примере испанского завода:
• Мощность: 21 000 м3 биодизеля в год
• Инвестиции: 8.2 млн евро
• Персонал: 18 человек
• Территория: 6 000 м2 (здания — 2,300 м2)
• Число реакторов: 3
• Сырье: соевое масло, пальмовое масло
• Хранение масла: 300 м3
• Емкости для метанола: 60 м3
• Емкости для готового биодизеля (B100): 400 м3
• Емкости для глицерина: 100 м3
• По экспертным оценкам, стоимость строительства заводов по производству биодизеля – от 0.2 до 0.5 доллара на литр мощности.
• При организации производства биодизеля — дополнительную прибыль можно получить от реализации получаемого глицерина.
Добавка биотоплива к традиционным видам моторного топлива повышает экологические характеристики выхлопа двигателя. Внедрение биотоплива позволяет странам с незначительными запасами ископаемых энергоресурсов снизить свою экономическую и политическую зависимость от импортных поставок топлива. Себестоимость производства биоэтанола и биодизеля в большинстве стран мира выше, чем себестоимость нефтепродуктов (в том числе импортируемых), а рентабельность биотопливного бизнеса уступает рентабельности переработки нефти. В последние годы усиливается общественное недовольство отраслью выпуска биотоплива по причине роста цен на сельскохозяйственные культуры. Указанные причины делают развитие биотопливного рынка (сегменты производства и потребления) экономически нецелесообразным без должного уровня государственной поддержки, которая реализуется в форме директивных или поощрительных мер. В России, несмотря на высокий сырьевой потенциал и продолжительную историю инвестиционного интереса к созданию производств биотоплива, какая-либо государственная поддержка рынка отсутствует. Из-за высоких цен на сырье для производства биодизеля (рапс, подсолнечник) и недифференцированного подхода к установлению акцизов на биоэтанол (топливный этанол приравнивается к пищевому спирту) конечная цена биотоплива в России для потребителей в 1.5–2 раза выше цен на бензин и дизельное топливо. Тем не менее в 2009–2010 гг. был озвучен ряд новых проектов создания биотопливных производств (в том числе в рамках крупных сельскохозяйственных и животноводческих комплексов) на территории России, реализация которых откладывается в ожидании государственных инициатив.
Реакция начинается медленно и в зависимости от перемешивания занимает всего 3–6 минут. Чтобы получить хороший выход биодизеля ее необходимо провести дважды. Затем все это декантируется: глицерин – на дне, и верхняя фракция – эфир – передается на вторую стадию реакции. Снова простое смешивание с метанолом и катализатором в течение нескольких минут завершит процесс этерификации, и второй статический декантер разделит фракции глицерина и эфира. Реакция идет при любой температуре, т. е. диапазон от 20 oС до 90 oС является приемлемым. Каждые 10 oС удваивают скорость реакции, некоторые источники рекомендуют температуру 55 oС для повышенной безопасности процесса, так как метанол закипает при 65 oС. Из одной тонны растительного масла и 111 кг спирта (в присутствии 12 кг катализатора) получается приблизительно 970 кг (1100 л) биодизеля и 153 кг первичного глицерина.
Оптимальным сырьем для производства биодизеля служит рапс. Процент выхода дизельного топлива из 1 т рапсового масла – 96%. По удельному весу в мировом производстве масличных культур рапс занимает третье место после сои и хлопка, опередив подсолнечник. Различают рапс двух сортов – озимый и яровой с несколько различными показателями урожайности и масличности. Урожайность маслосемян сортов озимого рапса может достигать 60 ц с га, а яровых сортов – 45 ц с га. Среднее содержание масла в семенях – 40–50%. Рапс является отличной культурой для севооборота с пшеницей. Он хорошо структурирует почву, в результате повышение урожайности зерновых, посеянных после рапса, составляет до 10–15 ц с га.
