К настоящему времени разные страны, с учетом климатических зон и аграрных традиций, в производстве биодизеля сделали ставку на различные источники масложирового сырья. Так, США преимущественно ориентируются на сою и животный жир, Европа - на рапс, Малайзия и Индонезия - на масличную пальму, а Филиппины - на кокосовую пальму. Помимо этого многие страны стараются задействовать технические и отходные масла и жиры.
Перед обычным дизтопливом биодизель имеет ряд неоспоримых преимуществ, главные из которых:
- более низкий уровень вредных выбросов, особенно твердых частиц (дыма);
- практически нейтральный эффект в плане выброса парниковых газов;
- существенно лучшие показатели в плане токсичности и биоразлагаемости;
- меньший износ (из-за оказываемого биодизелем смазывающего эффекта) и, соответственно, увеличения срока службы двигателя;
- лучшие характеристики при хранении и транспортировке;
- хороший стимул для развития агросектора масличных и кормовых культур, а также олеохимии и связанных с ней отраслей;
- меньшая зависимость от цен на нефтепродукты.
Среди возможных недостатков биодизеля называют следующие:
- в неразведенном виде он способен повреждать резиновые шланги, прокладки и потребовать их замены на детали из более стойких материалов;
- вследствие высокой растворяющей способности, биодизель способен вымывать из двигателей отложения, образовавшиеся там ранее, а это может вызывать сбои в работе, отсюда возможны проблемы и с гарантийным обслуживанием техники;
- биодизель может быть не вполне устойчив к окислению при хранении, и может возникнуть необходимость в антиоксиданте;
- дизтопливо с высоким содержанием биодизеля, особенно марки В100, изготовленного из сырья с низким йодным числом, может создавать проблемы вследствие загущения и забивания топливного фильтра в холодное время года.
Для обеспечения требуемых эксплуатационных характеристик биодизеля важен набор определенных свойств масел и жиров, используемых в его производстве. Из химических свойств важны: число омыления (ч.о.), иодное число, жирнокислотный состав, наличие свободных жирных кислот (к.ч.), серы, азота, зольность, присутствие неомыляемых компонентов, фосфатидов и содержание влаги.
Характеристики некоторых масел и получаемых из них сложных эфиров:
Масла и эфиры с низким иодным числом (из кокосового и пальмового масел, животного жира) имеют более высокие цетановые числа и, следовательно, больший энергетический потенциал. Большинство масел и эфиров, как следует из приведенной таблицы, вписывается в оптимальный диапазон цетановых чисел для дизтоплив (45÷75). Существенно и то, что масла и жиры с низким иодным числом имеют высокие температуры плавления и нередко затвердевают уже при температурах выше комнатной. Это свойство отражается на температурах помутнения, забивания фильтра и плавления получаемых из них МЭ и ЭЭ жирных кислот, что налагает ограничения на их использование в качестве горючего на все сезоны, кроме летнего.
Масла с высоким иодным числом и низкой температурой плавления более всего подходят для производства биодизеля, используемого в холодном климате. Исследования, направленные на разработку зимнего биодизельного топлива, особенно актуальны для северных стран, таких как Россия, Канада и страны Скандинавии. Однако стоит отметить, что при этом увеличивается риск автоокисления и полимеризации горючего в плотную каучукоподобную массу. Следовательно, биодизель с высоким иодным числом не подлежит длительному хранению, а для увеличения срока хранения желательно вводить антиоксидант. Биодизель из полувысыхающих масел (соевое, подсолнечное) не столь подвержен окислению и полимеризации, как биодизель из высыхающих масел.
В настоящее время реальным ограничителем наращивания доли биодизеля в дизтопливе выступает недостаточно низкая температура застывания (утраты текучести). Возможность использования антижелирующих агентов, антифризов существует, однако достигаемый эффект (дополнительно минус 3-5 ºС) не столь значителен. К тому же их введение не должно дискредитировать саму идею экологичного топлива, выращенного в поле или извлеченного из стоков. Добавление же биооктанола или «органического» метилизоамилкетона (добавок, потенциально пригодных для снижения температуры замерзания и по пожароопасным характеристикам) способно значительно увеличить себестоимость топлива.
Другой путь заключается в использовании для производства биодизеля масел с высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот (высоким иодным числом). Получаемые из них МЭ и ЭЭ имеют температуры застывания порядка -10 ºС или ниже. При добавлении их в количестве 5% температура застывания топлива В5 будет порядка -25 ºС. Этого может быть достаточно для эксплуатации автотранспорта зимой в странах континентальной Европы, но не достаточно для эксплуатации в России. С другой стороны, с ростом ненасыщенности снижается теплотворная способность биодизеля, а МЭ полиненасыщенных кислот более подвержены автоокислению и полимеризации.
Теплосодержание биодизельного топлива на единицу массы, как правило, на 9-13% ниже, чем у обычного дизтоплива. При использовании биодизеля мощность дизельного двигателя снижается на 5-8%. Снижение вращающего момента с переходом на биодизель заметнее при низкой скорости движения транспортного средства. Так, при 1700 об./мин он ниже на 5%, а при 1300 об./мин - только на 3%. Дымность выхлопа для биодизеля В100 в среднем на 75% ниже, чем для обычного дизтоплива.
Плотность биодизеля (около 0,88) может быть выше, чем плотность дизтоплива из нефти: 0,83-0,90 - для марок, предназначенных для быстроходных двигателей, и до 0,93 - для тихоходных двигателей. Плотность биодизеля разного происхождения практически одинакова, за исключением биодизеля из касторового масла, для которого d20/4=0,92.
Зольность - показатель наличия в топливе металлов и кремнистых соединений. Высокая зольность может быть причиной повышенного износа и засорения инжекционной системы двигателя, а также нагарообразования. Особой разницы в эксплуатационных характеристиках между МЭ и ЭЭ не выявлено, поэтому при выборе агента этерификации, в основном, руководствуются экономическими соображениями.
Отходные масла и жиры могут быть частично омылены и содержать высокий процент свободных жирных кислот. Как и для кондиционных масел, для них применяется кислая, а не щелочная промывка. Из-за высоких значений к.ч., отходные масла сразу направлять на переэтерификацию нельзя: их сушат и переводят в эфиры жирных кислот метилирующим агентом, например, диметилсульфатом (побочные продукты - сульфат натрия или калия и мыло).
В последнее время в ряде стран ЕС дизтопливо для грузовиков, используемых в дальних перевозках, стали разбавлять 2-3% рафинированного рапсового масла как такового. При этом уход от пошлины, которой облагается топливо из нефтяного сырья, компенсирует некоторую потерю в мощности и пути пробега. С другой стороны, в двигателе усиливается нагарообразование, что вообще характерно для высокомолекулярных и вязких видов дизтоплива.
Еще недавно в производстве биодизеля широко использовали промывку сырых МЭ теплой водой, что приводило к необходимости последующей сушки. Последнее новшество - отказ от мокрой очистки МЭ и переход к очистке специальными сорбентами. При этом качество топлива существенно улучшается, в частности, снижаются его коррозионная активность, вызванная присутствием влаги, и образование отложений в головке цилиндра, обусловленное присутствием мыла.
Вопрос качества масложирового сырья (а заодно морозостойкости топлива и NOX) снимает «синтетический» биодизель, к производству которого с июня 2007 г. приступила компания Neste Oil по технологии NExBTL. Важно, что для его производства могут применяться самые разные виды сырья - от кондиционных жиров и масел до всевозможных отходов».
Цит. по www.AgroNews.ru