Экологическая безопасность применения биотоплив в дизелях

Исходные продукты

Дизельное топливо ( ГОСТ 308-82) жидкое нефтяное топливо в основном керосино - газойлевые фракции прямой перегонки нефти . Относится к ископаемым топливам , запасы которого ограничены . Проливы дизельного топлива на почву приводят к гибели микрофлоры , и почва теряет продуктивность на длительное время . При его сгорании в цилиндрах дизелей кроме выделения токсичных компонентов ( оксиды азота , углерода и серы , углеводороды , сажа и др .) образуется диоксид углерода СО 2 , который накапливается в атмосфере и участвует в создании парникового эффекта .

Растительное масло . В качестве растительного масла для биотоплив в Европе используют в основном рапсовое масло , в СШ А – соевое масло . Проливы масла на почву не приводят к ее серьезным повреждениям . Диоксид углерода СО ₂ образующийся при сгорании поглощается вновь масличными растениями при их выращивании ( совершается кругооборот парникового газа ).

Ж ирнокислотный состав рапсового масла имеет средние значения по жирным кислотам занимая второе место по мононенасыщенным жирным кислотам после оливкового масла .

Состав растительных масел приведен в таблице

Наименова ние масла	Ж ирнокислотный состав масел и жиров
	Насыщен ные жирные кислоты	М ононенасы щенные жирные кислоты	Полиненасы - щенные жирные кислоты
Арахисовое	19%	48%	33%
Кокосовое	91%	7%	2%
Кукурузное	13%	29%	58%
Оливковое	15%	75%	10%
Пальмовое	51%	39%	10%
Подсолнечное	12%	16%	72%
Рапсовое	7%	61%	32%
Соевое	15%	23%	62%
Хлопковое	27%	19%	54%

Производство метиловых эфиров растительных масел М етиловые эфиры растительных масел ( рапсового , соевого , пальмового и др .) получают в результате протекания химических реакций растительного масла с метиловым спиртом в присутствии щелочи ( обычно гидроксид калия КОН ). В результате реакции получают дополнительно глицерин и не прореагировавшие компоненты , от которых очищают эфир растительного масла в процессе производства . Считается , что метиловый эфир растительного масла экологически менее опасен , чем нефтяное дизельное топливо .

о

II

Н2С — О — С — Rjнс — о — с — r2Н2С-— о — с — R3

1 молекула ацнлглицерина

+ зсн3он	Н2С — о — н		О Г                        11 Н3С — О — С — Ri о II н3с — о — с — r2 о II
	КОН 1 ^ нс — о — н + 1 1 Н2С-— о — н
			н3с — о — с —	R3
3 молекулы	К°н 1 молекула	3 молекулы метиловых
метанола	"*      глицерина "*"	эфиров жирных кислот рапсового масла

Реакция переэтерификации рапсового масла метиловым спиртом в присутствии катализатора КОН

Получение смесевых топлив

Смесевые топлива получают путем смешивания дизельного топлива с растительным маслом . Оба компонента перемешиваются друг с другом в любых соотношениях без протекания химических реакций . Агрессивность получаемых смесевых топлив на окружающую природу в основном определяется количеством содержащегося в нем нефтяного топлива .

Экологические характеристики дизелей на биотопливах

Сравнительные экологические характеристики токсичности отработавших газов дизелей при работе на биотопливах и дизельном топливе показывают , что эффект использования биотоплива зависит от конструктивных особенностей дизеля и от режима его работы , а также от свойств биотоплива .

Работа отечественных дизелей на смесевых топливах проверялась на дизелях воздушного и жидкостного охлаждения , с наддувом и без ( Д -120, Д 243, Д -245, ВСН -6 Д ). Исследовались смеси различных концентраций рапсового масла и дизельного топлива . Результаты исследований показали :

• 1 . На смесевых топливах с концентрацией рапсового масла до 50% дизели сохраняют свои мощностные характеристики без дополнительной регулировки топливной аппаратуры .

• 2 . Изменение экологических характеристик дизелей при применении смесевого топлива зависит от

конструктивных характеристик дизеля и его топливной аппаратуры . Для малых и средних концентраций рапсового масла ( до 60%) нормируемые токсичные компоненты изменяются в следующих пределах :

• -    Выбросы монооксида углерода СО увеличиваются от 2 до 10 % в зависимости от исследованного дизеля .

• -    Выбросы оксидов азота N О _x для одних дизелей уменьшаются до 10 % для других увеличиваются до 5 %.

• -    Выбросы углеводородов С_хН_у для одних дизелей уменьшаются до 35 %, для других увеличиваются до 5 %.

• -    Выбросы сажи уменьшаются от 5 до 50 %.

• -    В целом по всем нормируемым токсичным компонентам использование смесевых топлив с концентрацией рапсового масла не более 50% приводит к улучшению экологических характеристик дизелей .

Использование высоких концентраций рапсового масла ( более 60%) без специальных регулировок и конструктивных переделок дизелей приводит к увеличению выбросов всех нормируемых токсичных компонентов .

На представленном ниже рисунке показан характер изменения показателей дизеля при увеличении концентрации рапсового масла в топливной смеси .

Влияние состава смесевого топлива на мощностные и экологические показатели дизелей

Работа отечественных дизелей на метиловых эфирах рапсового масла до настоящего времени серьезно не исследовалась в виду отсутствия производства такого топлива в России . Испытания дизеля жидкостного охлаждения с наддувом Д -245 на топливе , содержащем различные концентрации метилового эфира рапсового масла в дизельном топливе ( до 20%) показали его экологические преимущества по сравнению с работой на дизельном топливе , а именно :

• -    Выбросы монооксида углерода СО уменьшились на 26%.

• -    Выбросы оксидов азота N О x уменьшились на 10 %.

• -    Выбросы углеводородов С_хН_у практически не изменились .

• -    Дымность снизилась на 30 - 40 %.

Зарубежный опыт эксплуатации дизелей на эфирах растительных масел

Применение эфиров растительных масел за рубежом с каждым годом расширяется . Основная причина – дефицит нефтяных топлив . Экологические характеристики зарубежных дизелей при их работе на топливе с эфирами растительных масел также зависят от конструктивных особенностей этих дизелей . Анализ влияния топлива на нормируемые токсичные компоненты показывает :

• -    Выбросы монооксида углерода СО снижаются от 10 до 50% или в среднем до 24%.

• -    Выбросы оксидов азота N О x для одних дизелей уменьшаются до 5 % для других увеличиваются до 15 % или в среднем возрастают до 8%.

• -    Выбросы углеводородов С_хН_у для одних дизелей уменьшаются до 70 %, для других увеличиваются до 10 % или в среднем снижаются до 30%.

• -    Выбросы сажи уменьшаются от 40 до 50 % или в среднем на 46%.

• -    В целом по всем нормируемым токсичным компонентам использование метиловых эфиров растительных масел приводит к улучшению экологических характеристик дизелей .

Заключение

Топлива для дизелей использующие растительные масла или эфиры этих масел в целом имеют лучшие экологические характеристики по нормируемым компонентам , чем нефтяные дизельные топлива при использовании смесевых топлив с растительным маслом или эфиром масла с концентрацией не выше 60%.

Производство и использование топлив на основе растительных масел не представляет экологической опасности окружающей природе .

При работе дизелей на этих топливах в целом обеспечиваются лучшие экологические характеристики по нормируемым компонентам , чем на дизельном топливе при обеспечении требуемой концентрации смесевого топлива .

Представленные результаты исследований по генотоксичности и канцерогенности отработавших газов дизелей показывают необходимость подключения к этой проблеме микробиологов и требуют проведения специальных исследовательских работ по данному вопросу .