ביו דיזל: היסטוריה, תכונות, סוגים, יתרונות, חסרונות - כִּימִיָה - 2025

ביודיזל דלק הוא ממקור טבעי אשר מתקבל שמנים הצמחיים מגיבים או שומנים מחיים עם אלכוהול המוני מולקולרי נמוך. תגובה זו נקראת טרנס-אסטרציה; כלומר, אסטרים חדשים של חומצות שומן (המכונים גם אסטרני מונו אלקיל) נוצרים מהטריגליצרידים המקוריים.

בהקשרים אחרים במקום להשתמש במילה 'טרנזיסטציה' נאמר שהביומסה עוברת אלכוהוליזה, מכיוון שהיא מטופלת באלכוהולים; ביניהם ובעיקר מתנול ואתנול. השימוש במתנול לייצור דלק ביולוגי זה נפוץ עד כדי כך שהוא כמעט נרדף אליו.

משאבת ביו-דיזל B5. מקור: Pxhere.

ביו-דיזל היא אלטרנטיבה ירוקה לשימוש בסולר, דיזל או פטרודיזל (ומדגישה עוד יותר שהרכבו מורכב מפחמימנים נפטיים). עם זאת, תכונותיהם ואיכותם מבחינת הביצועים במנועי דיזל אינם שונים יותר מדי, כך ששני הדלקים מעורבים בפרופורציות שונות.

חלק מהתערובות הללו עשויות להיות עשירות יותר בביו דיזל (B100 למשל) או עשירות יותר בפטרודיזל (עם 5-20% ביו דיזל בלבד). בדרך זו צריכת הדיזל מתפשטת כאשר ביו-דיזל מוכנס לשוק; לא מבלי להתגבר תחילה על סדרה של בעיות אתיות, יצרניות וכלכליות.

מנקודת מבט פשוטה, אם ניתן להשיג שמן כנוזל המסוגל לשרוף וליצור אנרגיה להנעת מכונות, מדוע לא שמן ממוצא טבעי? עם זאת, זה לבדו אינו מספיק: עליך לקבל טיפול כימי אם אתה רוצה להתחרות או להתמיד בדלקים מאובנים.

כאשר טיפול זה מתבצע במימן, מדברים על עידון של שמן צמחי או שומן מן החי; דרגת החמצון שלו נמוכה או שהמולקולות שלה מקוטעות. ואילו בביו-דיזל, במקום מימן, משתמשים באלכוהולים (מתנול, אתנול, פרופנול וכו ').

הִיסטוֹרִיָה

תגובת טרנזסטרציה

התשובה לבעיה הראשונה איתה מתמודד דלקים ביולוגיים התגלה בעבר. בשנת 1853 השיגו שני מדענים, א 'דאפי וג'יי פטריק, את הסטר-אסטרסטריפיקציה הראשונה של שמן צמחי, עוד הרבה לפני שרודולף דיזל התחיל את המנוע הראשון שעובד.

בתהליך transesterification זה, הטריגליצרידים של שמנים ו / או שומנים מגיבים עם אלכוהולים, בעיקר מתנול ואתנול, לייצור מתיל ואסטרים של חומצות שומן, כמו גם גליצרול כמוצר משני. זרז בסיסי כמו KOH משמש לזרז התגובה.

הנקודה החשובה ביותר בהמצאת טרנס-אסטרציה של שומנים היא ששמונים שנה מאוחר יותר מדען בלגי, ששמו G. Chavanne, היה מפנה מחדש את התגובה הזו כדי להפחית את הצמיגות הגבוהה והפרודוקטיבית של שמנים צמחיים.

רודולף דיזל והמנוע שלו

מנוע הדיזל הגיח בשנת 1890, כבר בסוף המאה ה -19, בתגובה למגבלותיהם של מנועי הקיטור. הוא איחד את כל מה שרצית ממנוע: כוח ועמידות. זה גם עבד עם כל סוג של דלק; ולהתפעלותם של רודולף עצמו והממשל הצרפתי, הוא יכול היה לעבוד עם שמנים צמחיים.

בהיותם מקורות אנרגיה בטריגליצרידים, היה הגיוני לחשוב שכאשר יישרפו הם ישחררו חום ואנרגיה המסוגלים לייצר עבודה מכנית. דיזל תמך בשימוש הישיר בשמנים אלה, שכן הוא בירך כי החקלאים יכולים לעבד דלקים משלהם במקומות מרוחקים מאוד משדות נפט.

הדגם הפונקציונאלי הראשון של מנוע הדיזל זכה להצלחה בהצגתו ב- 10 באוגוסט 1893 באוגוסטה, גרמניה. המנוע שלו פעל על שמן בוטנים, שכן רודולף דיזל האמין באומץ ששמנים צמחיים יכולים להתחרות בדלקים מאובנים; אך בדיוק כפי שעובדו בצורה גסה, ללא טיפולים עוקבים.

אותו מנוע שרץ על שמן בוטנים נחשף ביריד העולם בפריס בשנת 1900. עם זאת, הוא לא משך תשומת לב רבה מכיוון שעד אז היה הנפט מקור דלק נגיש וזול בהרבה.

פטרודיזל

לאחר מותו של דיזל בשנת 1913, הושג דיזל (דיזל או פטרודיזל) מזיקוק נפט. וכך היה צורך להתאים ולבנות מחדש את דגם מנוע הדיזל המיועד לשמן בוטנים כדי לעבוד עם הדלק החדש הזה, שהיה פחות צמיג מכל שמן צמחי או ביומסה אחר.

כך שררה הפטרודיזל במשך כמה עשורים כחלופה הזולה ביותר. פשוט לא היה מעשי לזרוע דונמים גדולים של המוני ירקות כדי לאסוף את השמנים שלהם, שבסופו של דבר, בהיותם צמיגיים כל כך, גרמו לבעיות במנועים ולא היו שווים לאותה ביצועים שהתקבלו עם בנזין.

הבעיה עם דלק מאובנים זה הייתה שהגדילה את זיהום האטמוספרה, והיא הייתה תלויה גם בכלכלה ובפוליטיקה של פעילויות נפט. בהתחשב בחוסר האפשרות לפנות אליו, בהקשרים מסוימים שימשו שמנים צמחיים לצורך גיוס כלי רכב ומכונות כבדות.

דלק ביולוגי במלחמת העולם השנייה

כאשר במלחמת העולם השנייה החל שמן להיות נדיר כתוצאה מהסכסוך, כמה מדינות מצאו לנכון לפנות שוב לשמנים צמחיים; אך הם נאלצו להתמודד עם נזקיהם של מאות אלפי מנועים בגלל ההבדל בצמיגות שעיצובם לא יכול היה לסבול (ואף פחות מכך אם היו מחליפים מים).

לאחר המלחמה שכחו העמים שוב משמנים צמחיים וחזרו לפעול בשריפת בנזין ופטרודיזל בלבד.

לידת ביו דיזל

בעיית הצמיגות נפתרה בקנה מידה קטן על ידי המדען הבלגי G. Chavanne בשנת 1937, שקיבל פטנט על שיטת השגתו באסטרים של חומצות שומן משמן דקלים שטופלו באתנול.

ניתן לומר אפוא שביו-דיזל נולד רשמית בשנת 1937; אך נטיעתו וייצורו ההמוני נאלצו להמתין עד 1985, שבוצע באוניברסיטה חקלאית אוסטרית.

על ידי הכנת שמנים צמחיים אלה לטרנזיסטציה, סוף סוף נפתרה בעיית הצמיגות, והתאמה לביצועים של פטרודיזל ואף מייצגת אלטרנטיבה ירוקה מעליה.

נכסים

תכונותיו של הביודיזל תלויים באופן גלובלי בחומר הגלם עמו הופק. זה יכול להיות בצבעים שנעים בין זהב לחום כהה, מראה פיזי שתלוי בתהליך הייצור.

באופן כללי, מדובר בדלק עם סיכה טובה, שמפחית את רעשי המנוע, מאריך את חייו ודורש פחות השקעה לתחזוקה.

יש לו נקודת הצתה הגבוהה מ -120 מעלות צלזיוס, כלומר כל עוד הטמפרטורה בחוץ לא תעלה על זה, אין סכנת שריפה; זה לא המקרה בסולר, שיכול להישרף אפילו ב 52 מעלות צלזיוס (קל מאוד להשיג עבור סיגריה דולקת).

בגלל היעדר פחמימנים ארומטיים כמו בנזן וטולואן, הוא אינו מהווה סיכון מסרטן במקרה של שפיכה או חשיפה ממושכת.

באופן דומה, אין בה גופרית בהרכב שלה, ולכן היא אינה מייצרת גזים מזהמים SO ₂ או SO ₃ . כאשר הוא מעורבב בסולר הוא נותן לו אופי סיכה גדול יותר מתרכובות הגופרית הטבעיות שלו. למעשה, גופרית היא מרכיב בלתי רצוי, וכאשר הסוללת דיזל היא מאבדת שימון שיש לשחזר באמצעות ביו-דיזל או תוספים אחרים.

השגה והפקה

ביו-דיזל מתקבל משמנים צמחיים מהמעור או משומנים מהחי. אבל, מי מכולם צריך להרכיב את חומר הגלם? באופן אידיאלי, זה שמייצר כמויות גדולות יותר של שמן או שומן מאזור גידול קטן יותר; שבמונחים מתאימים יותר, זה יהיה מספר הדונמים שאדמות החקלאות שלך תופסת.

ביו דיזל טוב חייב להגיע מיבול (דגנים, זרעים, פירות וכו ') המייצר כמויות גדולות של שמן משדות קטנים; אחרת, היבול שלהם יידרש לכסות מדינות שלמות ולא יהיה בר-קיימא מבחינה כלכלית.

לאחר שנאסף הביומסה, יש לחלץ את השמן בתהליכים אינסופיים; ביניהם, למשל, השימוש בנוזלים העל-קריטיים לשאת וממיס שמן. ברגע שהשמן מתקבל, הוא נתון לטרנזיסטציה על מנת להפחית את צמיגותו.

טרנססטרסטריציה מושגת על ידי ערבוב השמן עם מתנול ובסיס בכורים אצווה, אם תחת אולטרסאונד, נוזלים על-קריטיים, בחישה מכנית וכו '. כאשר משתמשים במתנול, מתקבלים אסטרים של חומצת שומן (FAME, ראשי תיבות באנגלית: שומן חומצה מתיל אסתר).

אם לעומת זאת משתמשים באתנול, תתקבל אסתרים אתיליים של חומצות שומן (FAEE). כל האסטרים האלה ואטומי החמצן שלהם הם המאפיינים ביו-דיזל.

מתנול וגליצרול

מתנול הוא האלכוהול המשמש בעיקר כחומר גלם בייצור ביו-דיזל; לעומת זאת, גליצרול הוא מוצר לוואי שיכול לשמש לתמיכה בתהליכים תעשייתיים אחרים ולכן להפוך את הייצור הביודיזל לרווחי יותר.

גליצרול מגיע ממולקולות הטריגליצריד המקוריות, אשר מוחלפות על ידי מתנול ליצירת שלוש DMARD.

סוגי ביו-דיזל

לשמנים או שומנים שונים יש פרופילי חומצות שומן משלהם; לפיכך, לכל ביו-דיזל יש אסטרים מונו-אלקיליים שונים כתוצאה מהטרנזיסטציה. אף על פי כן, מכיוון שאסטרים אלה כמעט ולא נבדלים באורכם של שרשראות הפחמן שלהם, הדלקים המתקבלים אינם מראים תנודות גדולות בין תכונותיהם.

כך שאין סיווג לביו-דיזל, אלא יעילות ורווחיות שונה בהתאם למקור השמן או השומן שנבחר לייצורו. עם זאת, ישנן תערובות ביו-דיזל-פטרודיזל, מכיוון שניתן לערבב את שני הדלקים ובלתי blandים זה עם זה, ומספקים את התכונות המועילות שלהם למנוע.

ביו דיזל טהור הוא אמור להיות B100; שזה שווה ל 0% פטרודיזל בהרכבו. יש עוד תערובות אחרות:

- B20 (עם 80% פטרודיזל).

- B5 (עם 95% פטרודיזל).

- B2 (עם 98% פטרודיזל).

מכוניות שנבנו לפני 1996 לא יכלו להשתמש ב- B100 במנועים שלהן מבלי שיצטרכו להחליף רכיבים מסוימים שהתדרדרו בגלל פעולת הממס שלה. עם זאת, גם כיום ישנם דגמי מכוניות שאינם מאפשרים ריכוזים גדולים של ביו דיזל באחריות המפעל שלהם, ולכן הם ממליצים להשתמש בתערובות נמוכות מ- B20.

יתרון

להלן פירוט סדרת היתרונות שיש לביו דיזל על פני הפטרודיזל והופכים אותה לאלטרנטיבה ירוקה ומושכת:

- הוא מתקבל מביומסה, חומר גלם המתחדש ואנו הולך לאיבוד כפסולת.

- הוא מתכלה ולא רעיל. לכן זה לא יזהם את הקרקעות או הימים אם נשפך בטעות.

- נקודת ההבזק הגבוהה הופכת אותו לבטוח יותר בעת אחסונו והובלתו.

- הוא אינו מייצר גזי חממה מכיוון ש- CO ₂ המשתחרר מייצג את אותה הכמות שנספגת על ידי צמחים. בזכות זה הוא גם תואם את פרוטוקול קיוטו.

- מעודד פעילויות כפריות לנטיעת גידולים שממנו מופק שמן צמחי.

- ניתן לייצר אותו אפילו משמן מטוגן. נקודה זו מעדיפה אותה מאוד מכיוון שאפשר להשתמש בהם בשמן ממוחזר, מקומי או ממסעדות, במקום להיפטר ומזהמים מי תהום, כדי לייצר יותר דלק ירוק.

- מייצג דרך להיות עצמאי בטווח הארוך מנפט ומנגזרותיו.

- משאיר פחות שאריות בעת צריבה.

- אצות חיידקים הן, בנוסף לסויה וזרעי חמניות, מקור מבטיח לבלתי אכיל (ולא רצוי עבור רבים).

חסרונות

לא הכל מושלם עם הדלק הזה. לביו-דיזל יש גם מגבלות שיש להתגבר עליה אם היא תחליף סולר נפט. חלק מהמגבלות או אי הנוחות בשימוש בהן הם:

- יש לו טמפרטורת מיצוק גבוהה יותר, כלומר בטמפרטורות נמוכות הוא הופך לג'ל.

- עוצמת הממס שלו יכולה להרוס את הגומי הטבעי וקצף הפוליאוריטן הקיימים במכוניות שהורכבו לפני 1990.

- זה יקר יותר מפטרודיזל.

- מעלה את מחירי היבולים והמזון מכיוון שהם משלבים ערך מוסף כאשר משתמשים בהם כחומר גלם ביו-דיזל.

- בהתאם לביומסה, הוא עשוי להזדקק להרבה דונם של גידול, מה שמשמעותו נטילת מערכות אקולוגיות זרות למטרה זו, ולכן תשפיע על עולם החי הבר.

- למרות שהוא אינו מייצר גזי גופרית במהלך בעורתו, הוא משחרר ריכוזים גבוהים יותר של תחמוצות חנקן, NO _x .

- יש להשתמש בכמויות גדולות של מזון, אשר במקום להרוות רעב, ישמשו לייצור ביו-דיזל.

הפניות

1. ויקיפדיה. (2019). ביו דיזל. התאושש מ: en.wikipedia.org
2. פנלופה. (28 בדצמבר 2011). ביו דיזל: יתרונות וחסרונות. טוונרגי. התאושש מ: twenergy.com
3. רנובטק. (2013). ביו דיזל. התאושש מ: Plantasdebiomasa.net
4. ואן גרפן ג'ון. (03 באפריל, 2019). היסטוריה של ביו-דיזל. אנרגיה משק. התאושש מ: farm-energy.extension.org
5. סקוט הס. (2019). איך ביו-דיזל עובד. עבודות נפש. התאושש מ: auto.howstuffworks.com
6. ביודיזל פסיפיק. (2019). ביו דיזל. התאושש מ: biodiesel.com