Sådan fungerer biodiesel

biodiesel Justin Sullivan / Getty Images Nyheder / Getty Images Alternativt brændstofbiler Billedgalleri

Foto med tilladelse fra Nebraska Soybean Board
Bus, der kører på sojabønne biodiesel. Se billeder af alternative brændstofbiler.

Hvis du har læst eller set nyhederne for nylig, har du sandsynligvis fundet en artikel, uddrag eller lydbid relateret til olie og oliepriser. Selv i dine daglige rutiner er der en god chance for, at nogen nævner det. Uanset om det drejer sig om automotiver, økonomi, historie, geografi eller politik, har olie formået at filtrere ind i næsten alle aspekter af vores daglige liv. Det er en af ​​de mest diskuterede (og kontroversielle) råvarer, som forbrugerne stoler på dagligt.

Hele denne snak om olje gnister fortsatte interessen for benzinalternativer. Ting som elbiler og brintbrændselsceller bliver talt om som mulige alternativer til olie. Efterhånden som teknologien forbedres, kan disse begreber blive virkelighed. Men hvad nu??

Tabt i blandingen er biobrændstoffer, brændstoffer fremstillet af biologiske ingredienser i stedet for fossile brændstoffer. Disse udgangsingredienser kan variere fra majs til sojabønner til animalsk fedt, afhængigt af typen af ​​brændstof, der fremstilles, og produktionsmetoden.

I denne artikel skal vi se nærmere på biodiesel, en af ​​de største biobrændstoffer. For det første ville det være en god ide at tjekke, hvordan bilmotorer fungerer, og hvordan dieselmotorer fungerer for at få lidt baggrund. Derefter skal du vende tilbage, så adskiller vi biodieselfakta fra fiktion.

Generelt er biodiesel et alternativ eller additiv til standard dieselbrændstof, der er fremstillet af biologiske ingredienser i stedet for petroleum (eller råolie). Biodiesel er normalt fremstillet af plante olier eller dyr fed gennem en række kemiske reaktioner. Det er begge dele ugiftigt og vedvarende. Da biodiesel i det væsentlige stammer fra planter og dyr, kan kilderne genopfyldes gennem landbrug og genbrug.

Biodiesel er sikkert og kan bruges i dieselmotorer med lidt eller ingen ændring nødvendig. Selvom biodiesel kan bruges i dens rene form, er det normalt blandet med standard dieselolie. Blandinger er angivet med forkortelsen Bxx, hvor xx er procentdelen af ​​biodiesel i blandingen. For eksempel er den mest almindelige blanding B20, eller 20 procent biodiesel til 80 procent standard. Så, B100 henviser til ren biodiesel.

Foto høflighed U.S. Department of Energy
Biobrændstoffer, såsom ethanol fremstillet af majs og biodiesel fremstillet af sojabønner, hjælper med at støtte det amerikanske landbrug.

Biodiesel er imidlertid ikke kun et fangstmål. Der er også en formel, teknisk definition, der er anerkendt af ASTM International (tidligere kendt som American Society for Testing and Materials), den organisation, der er ansvarlig for at levere industristandarder. Ifølge National Biodiesel Board (NBB) er den tekniske definition af biodiesel som følger:

et brændstof bestående af monoalkylestere af langkædede fedtsyrer afledt af vegetabilske olier eller animalsk fedt, betegnet B100, og som opfylder kravene i ASTM D 6751.

Det lyder lidt uslebne, men det er meget mere kendt, end du måske tror - du støder på disse fedtsyrer hver dag. Vi ser nærmere på dem i det næste afsnit.

Foto høflighed National Biodiesel Board Sojabønner kan laves til biodiesel.

En del af det, der gør biodiesel så tiltalende og interessant, er, at den kan laves fra adskillige naturlige kilder. Selvom animalsk fedt kan bruges, planteolie er den største kilde til biodiesel. Du har sandsynligvis brugt nogle af disse i køkkenet. Forskere og ingeniører kan bruge olier fra velkendte afgrøder som sojabønne, raps, raps, palme, bomuldsfrø, solsikke og jordnødder til at producere biodiesel. Biodiesel kan endda fremstilles af genanvendt kogefedt!

Den fælles tråd, der deles af alle biodieselkilder, er, at de alle indeholder fed i en eller anden form. Olier er bare fedtstoffer, der er flydende ved stuetemperatur. Disse fedtstoffer eller triacylglyceroler (undertiden kaldet triglycerider) er sammensat af kulstof-, brint- og oxygenatomer bundet sammen og arrangeret i et specifikt mønster. Disse triacylglyceroler er temmelig udbredte. Ud over husholdige vegetabilske olier er de også i almindelige ting som smør og smult. Du har muligvis set et antal triglycerider, hvis du har været hos en læge og haft noget blodarbejde.

En måde at visualisere disse triacylglyceroler er at tænke på en hovedstad "E." Dannelse af den vertikale rygrad i dette E er et molekyle kendt som glycerol. Glycerol er en almindelig ingrediens, der bruges til at fremstille sådanne ting som sæbe, farmaceutiske stoffer og kosmetik. Fastgjort til denne glycerol-rygrad og danner E's vandrette elementer er tre lange kæder sammensat af kulstof, brint og ilt. Disse kaldes fedtsyrer.

 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 ender disse triacylglyceroler i en bil, lastbil eller båd? Biodiesel er ikke ren vegetabilsk olie. Selvom rå vegetabilsk olie tidligere har været brugt til brændstof på dieselmotorer, har det normalt forårsaget problemer. Det rå fedt eller olie skal først gennemgå en række kemiske reaktioner for at blive brændstof. Der er nogle få forskellige måder at fremstille biodiesel på, men de fleste produktionsfaciliteter producerer industriel biodiesel gennem en proces, der kaldes transesterificering. I denne fremgangsmåde oprenses fedtet eller olien først og omsættes derefter med en alkohol, sædvanligvis methanol (CH3OH) eller ethanol (CH3CH20H) i nærvær af en katalysator, såsom kaliumhydroxid (KOH) eller natriumhydroxid (NaOH). Når dette sker transformeres triacylglycerolen til dannelse af estere og glycerol. De estere, der er tilbage, er, hvad vi så kalder biodiesel.

Er det gamle nyheder? I det næste afsnit undersøger vi noget af historien og motivationen bag biobrændstofbevægelsen.

Foto høflighed Bob Allan Den aktuelle amerikanske biodieselproduktion er primært fra olie fra sojabønner som disse eller fra genanvendt madlavningsolie.

Begrebet biobrændstoffer er overraskende gammelt. Rudolf Diesel, hvis opfindelse nu bærer hans navn, havde forestillet sig vegetabilsk olie som brændstofkilde til sin motor. Faktisk drejede meget af hans tidlige arbejde sig om brugen af ​​biobrændstof. I 1900 demonstrerede Diesel for eksempel på verdensudstillingen i Paris, Frankrig, sin motor ved at køre den på jordnøddeolie. Tilsvarende forventede Henry Ford, at hans Model T kørte på ethanol, et kornprodukt. Til sidst, i både Diesels og Fords tilfælde, kom petroleum ind i billedet og viste sig at være den mest logiske brændstofskilde. Dette var blandt andet baseret på udbud, pris og effektivitet. Selvom det ikke var almindelig praksis, blev vegetabilske olier også brugt til diesel i 1930'erne og 1940'erne.

Det var i 1970'erne og 1980'erne, at tanken om at bruge biobrændstoffer blev genoptaget i USA. En af de vigtigste begivenheder fandt sted i 1970 med vedtagelsen af ​​Clean Air Act af Environmental Protection Agency (EPA). Dette gjorde det muligt for ØPA at regulere emissionsstandarder for forurenende stoffer som svovldioxid, kulilte, ozon og nitrogenoxider (NOx) nærmere. Dette satte scenen for udvikling af renere-brændende brændstoffer. Dette sætter også standarder for brændstofadditiver.

Begivenheder i udlandet som den arabiske olieembargo 1973-1974 og den iranske revolution 1978-1979 kombineret med et fald i den indenlandske olieproduktion tjente til at få priserne opad. Ifølge det amerikanske energiministeriums energiinformationsadministration blev den amerikanske råolieimport reduceret med 30% i løbet af embargo, og "verdensprisen på råolie sprang fra omkring $ 14 pr. Tønde i begyndelsen af ​​1979 til mere end $ 35 pr. Tønde i Januar 1981 før stabilisering. Priserne faldt ikke markant før i 1983, hvor verdensprisen stabiliserede sig mellem 28 og 29 dollar pr. Tønde. "

Da oliepriserne steg, begyndte forskerne at se andre steder. I august 1982 blev den første internationale konference om plante- og vegetabilske olier afholdt i Fargo, N.D. Denne konference behandlede spørgsmål, der spænder fra brændstofomkostninger og virkningerne af vegetabilsk olie til brændstofadditiver og ekstraktionsmetoder.

I 1990 blev Clean Air Act ændret og omfattede strengere restriktioner for emissioner fra køretøjer. Ændringen indførte bestemmelser for sådanne ting som øget iltindhold i benzin (som sænker udslippet af kulilte) og lavere svovlindhold i dieselbrændstoffer.

I 1992 vedtog ØPA energipolitikken, eller EPACT. Dette havde til formål at øge mængden af ​​alternativt brændstof, der bruges af den amerikanske regerings transportflåder for at reducere afhængigheden af ​​udenlandsk olie. EPACT-ændringen fra 1998 omfattede anvendelse af biodieselbrændstof i eksisterende offentlige dieselbiler som et acceptabelt alternativ til at købe alternative brændstofbiler, eller AFV'er, som beskrevet i den originale EPACT.

Med alle disse regler og forskrifter på plads, er det forståeligt, at ethvert levedygtigt petroleumsalternativ ville forårsage en ulykke. Men biodiesel er ikke en perfekt erstatning for benzin. Vi vil se på dets fordele og ulemper i de næste afsnit.

Biodiesel har flere vigtige fordele:

• Biodiesel er miljøvenlig.
• Det kan hjælpe med at reducere afhængigheden af ​​fremmed olie.
• Det hjælper med at smøre motoren selv og mindske slid på motoren.
• Det kan bruges i næsten enhver diesel med lidt eller ingen motorændring.
• Det er sikrere end konventionel diesel.

Et af de største salgssteder for biodiesel er, at det er miljøvenligt. Biodiesel har færre emissioner end standard diesel, er biologisk nedbrydeligt, og er en vedvarende kilde til energi.

Emissionskontrol er vigtig for biodiesel-argumentet, især i lovgivningsspørgsmål. Der er nogle få emissionskomponenter, der er særligt skadelige og skaber bekymring blandt forskere, lovgivere og forbrugere. Svovl og dets beslægtede forbindelser bidrager til dannelse af surt regn; kulilte er et bredt anerkendt toksin; og kuldioxid bidrager til drivhuseffekten. Der er også nogle mindre kendte forbindelser, der skaber bekymring, såsom polycykliske aromatiske kulbrinter (PAH'er), ringformede forbindelser, der er blevet knyttet til dannelsen af ​​visse typer kræft. Partikler (PM) har negative sundhedsvirkninger, og ubrændte kulbrinter bidrager til dannelse af smog og ozon.

Biodiesel reducerer farlige emissioner. Af de nuværende biobrændstoffer er biodiesel den eneste, der har gennemført emissionstest i overensstemmelse med lov om ren luft.

Gennemsnitlige biodieselemissioner sammenlignet med konventionel diesel
Emissionskomponent	B100	B20
I alt ubrændte kulbrinter	-67%	-20%
Carbonmonoxid	-48%	-12%
Partikelmateriale	-47%	-12%
NOx	+10%	+2%
sulfater	-100%	-20%
PAH	-80%	-13%
Kilde: National Biodiesel Board

Derudover kan B100 reducere CO2-emissionerne med 78 procent og sænke de kræftfremkaldende egenskaber ved dieselolie med 94 procent (National Biodiesel Board, U.S. DOE Office of Transportation Technologies).

Et andet træk ved biodiesel er, at det er biologisk nedbrydeligt, hvilket betyder, at det kan nedbrydes som et resultat af naturlige stoffer som bakterier. I henhold til EPA nedbrydes biodiesel med en hastighed fire gange hurtigere end konventionel dieselolie. På denne måde, i tilfælde af spild, ville oprydningen være lettere, og efterspørgslen ikke være så skræmmende. Dette gælder også for biodiesel-blandinger.

Biodiesel kan også mindske den amerikanske afhængighed af importeret olie og øge vores energisikkerhed. De fleste biodiesel i USA er fremstillet af sojabønne olie, hvilket er en stor indenlandsk afgrøde. Når amerikanske oliebehov øges og verdensforsyningen falder, kunne et vedvarende brændstof som biodiesel, hvis det er korrekt implementeret, afhjælpe nogle af de amerikanske energibehov.

Biodiesel bidrager også til en motors smøreevne eller dets let bevægelse. Biodiesel fungerer som et opløsningsmiddel, hvilket hjælper med at løsne aflejringer og andet gunk fra indersiden af ​​en motor, der potentielt kan forårsage trætte. Da ren biodiesel ikke efterlader nogen egen forekomst, resulterer dette i øget motorens levetid. Det anslås, at en biodieselblanding på kun 1 procent kan øge brændselssmørheden med så meget som 65 procent (U.S. DOE Office of Transportation Technology).

Biodiesel er også sikrere. det er ugiftigt (ca. 10 gange mindre giftigt end bordsalt) og har en højere flammepunkt end konventionel diesel. Fordi det brænder ved en højere temperatur, er det mindre sandsynligt, at det forbrændes ved et uheld. Dette gør bevægelses- og opbevaringsregler lettere at rumme. Dernæst skal vi se på ulemperne og fremtiden for biodiesel.

Foto høflighed Paul Roessler
Mikroalger, organismer, hvorfra et diesellignende brændstof kan stammes: Dyrket i de amerikanske sydvestlige ørkener kan NREL-udviklede mikroalger en dag producere store mængder lipider til omdannelse til biodieselbrændstof.

Intet er naturligvis uden straf, og biodiesel har sine ulemper. Nogle har med brændstoffet at gøre, og mange har med det større billede at gøre.

Et af problemerne med selve brændstoffet er stigning i NOx i biodiesel-emissioner. Når du reducerer mængden af ​​partikler i emissionerne, er der ofte en tilsvarende stigning i nitrogenoxider, som bidrager til dannelse af smog. Selvom noget af dette kan løses ved at justere selve motoren, er det ikke altid muligt. Der er teknologier, der undersøges for at reducere NOx-mængder i biodiesel-emissioner.

Et andet problem er biodiesels opførsel som en opløsningsmiddel. Selvom denne egenskab er nyttig, er den slags et dobbeltkantet sværd. Nogle ældre dieselbiler (såsom biler fremstillet før 1992) kan opleve tilstopning med højere koncentrationer af biodiesel. På grund af dens evne til at løsne aflejringer, der er opbygget i motoren (som kan være der fra gammelt dieselolie), kan biodiesel få brændstoffiltret til at sidde fast med de nyligt frigjorte aflejringer. Biodieselproducenter foreslår at skifte brændstofpumpe kort efter skift til biodieselblandinger med høj koncentration. Komponenter i disse ældre brændstofsystemer kan også blive forringede. Ud over aflejringer i brændstofsystemet nedbryder biodiesel også gummikomponenter. Nogle dele i de ældre systemer, såsom brændstofledninger og brændstofpumpeforseglinger, kan blive brudt ned på grund af deres gummi eller gummilignende sammensætning. Dette afhjælpes normalt ved at udskifte sådanne komponenter. Selvom mange producenter har inkluderet biodiesel i deres garantier, kan der stadig være potentiale for problemer. For mere information om biodiesel og køretøjsgarantier, se The Biodiesel Standard.

I nogle motorer kan der også være let fald i brændstoføkonomi og strøm. I gennemsnit er der ca. 10 procent reduktion i magten. Med andre ord tager det ca. 1,1 liter biodiesel til lig med 1 gallon standarddiesel.

De største ulemper ved biodiesel er forbundet med det større billede, nemlig markedet og den tilknyttede logistik. Af disse er det vigtigste koste. Ifølge EPA kan ren biodiesel (B100) koste overalt fra $ 1,95 til $ 3,00 pr. Gallon, mens B20 blander gennemsnitligt 30 til 40 cent mere pr. Gallon end standarddiesel. Alt dette afhænger af variabler som det anvendte råmateriale og markedsforholdene.

Det andet, måske mere vigtige emne er det beløb og tilgængelighed. Selvom biodiesel ikke nødvendigvis produceres i alle 50 stater, kan det gøres tilgængeligt i dem alle. Der er tre vigtigste måder at få biodiesel på, med hver enkelt metode, der er bedre egnet til visse typer kunder. Biodiesel kan købes direkte fra leverandøren, fra en petroleumsdistributør eller fra offentlige pumper. Der er i øjeblikket 19 NBB-medlemmer, der producerer og markedsfører biodiesel i USA. Kontakt National Biodiesel Board for at finde ud af, hvordan du får biodiesel. Alternative Brændstoffer Datacenter har også en søgefunktion, der giver dig mulighed for at lokalisere tankstationer efter by eller stat.

For information om lokalisering af biodieselstationer uden for USA, skal du kontakte dit lokale biobrændstofagentur.

Så hvor meget tjener vi? I betragtning af antallet af forskellige producenter (dvs. føderale, private, industrielle) og afgrøde kilder, er det svært at vedhæfte en pæn figur. Lige nu producerer USA cirka 75 millioner gallon biodiesel om året (National Biodiesel Board). Denne produktion er fleksibel og kan øges eller formindskes efter behov.

Uanset om det griber ind i rampelyset optaget af flashere teknologier, vil biodiesel helt sikkert være et konstant igangværende arbejde.

I øjeblikket er det største biodieselmarked flåde køretøjer. Ifølge National Biodiesel Board er der over 100 sådanne flåder, der bruger biodiesel i USA. Disse inkluderer føderale og offentlige organisationer 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 offentlige transporttjenester er også på udkig efter biodiesel for at komplementere olieforbruget. Bybusser som Cincinnati Metro bruger også biodiesel. Potentielle fremtidige mål inkluderer områder som marine- og landbrugsanvendelser og opvarmning af hjemmet.

Efterhånden som den offentlige bevidsthed vokser, kunne biodiesel og biobrændstoffer generelt let finde vej til middagssamtaler. Politisk støtte er også stigende, og i kølvandet på lovgivning som EPACT-ændringen fra 1998 vil alternative brændstofkilder være en nødvendighed i den ikke så fjerne fremtid.

For mere information om biodiesel, biobrændstof og relaterede emner, se linkene på næste side.

relaterede artikler

• Quiz Corner: Biodiesel Quiz
• Sådan fungerer bilmotorer
• Sådan fungerer dieselmotorer
• Sådan fungerer katalytiske omformere
• Sådan fungerer to-taktsmotorer med diesel
• Sådan fungerer raffinering
• Sådan fungerer elbiler
• Sådan fungerer brintøkonomien
• Sådan fungerer benzin
• Sådan fungerer hybridbiler
• Sådan fungerer algerbiodiesel

Flere gode links

• National Biodiesel Board
• U.S. Department of Energy (DOE)
• DOE-energieffektivitet og vedvarende energi
• DOE alternative brændstoffer Data Center
• DOE Energiinformationsadministration
• Planet Green
• TreeHugger.com