Обоснование применения культуры ятрофы как материала для получения биотоплива

вая биодизельная культура — ятрофа. Ятрофа может расти на бедных сухих почвах и имеет высокий выход масла из семян в сравнении с основными биодизельными культурами соей и рапсом [7].

)

суккулентов, кустарников и деревьев. Естественным ареалом ятрофы является Центральная Америка, но сегодня ятрофа произрастает во многих тропических и субтропических районах, в том числе в Ин-[1,7].

Ятрофа устойчива к засухе и вредителям, при этом её семена содержат до 40% масла. Переработанное масло семян ятрофы может использоваться в качестве топлива в обычных дизельных двигателях, в то время как остатки могут быть обработаны в биомассу. Многие страны, в том числе Индия и Китай, начали широкомасштабные посадки ятрофы (900 000 гектаров на 2008 год с планами посадки на 12,8 миллиона гектаров на 2015 год). Во Вьетнаме планируют посадки на 300000 гектаров на 2015 год.

Целью исследования является изучение технологических свойств семян ятрофы в качестве сырья для биотоплива. Нами были изучены семяна ятрофы из республики Вьетнам. Плоды ятрофы яйцевидной формы, незрелые зеленые, при созревании наблюдается пожелтение кожи. Семена гладкие, длина около 18 мм, ширина 10 мм, вес 0,5-0,7 г/семян. Семена ятрофы состоят из трех основных частей: оболочка, зародыш и эндосперма. Оболочка черная или серая, хрупкая, твердая, состоит в основном из целлюлозы и гемицеллюлозы.

Особенности строения плодов и семян ятрофы определяют их механические свойства, что, в свою очередь, влияет на технологию извлечения масла. Механические свойства семян характеризу-67,72                              38          [7]

относительно мягкие по сравнению с другими культурами. Например, у семян рапса твердость — 52,6                           35,3

Был проведен химический анализ семян на базе лицензированной лаборатории ГНУ СКНИИМЭСХ, г. Зерноград. Анализ основных технологических параметров масла как биотоплива представлен в табл. 1. Оценка химического состава показала: протеин — 18%, жиры — 38%, углеводы — 17%, целлюлоза — 15,50%, минеральных веществ — 5,30%, воды — 6,20%. Содержание питательных веществ в сухом остатке: протеин от 25,87 до 29,91%, волокна от 21,41 до 29,77%, зола от 4,86 до 5,11%, жир от 28,61 до 31,67%, железо — 177,94 мг/кг. Был проведен экспериментальный отжим масла из 1 кг ятрофы в лабораторных условиях. На выходе производительность масла достигла 3045%.

Таблица 1

Результаты анализа масла ятрофы (Данные лаборатории ГНУ СКНИИМЭСХ г. Зерноград)

Параметры	Единицы измерения	Метод ASTMD	Результат
Облигационный		Визуальный	-
0C	2	445-05	34,35
Кислотное число	-	664-06	21,78
Содержание углерода остаток		524-06	0,29
Температура вспышки в закрытом тигле	0C	92-05	101
0C	кг/л	1298-99	0,9180
Водосодержание	%	95-05
Сера	%	4294-05	0,033
Ясень	%	874-06	0,00
Температура застывания	0C	97-05
Медная пластина коррозии	-	130-05	1a
Коксовое число (зольность)	мг/л	2276-05	0,05
Термическая обработка	кал/г	240-02	9,432
Температура кипения	0	-	316
Содержание фосфора	мг/кг	14107	13
+	мг/кг	14 538	9,9
oC	ч	14112	4,15

Для сравнения основных топливных параметров в качестве аналога было выбрано дизельное топливо, как наиболее распространенное горючее для сельхозтехники. Сравнительный анализ ди

-

21,78. Данные недостатки решаются в процессе переэтерификации. Масло ятрофы имеет 0,033% серы, что намного меньше, чем у дизельного топлива, следовательно, сокращаются вредные выбросы в 0

этому степень безопасности выше.

Удельная теплота сгорания масла ятрофы меньше на 10% по сравнению с дизельным топливом. Показатели плотности масла ятрофы превышают аналогичные показатели дизельного топлива более 10%. Отношение удельной теплоты сгорания масла ятрофы к одному литру его объема приблизительно эквивалентно аналогичному показателю дизельного топлива.

Таблица 2

Сравнительный анализ свойства масла ятрофы и дизельного топлива

№	Параметр	Единицы измерения	Масло ятрофы	Дизельное топливо
1	Плотность в 150C	г/мл	0,9180	0,83 - 0,86
2	Кинематическая вязкость в 400C	мм2/С         \	34,35	2- 4,5
3	Сера	%	0,033	0,43
4	Цетановое число (min)	-	46 - 52	46
5	Температура вспышки	0C	101	55
6	Удельная теплота сгорания	Ккал/кг	9.432	10.478

Предложена технология производства и дальнейшего использования биотоплива на основе ятрофы, с внедрением в МТА [2, 8-10] (рис. 1).

Рис. 1. Схема получения и использования биотоплива

В связи с тем, что выход масла при отжиме ятрофы относительно низкий, были исследованы различные варианты смесей масла ятрофы и дизельного топлива в различных процентных соотношениях. На лабораторном стенде (на базе кафедры «ТиОППАПК» Донского государственного технического университета) были проведены стендовые испытания по замеру мощности, энергоемкости и момента вращения от оборотов дизельного двигателя при различных видах топлива (рис. 3-5). Сравнительный анализ характеристик различных видов топлива представлен в табл. 3.

Рис. 2. Лабораторный стенд

• 100% дизель                ■ 20% Ятрофа и 80% дизель

40% Ятрофа и 60% дизель )( 100% Ятрофа

Рис. 3. Сравнительный анализ зависимости мощности /Уд от оборотов л при различных видах топлива

Показатели при использовании топлива с 20% масла ятрофы и 80% дизеля несущественно разнятся от показателей 100% дизельного топлива.

Средняя стоимость 1 тонны семян ятрофы на мировом рынке составляет 280 долл. США. При выходе 40% масла из семени затраты в расчете на 1л этанола из ятрофы составят 0,84 долл. США. Основные производственные затраты на производство биотоплива из различных сельхозкультур представлены в табл. 4.

• •    100% дизель                ■ 20% Ятрофа и 80% дизель

40% Ятрофа и 60% дизель )( 100% Ятрофа

Рис. 4. Сравнительный анализ зависимости энергоемкости Гд от оборотов п дизельного двигателя при различных видах топлива

• •    100% дизель               ■ 20% Ятрофа и 80% дизель

40% Ятрофа и 60% дизель )( 100% Ятрофа

Рис. 5. Сравнительный анализ зависимости момента вращения Мд от оборотов л дизельного двигателя при различных видах топлива

Таблица 3

Сводные характеристики различных смесей

Тип топлива	, кВт/мин-1	, Н.м/мин-1	Гnmin                    1 min, (Г/кВт.ч)/мин-1
100% Дизель	13,1/2200	63,8/1416	298,1/1416
20% Ятрофа и 80% дизель	12,2/2200	59,8/1464	301,8/1260
40% Ятрофа и 60% дизель	11,2/2200	58/1338	309,6/1573
100% Ятрофа	12,3/2200	63,4/1174	490/1447

Таблица 4

Затраты на производство этанола из различных видов сырья, долл. США

Вид сырья	Затраты в расчете на 1л		Всего в расчете на 1л
	Стоимость сырья	Переработка сырья
Кукуруза	0,13	0,14	0,27
Сахарный тростник	0,39	0,24	0,63
Сахарная свекла	0,42	0,20	0,62
Меласса	0,24	0,10	0,34
Сахар-сырец           \	0,83	0,10	0,93
Сахар рафинированный	0,95	0,10	1,05
Ятрофа	0,71	0,13	0,84

Выводы. Анализ основных энергетических характеристик выявил, что мощность Л/д различных типов топлива на основе ятрофы и дизеля при рабочих частотах вращения двигателя (1800-2200 мин-1 ) статистически не различима. Топливо с пропорциональным отношением 20% масла ятрофы и 80% дизеля по суммарным показателям качества является оптимальным. Сравнительный экономический анализ по затратам на производство показал, что культура ятрофа является перспективным сырьем для получения биотоплива.