Hvordan Biodiesel fungerer

  • Jacob Hoover
  • 0
  • 2469
  • 662
biodiesel Justin Sullivan / Getty Images Nyheter / Getty Images Alternativt drivstoffbilens bildegalleri

Foto med tillatelse fra Nebraska Soybean Board
Buss som kjører på sojabønne biodiesel. Se bilder av alternative drivstoffbiler.

Hvis du har lest eller sett på nyhetene i det siste, har du sannsynligvis kommet over noen artikkel, tekstutdrag eller lydbitt relatert til olje- og oljepriser. Selv i dine daglige rutiner er det en god sjanse for at noen nevner det. Enten det dreier seg om biler, økonomi, historie, geografi eller politikk, har olje klart å filtrere seg inn i nesten alle aspekter av hverdagen vår. Det er en av de mest omtalte (og kontroversielle) varene som forbrukerne stoler på daglig.

Alt dette snakket om oljegnister fortsatte interessen for bensinalternativer. Ting som elbiler og hydrogenbrenselceller blir snakket om som mulige alternativer til olje. Når teknologien forbedres, kan disse konseptene bli virkelighet. Men hva med nå?

Lost in the mix er biodrivstoff, drivstoff laget av biologiske ingredienser i stedet for fossilt brensel. Disse startingrediensene kan variere fra mais til soyabønner til animalsk fett, avhengig av typen drivstoff som blir laget og produksjonsmetoden.

I denne artikkelen vil vi se nærmere på biodiesel, en av de viktigste biodrivstoffene. For det første vil det være en god idé å sjekke hvordan bilmotorer fungerer og hvordan dieselmotorer fungerer for å få litt bakgrunn. Etter det, ta turen tilbake, så skiller vi biodieselfakta fra fiksjon.

Generelt sett er biodiesel et alternativ eller tilsetning til standard diesel som er laget av biologiske ingredienser i stedet for petroleum (eller råolje). Biodiesel er vanligvis laget av plante oljer eller dyr fett gjennom en serie kjemiske reaksjoner. Det er begge deler ikke-toksisk og fornybar. Fordi biodiesel egentlig kommer fra planter og dyr, kan kildene etterfylles gjennom oppdrett og resirkulering.

Biodiesel er trygt og kan brukes i dieselmotorer uten liten eller ingen endring. Selv om biodiesel kan brukes i sin rene form, er det vanligvis blandet med standard diesel. Blandinger er indikert med forkortelsen BXX, hvor xx er prosentandelen av biodiesel i blandingen. For eksempel er den vanligste blandingen B20, eller 20 prosent biodiesel til 80 prosent standard. Så, B100 refererer til ren biodiesel.


Foto høflighet U.S. Department of Energy
Biodrivstoff, som etanol laget av mais og biodiesel laget av soyabønner, er med på å støtte det amerikanske jordbruket.

Biodiesel er imidlertid ikke bare et fengselsfullt begrep. Det er også en formell, teknisk definisjon som er anerkjent av ASTM International (kjent tidligere som American Society for Testing and Materials), organisasjonen som er ansvarlig for å gi bransjestandarder. I følge National Biodiesel Board (NBB) er den tekniske definisjonen av biodiesel som følger:

    et drivstoff bestående av mono-alkylestere av langkjedede fettsyrer avledet fra vegetabilske oljer eller animalsk fett, betegnet B100, og som oppfyller kravene i ASTM D 6751.

Det høres litt røff ut, men det er mye mer kjent enn du kanskje tror - du støter på disse fettsyrene hver dag. Vi vil se nærmere på dem i neste avsnitt.


Foto med tillatelse fra National Biodiesel Board
Soyabønner kan gjøres til biodiesel.

En del av det som gjør biodiesel så tiltalende og interessant er at den kan lages fra en rekke naturlige kilder. Selv om animalsk fett kan brukes, planteolje er den største kilden til biodiesel. Du har sikkert brukt noen av disse på kjøkkenet. Forskere og ingeniører kan bruke oljer fra kjente avlinger som soyabønne, raps, raps, palme, bomullsfrø, solsikke og peanøtt til å produsere biodiesel. Biodiesel kan til og med lages av resirkulert kokefett!

Den vanlige tråden som deles av alle biodieselkilder er at de alle inneholder fett i en eller annen form. Oljer er bare fett som er flytende ved romtemperatur. Disse fettene, eller triacylglyseroler (noen ganger kalt triglyserider) er sammensatt av karbon-, hydrogen- og oksygenatomer bundet sammen og ordnet i et spesifikt mønster. Disse triacylglyserolene er ganske utbredte. I tillegg til husholdnings vegetabilske oljer, er de også i vanlige ting som smør og smult. Du har kanskje sett et antall triglyserider som er oppført hvis du har vært hos lege og hatt blodarbeid.

En måte å visualisere disse triacylglyserolene er å tenke på en hovedstad "E." Danner den vertikale ryggraden til denne E er et molekyl kjent som glyserol. Glyserol er en vanlig ingrediens som brukes til å lage slike ting som såpe, legemidler og kosmetikk. Festet til denne glyserolryggraden og danner de horisontale elementene i E er tre lange kjeder som består av karbon, hydrogen og oksygen. Disse kalles fettsyrer.

 H H H H H
\ / | \ /
C ----------- C ----------- C
| | |
O O O
\ \ \
C = O C = O C = O
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H H H

Så hvordan havner disse triacylglyserolene i en bil, lastebil eller båt? Biodiesel er ikke ren vegetabilsk olje. Selv om rå vegetabilsk olje har blitt brukt til å brensle dieselmotorer i det siste, har det vanligvis skapt problemer. Rått fett eller olje må først gjennomgå en serie kjemiske reaksjoner for å bli drivstoff. Det er noen forskjellige måter å lage biodiesel på, men de fleste produksjonsanlegg produserer industriell biodiesel gjennom en prosess som kalles transesterification. I denne prosessen blir fettet eller oljen først renset og deretter reagert med en alkohol, vanligvis metanol (CH3OH) eller etanol (CH3CH20H) i nærvær av en katalysator som kaliumhydroksyd (KOH) eller natriumhydroksyd (NaOH). Når dette skjer, blir triacylglyserol transformert til dannelse av estere og glyserol. Esterene som gjenstår er det vi da kaller biodiesel.

Er dette gamle nyheter? I neste avsnitt skal vi undersøke historien og motivasjonen bak biodrivstoffbevegelsen.


Foto med tillatelse fra Bob Allan
Nåværende amerikansk biodieselproduksjon er først og fremst fra olje fra soyabønner som disse eller fra resirkulert matlagingsolje.

Konseptet med biodrivstoff er overraskende gammelt. Rudolf Diesel, hvis oppfinnelse nå bærer navnet hans, hadde sett for seg vegetabilsk olje som en drivstoffkilde for motoren hans. Faktisk dreide mye av hans tidlige arbeid seg om bruken av biodrivstoff. I 1900, for eksempel, på verdensutstillingen i Paris, Frankrike, demonstrerte Diesel motoren sin ved å kjøre den på peanøttolje. Tilsvarende forventet Henry Ford at hans Model T skulle kjøre på etanol, et kornprodukt. Til slutt, i både Diesels og Fords tilfeller, kom petroleum inn i bildet og viste seg å være den mest logiske drivstoffkilden. Dette var blant annet basert på tilbud, pris og effektivitet. Selv om det ikke var vanlig praksis, ble vegetabilske oljer også brukt til diesel i løpet av 1930- og 1940-årene.

Det var på 1970- og 1980-tallet at ideen om å bruke biodrivstoff ble gjenopptatt i USA. En av de viktigste hendelsene skjedde i 1970 med vedtakelsen av Clean Air Act av Environmental Protection Agency (EPA). Dette tillot EPA å regulere utslippsstandarder for miljøgifter som svoveldioksider, karbonmonoksid, ozon og nitrogenoksider (NOx) nærmere. Dette satte scenen for å utvikle renere-brennende drivstoff. Dette setter også standarder for drivstofftilsetningsstoffer.

Hendelser i utlandet som den arabiske oljebargoen 1973-1974 og den iranske revolusjonen 1978-1979, sammen med en nedgang i innenlandsk oljeproduksjon, bidro til å øke prisene. Ifølge det amerikanske energidepartementet Energy Information Administration ble amerikansk råoljeimport redusert med 30% under embargo, og "verdensprisen på råolje hoppet fra rundt 14 dollar per fat i begynnelsen av 1979 til mer enn $ 35 per fat i Januar 1981 før stabilisering. Prisene falt ikke nevneverdig før i 1983, da verdensprisen stabiliserte seg mellom 28 og 29 dollar per fat. "

Etter hvert som petroleumsprisene økte begynte forskerne å lete andre steder. I august 1982 ble den første internasjonale konferansen om plante- og vegetabilske oljer holdt i Fargo, N.D. Denne konferansen tok for seg saker som spenner fra drivstoffkostnader og effekten av vegetabilsk olje til tilsetningsstoffer og utvinningsmetoder.

I 1990 ble Clean Air Act endret og omfattet strengere restriksjoner på utslipp av kjøretøyer. Endringen innførte bestemmelser for slike ting som økt oksygeninnhold i bensin (som senker utslipp av karbonmonoksid) og lavere svovelinnhold i dieselbrensel.

I 1992 vedtok EPA energipolitikkloven, eller EPACT. Dette hadde som mål å øke mengden alternativt drivstoff som brukes av den amerikanske myndighetens transportflåter for å redusere avhengigheten av utenlandsk olje. EPACT-endringen fra 1998 inkluderte bruk av biodieselbrensel i eksisterende statlige dieselbiler som et akseptabelt alternativ til å kjøpe alternative drivstoffkjøretøyer, eller AFV, som fastsatt i den opprinnelige EPACT.

Med alle disse reglene og forskriftene på plass, er det forståelig at ethvert levedyktig petroleumsalternativ vil føre til en krangel. Men biodiesel er ikke en perfekt erstatning for bensin. Vi vil se på fordeler og ulemper i de neste delene.

Biodiesel har flere viktige fordeler:
  • Biodiesel er miljøvennlig.
  • Det kan bidra til å redusere avhengigheten av utenlandsk olje.
  • Det hjelper med å smøre motoren selv, og redusere slitasjen på motoren.
  • Den kan brukes i nesten hvilken som helst diesel med liten eller ingen motorendring.
  • Det er tryggere enn vanlig diesel.
Et av de største salgsstedene for biodiesel er at det er miljøvennlig. Biodiesel har færre utslipp enn standard diesel, er biologisk nedbrytbart, og er en fornybar energikilde.

Utslippskontroll er sentralt i biodiesel-argumentet, spesielt i lovgivningsspørsmål. Det er noen få komponenter av utslipp som er spesielt skadelige og skaper bekymring blant forskere, lovgivere og forbrukere. Svovel og relaterte forbindelser bidrar til dannelse av sur nedbør; karbonmonoksid er et allment anerkjent giftstoff; og karbondioksid bidrar til drivhuseffekten. Det er også noen mindre kjente forbindelser som skaper bekymring, for eksempel polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH), ringformede forbindelser som har vært knyttet til dannelsen av visse krefttyper. Partikler (PM) har negative helseeffekter, og ubrente hydrokarboner bidrar til dannelse av smog og ozon.

Biodiesel reduserer farlige utslipp. Av dagens biodrivstoff er biodiesel den eneste som har fullført utslippstesting i samsvar med Clean Air Act.

Gjennomsnittlige utslipp av biodiesel sammenlignet med konvensjonell diesel
Utslippskomponent B100 B20
Totalt ubrente hydrokarboner -67% -20%
Karbonmonoksid -48% -12%
Partikkelformat -47% -12%
NOx +10% +2%
sulfater -100% -20%
PAH -80% -1. 3%
Kilde: National Biodiesel Board


I tillegg kan B100 redusere CO2-utslippene med 78 prosent og senke de kreftfremkallende egenskapene til diesel med 94 prosent (National Biodiesel Board, U.S. DOE Office of Transportation Technologies).

Et annet trekk ved biodiesel er at det er det biologisk nedbrytbart, noe som betyr at det kan dekomponere som et resultat av naturlige stoffer som bakterier. I følge EPA nedbrytes biodiesel med en hastighet fire ganger raskere enn vanlig diesel. På denne måten, i tilfelle søl, vil opprydningen være enklere og etterspillet ikke være så skremmende. Dette vil også gjelde for biodieselblandinger.

Biodiesel kan også redusere amerikansk avhengighet av importert olje og øke energisikkerheten vår. Mest biodiesel i USA er laget av soyabønneolje, som er en viktig innenlandsk avling. Når amerikanske petroleumskrav øker og verdensforsyningen synker, kan et fornybart drivstoff som biodiesel, hvis det blir riktig implementert, lindre noen av de amerikanske energibehovene..

Biodiesel bidrar også til motorens smøreevne eller det er enkelt å bevege seg. Biodiesel fungerer som et løsemiddel, som hjelper til med å løsne avleiringer og annet søppel fra innsiden av en motor som potensielt kan forårsake tresko. Siden ren biodiesel ikke etterlater noen forekomster av seg selv, resulterer dette i økt motorlevetid. Det anslås at en biodieselblanding på bare 1 prosent kan øke drivstoffsmørheten med så mye som 65 prosent (U.S. DOE Office of Transportation Technology).

Biodiesel er også tryggere. Det er ikke-toksisk (omtrent 10 ganger mindre giftig enn bordsalt) og har en høyere flammepunkt enn vanlig diesel. Fordi det brenner ved en høyere temperatur, er det mindre sannsynlig at det forbrennes ved et uhell. Dette gjør bevegelses- og lagringsregler enklere å imøtekomme. Deretter skal vi se på ulemper og fremtiden for biodiesel.


Foto høflighet Paul Roessler
Mikroalger, organismer som et diesellignende brensel kan avledes fra: I de amerikanske sørvestlige ørkener kan NREL-utviklede mikroalger en dag produsere store mengder lipider for konvertering til biodieselbrensel..

Ingenting er selvfølgelig uten straff, og biodiesel har sine ulemper. Noen har med selve drivstoffet å gjøre, og mange har med det større bildet å gjøre.

Et av problemene med selve drivstoffet er økning i NOx i utslipp av biodiesel. Når du reduserer mengden svevestøv i utslippene, er det ofte en tilsvarende økning i nitrogenoksider, som bidrar til smogdannelse. Selv om noe av dette kan løses ved å justere selve motoren, er det ikke alltid mulig. Det er teknologier som forskes for å redusere NOx-mengder i biodieselutslipp.

Et annet problem er biodiesels oppførsel som løsemiddel. Selv om denne egenskapen er nyttig, er den liksom et tveegget sverd. Noen eldre dieselbiler (for eksempel biler laget før 1992) kan oppleve tilstopping med høyere konsentrasjoner av biodiesel. På grunn av sin evne til å løsne avleiringer bygget opp i motoren (som kan være der fra gammelt diesel), kan biodiesel føre til at drivstoffilteret sitter fast med de nylig frigjorte forekomstene. Produsenter av biodiesel foreslår å bytte drivstoffpumpe kort tid etter å ha byttet til biodieselblandinger med høy konsentrasjon. Komponenter i disse eldre drivstoffsystemene kan også bli ødelagte. I tillegg til avleiringer i drivstoffsystemet, bryter biodiesel også gummikomponenter. Noen deler i de eldre systemene, for eksempel drivstoffledninger og drivstoffpumpetetninger, kan bli ødelagt på grunn av deres gummi eller gummilignende sammensetning. Dette avhjelpes vanligvis ved å erstatte slike komponenter. Selv om mange produsenter har inkludert biodiesel i garantiene, kan det fortsatt være potensiale for problemer. For mer informasjon om biodiesel og kjøretøygarantier, sjekk ut Biodiesel-standarden.

I noen motorer kan det også være svak reduksjon i drivstofføkonomi og kraft. I gjennomsnitt er det omtrent 10 prosent reduksjon i strømmen. Med andre ord, det tar omtrent 1,1 liter biodiesel til lik 1 gallon standard diesel.

De største ulempene med biodiesel er knyttet til det større bildet, nemlig markedet og tilhørende logistikk. Av disse er det viktigste koste. I følge EPA kan ren biodiesel (B100) koste alt fra $ 1,95 til $ 3,00 per gallon, mens B20 blander gjennomsnittlig 30 til 40 cent mer per gallon enn standard diesel. Alt avhenger av variabler som råstoffet som brukes og markedsforhold.

Den andre, kanskje viktigere saken, er den av beløp og tilgjengelighet. Selv om biodiesel ikke nødvendigvis er produsert i alle 50 stater, kan den gjøres tilgjengelig i alle av dem. Det er tre viktige måter å få biodiesel på, med hver enkelt metode som er bedre egnet for visse typer kunder. Biodiesel kan kjøpes direkte fra leverandøren, fra en petroleumsdistributør eller fra offentlige pumper. Det er for tiden 19 NBB-medlemmer som produserer og markedsfører biodiesel i USA. For å finne ut hvordan du får biodiesel, kontakt National Biodiesel Board. Alternative Fuels Data Center har også en søkefunksjon som lar deg finne bensinstasjoner etter by eller stat.

For informasjon om lokalisering av biodieselstasjoner utenfor USA, kontakt ditt lokale biodrivstoffbyrå.

Så hvor mye tjener vi? Gitt antallet forskjellige produsenter (dvs. føderale, private, industrielle) og avlingskilder, er det vanskelig å knytte en fin figur. Akkurat nå produserer USA cirka 75 millioner liter biodiesel per år (National Biodiesel Board). Denne produksjonen er fleksibel og kan økes eller reduseres etter behov.

Uansett om det tar tak i søkelyset som er opptatt av flashere teknologier, vil biodiesel helt sikkert være et konstant arbeid.

For øyeblikket er det største biodieselmarkedet flåter. I følge National Biodiesel Board er det over 100 slike flåter som bruker biodiesel i USA. Disse inkluderer føderale og offentlige organisasjoner som U.S. Postal Service, U.S. Air Force, U.S. Army, NASA, U.S. Department of Energy, Duke Energy og Florida Power & Light. Mange kollektivtilbud ser også etter biodiesel for å komplettere petroleumsbruken. Bybusser som Cincinnati Metro bruker også biodiesel. Potensielle fremtidige mål inkluderer områder som marine og landbruksapplikasjoner og oppvarming av hjemmet.

Når den offentlige bevisstheten vokser, kan biodiesel og biodrivstoff generelt lett finne veien til middagssamtaler. Politisk støtte er også på vei opp, og i kjølvannet av lovgivning som EPACT-endringen fra 1998, vil alternative drivstoffkilder være en nødvendighet i den ikke så fjerne fremtiden.

For mer informasjon om biodiesel, biodrivstoff og relaterte emner, sjekk ut lenkene på neste side.

relaterte artikler

  • Quiz Corner: Biodiesel Quiz
  • Hvordan bilmotorer fungerer
  • Slik fungerer dieselmotorer
  • Slik fungerer katalysatorer
  • Hvordan diesel-totaktsmotorer fungerer
  • Hvordan oljeraffinering fungerer
  • Hvordan elbiler fungerer
  • Hvordan Hydrogenøkonomien fungerer
  • Hvordan bensin fungerer
  • Hvordan hybridbiler fungerer
  • Hvordan Alge Biodiesel fungerer

Flere gode lenker

  • National Biodiesel Board
  • U.S. Department of Energy (DOE)
  • DOE energieffektivitet og fornybar energi
  • DOE Alternative Drivels Data Center
  • DOE Energy Information Administration
  • Planet Green
  • TreeHugger.com



Ingen har kommentert denne artikkelen ennå.

De mest interessante artiklene om hemmeligheter og oppdagelser. Mye nyttig informasjon om alt
Artikler om vitenskap, rom, teknologi, helse, miljø, kultur og historie. Forklare tusenvis av emner slik at du vet hvordan alt fungerer