BIONAFTA: HISTORIE, VLASTNOSTI, TYPY, VÝHODY, NEVÝHODY - CHEMIE - 2025

Bionafty paliva je přírodního původu, který se získá reakcí, rostlinné oleje nebo živočišné tuky s nízkými alkoholy molekulové hmotnosti. Tato reakce se nazývá transesterifikace; to znamená, že nové estery mastných kyselin (také nazývané monoalkylestery) jsou tvořeny z původních triglyceridů.

V jiných kontextech namísto použití slova „transesterifikace“ se uvádí, že biomasa podléhá alkoholýze, protože je ošetřena alkoholy; mezi nimi a hlavně, methanol a ethanol. Použití methanolu k výrobě tohoto biopaliva je tak běžné, že je s ním téměř synonymní.

Bionaftové čerpadlo B5. Zdroj: Pxhere.

Bionafta je zelená alternativa pro použití nafty, motorové nafty nebo benzínového paliva (ještě více zdůrazňuje, že její složení se skládá z ropných uhlovodíků). Jejich vlastnosti a kvalita z hlediska výkonu u dieselových motorů se však příliš neliší, takže obě paliva jsou mísena v různých poměrech.

Některé z těchto směsí mohou být bohatší na bionaftu (například B100) nebo bohatší na petrolej (s pouhých 5 až 20% bionafty). Tímto způsobem se spotřeba nafty šíří při uvádění bionafty na trh; ne dříve než překonání řady etických, produktivních a ekonomických problémů.

Z jednoduchého hlediska, pokud lze olej získat jako kapalinu schopnou spalovat a generovat energii pro pohyb strojů, proč ne olej přírodního původu? To však nestačí: pokud chcete soutěžit nebo držet krok s fosilními palivy, musíte být chemicky ošetřeni.

Když se toto ošetření provádí vodíkem, mluví se o rafinaci rostlinného oleje nebo živočišného tuku; jeho stupeň oxidace je nízký nebo jeho molekuly jsou fragmentované. Zatímco v bionaftě se místo vodíku používají alkoholy (methanol, ethanol, propanol atd.).

Dějiny

Transesterifikační reakce

Odpověď na první problém, kterému by biopaliva čelila, byla objevena v minulosti. V roce 1853 dosáhli dva vědci, E. Duffy a J. Patrick, první transesterifikaci rostlinného oleje, a to ještě dlouho předtím, než Rudolf Diesel nastartoval svůj první pracovní motor.

Při tomto transesterifikačním procesu reagují triglyceridy olejů a / nebo tuků s alkoholy, zejména methanolem a ethanolem, za vzniku methyl a ethylesterů mastných kyselin, jakož i glycerolu jako sekundárního produktu. K urychlení reakce se používá bazický katalyzátor, jako je KOH.

Nejdůležitějším bodem transesterifikace tuků je, že o osmdesát let později belgický vědec jménem G. Chavanne přesměruje tuto reakci, aby snížil vysokou a kontraproduktivní viskozitu rostlinných olejů.

Rudolf Diesel a jeho motor

Dieselový motor se objevil v roce 1890, již na konci 19. století, v reakci na omezení parních strojů. Spojil vše, co jste od motoru chtěli: výkon a odolnost. Fungovalo to také s jakýmkoli druhem paliva; a k obdivu Rudolfa samotného a francouzské vlády, mohl pracovat s rostlinnými oleji.

Vzhledem k tomu, že jsou zdrojem energie triglyceridů, bylo logické si myslet, že při spálení uvolní teplo a energii schopnou vyvolat mechanickou práci. Diesel podpořil přímé použití těchto olejů, protože uvítal, že zemědělci mohli zpracovávat vlastní paliva na místech velmi vzdálených od ropných polí.

První funkční model dieselového motoru byl úspěch při jeho prezentaci 10. srpna 1893 v německém Augustu. Jeho motor běžel na arašídovém oleji, protože Rudolf Diesel pevně věřil, že rostlinné oleje mohou soupeřit s fosilními palivy; ale stejně jako byly zpracovány surovým způsobem, bez následného zpracování.

Stejný motor, který běžel na arašídovém oleji, byl představen na světovém veletrhu v Paříži v roce 1900. To však nepřitahovalo velkou pozornost, protože do té doby byl olej mnohem dostupnějším a levnějším zdrojem paliva.

Petrodiesel

Po Dieselově smrti v roce 1913 se nafta (nafta nebo ropný olej) získala rafinací ropy. A tak se dieselový motor navržený pro arašídový olej musel přizpůsobit a přestavět tak, aby pracoval s tímto novým palivem, které bylo méně viskózní než jakýkoli jiný rostlinný nebo biomasový olej.

Takto ropodiesel převládal po několik desetiletí jako nejlevnější alternativa. Nebylo jednoduše praktické zasít velké hektary rostlinných hmot, aby se shromáždily jejich oleje, které nakonec byly tak viskózní, nakonec způsobovaly problémy motorům a nesrovnaly stejné výnosy, jaké byly získány s benzínem.

Problém s tímto fosilním palivem byl v tom, že zvyšoval znečištění atmosféry a také závisel na ekonomice a politice ropných aktivit. Vzhledem k nemožnosti uchýlit se k němu byly v některých kontextech použity rostlinné oleje k mobilizaci těžkých vozidel a strojů.

Biopalivo ve druhé světové válce

Když ve druhé světové válce začala být v důsledku konfliktu ropa vzácná, několik zemí považovalo za nutné znovu se obrátit na rostlinné oleje; ale museli se vypořádat s poškozením stovek tisíc motorů kvůli rozdílu ve viskozitě, který jejich konstrukce nemohla tolerovat (a ještě méně, kdyby měla emulgovanou vodu).

Po válce, národy znovu zapomněly na rostlinné oleje a pokračovaly v praxi spalování pouze benzínu a benzodieselu.

Zrození bionafty

Problém s viskozitou byl v malém měřítku vyřešen belgickým vědcem G. Chavannem v roce 1937, kterému byl udělen patent na jeho metodu získávání ethylesterů mastných kyselin z palmového oleje ošetřeného ethanolem.

Lze tedy říci, že bionafta se formálně narodila v roce 1937; ale jeho výsadba a masová produkce musely počkat do roku 1985, prováděné na rakouské zemědělské univerzitě.

Tím, že se tyto rostlinné oleje podrobí transesterifikaci, byl nakonec vyřešen problém s viskozitou, který odpovídal výkonu petrodieselu a dokonce představoval nad ním zelenou alternativu.

Vlastnosti

Vlastnosti bionafty globálně závisí na surovině, s níž byla vyrobena. Může mít barvy od zlata po tmavě hnědou, což je fyzický vzhled, který závisí na výrobním procesu.

Obecně se jedná o palivo s dobrou mazivostí, které snižuje hluk motoru, prodlužuje jeho životnost a vyžaduje méně investic do údržby.

Má bod vzplanutí vyšší než 120 ° C, což znamená, že dokud to venkovní teplota nepřesáhne, nehrozí nebezpečí požáru; To neplatí pro motorovou naftu, která může hořet i při 52 ° C (pro zapálenou cigaretu je to velmi snadné).

Kvůli nedostatku aromatických uhlovodíků, jako je benzen a toluen, nepředstavuje karcinogenní riziko v případě úniku nebo dlouhodobé expozice.

Stejně tak není síru v jeho složení, takže se nevytváří znečišťující plyny SO ₂ nebo SO ₃. Když je smíchán s naftou, dává mu větší mazací charakter než jeho přírodní sloučeniny síry. Ve skutečnosti je síra nežádoucím prvkem, a když je nafta odsiřena, ztrácí mazání, které musí být získáno pomocí bionafty nebo jiných přísad.

Získání a výroba

Bionafta se získává z transesterifikovaných rostlinných olejů nebo živočišných tuků. Která z nich by však měla tvořit surovinu? Ideálně ten, který generuje větší množství oleje nebo tuku z menší pěstitelské oblasti; že vhodněji řečeno, bude to počet hektarů, které zabírá vaše zemědělská půda.

Dobrý bionafta musí pocházet z plodiny (zrna, semena, ovoce atd.), Která produkuje velké množství oleje z malých polí; jinak by jejich plodiny byly pokryty celými zeměmi a nebyly by ekonomicky životaschopné.

Jakmile byla biomasa odebrána, musí být olej extrahován nekonečnými procesy; mezi nimi je například použití superkritických tekutin k přepravě a rozpuštění oleje. Jakmile je olej získán, je podroben transesterifikaci, aby se snížila jeho viskozita.

Transesterifikace se dosáhne smícháním oleje s methanolem a zásadou v dávkových reaktorech, buď pod ultrazvukem, superkritickými tekutinami, mechanickým mícháním atd. Při použití methanolu se získají methylestery mastných kyselin (FAME, pro jeho zkratku v angličtině: Methyl Ester mastné kyseliny).

Pokud se naproti tomu použije ethanol, získá se ethylester mastné kyseliny (FAEE). Bionaftu charakterizují všechny tyto estery a jejich atomy kyslíku.

Metanol a glycerol

Metanol je alkohol používaný převážně jako surovina při výrobě bionafty; a glycerol, na druhé straně, je vedlejší produkt, který by mohl být použit na podporu jiných průmyslových procesů, a tak zvýšit ziskovost výroby bionafty.

Glycerol pochází z původních triglyceridových molekul, které jsou nahrazeny methanolem za vzniku tří DMARD.

Druhy bionafty

Různé oleje nebo tuky mají své vlastní profily mastných kyselin; každá bionafta má proto v důsledku transesterifikace různé mono-alkylestery. Přestože se tyto estery těžko liší v délkách svých uhlíkových řetězců, výsledná paliva nevykazují velké oscilace mezi svými vlastnostmi.

Neexistuje tedy klasifikace bionafty, nýbrž rozdílná účinnost a ziskovost v závislosti na zdroji oleje nebo tuku, který je vybrán pro její výrobu. Existují však směsi bionafty a petroleje, protože obě paliva lze mísit a mísit se s sebou, což motoru poskytuje jeho příznivé vlastnosti.

Čistá bionafta je označována jako B100; což se rovná složení 0% benzodieselu. Pak jsou tu další směsi:

- B20 (s 80% benzodieselu).

- B5 (s 95% benzodieselu).

- B2 (s 98% benzodieselu).

Auta vyrobená před rokem 1996 nemohla používat B100 ve svých motorech, aniž by musela vyměňovat některé komponenty, které se zhoršily kvůli působení rozpouštědla. I dnes však existují modely automobilů, které ve svých výrobních zárukách neumožňují velké koncentrace bionafty, takže doporučujeme používat směsi nižší než B20.

Výhoda

Níže je uveden přehled řady výhod, které má bionafta oproti petrolejovému oleji a díky nimž je zelená a atraktivní alternativa:

- Je získáván z biomasy, suroviny, která je obnovitelná a která se často ztrácí jako odpad.

- Je biologicky rozložitelný a netoxický. Nebude-li tedy náhodně vysypán, neznečišťuje půdy ani moře.

- Díky vysokému bodu vzplanutí je bezpečnější při skladování a přepravě.

- Nevytváří skleníkové plyny, protože uvolněný CO ₂ představuje stejné množství, jaké absorbuje rostliny. Díky tomu také vyhovuje Kjótskému protokolu.

- vybízí k venkovským činnostem pro pěstování plodin, z nichž se extrahuje rostlinný olej.

- Může být dokonce vyroben ze smaženého oleje. Tento bod to velmi zvýhodňuje, protože recyklovaný olej, domácí nebo z restaurací, místo toho, aby byl zneškodňován a znečišťující podzemní vodu, lze použít k výrobě více zeleného paliva.

- Představuje způsob, jak se z dlouhodobého hlediska stát nezávislým na ropě a jejích derivátech.

- Při hoření zanechává méně zbytků.

- Bakteriální řasy jsou kromě sójových bobů a slunečnicových semen slibným zdrojem nepoživatelné (a nežádoucí pro mnoho) bionafty.

Nevýhody

S tímto palivem není všechno dokonalé. Bionafta má také omezení, která musí být překonána, pokud má nahradit ropnou naftu. Některé z těchto omezení nebo nepříjemností jeho použití jsou:

- Má vyšší teplotu tuhnutí, což znamená, že při nízkých teplotách se stává gelem.

- Jeho síla rozpouštědla může zničit přírodní gumu a polyuretanovou pěnu přítomnou v automobilech sestavených před rokem 1990.

- Je to dražší než benzodiesel.

- Zvyšuje ceny plodin a potravin, protože při použití jako surová bionafta představují přidanou hodnotu.

- V závislosti na biomase může vyžadovat mnoho hektarů pěstování, což by znamenalo odebrání ekosystémů cizím za tímto účelem, a proto by ovlivnilo divokou faunu.

- Ačkoli během jeho spalování neprodukuje plyny síry, uvolňuje vyšší koncentrace oxidů dusíku, NO _x.

- Bylo by použito velké množství potravin, které by se místo saturujících hladomorů použilo k výrobě bionafty.

Reference

1. Wikipedia. (2019). Bionafta. Obnoveno z: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28. prosince 2011). Bionafta: výhody a nevýhody. Twenergy. Obnoveno z: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Bionafta. Obnoveno z: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (3. dubna 2019). Historie bionafty. Farm Energy. Obnoveno z: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Jak bionafta funguje. Jak věci fungují. Obnoveno z: auto.howstuffworks.com
6. Pacific Biodiesel. (2019). Bionafta. Obnoveno z: biodiesel.com