Jak bionafta funguje

bionafta Justin Sullivan / Getty Images Novinky / Getty Images Galerie obrázků z alternativních paliv

Foto s laskavým svolením Nebraska sójové desky
Autobus, který jezdí na sójovou bionaftu. Podívejte se na obrázky vozidel na alternativní paliva.

Pokud jste v poslední době četli nebo sledovali zprávy, pravděpodobně narazíte na nějaký článek, úryvek nebo zvukový skus související s cenami ropy a ropy. Dokonce i ve vašich každodenních rutinách existuje velká šance, že to někdo zmíní. Ať už je to v automotivech, ekonomice, historii, geografii nebo politice, ropě se podařilo filtrovat téměř do všech aspektů našeho každodenního života. Je to jedna z nejvíce diskutovaných (a kontroverzních) komodit, na které se spotřebitelé denně spoléhají.

Všechny tyto diskuse o ropných jiskrách pokračovaly v zájmu benzínové alternativy. O věcech, jako jsou elektrická auta a vodíkové palivové články, se mluví jako o možných alternativách k ropě. Jak se technologie zlepšuje, mohly by se tyto koncepce stát skutečností. Ale co teď?

Ztráty v mixu jsou biopaliva, paliva vyrobená z biologických přísad místo fosilních paliv. Tyto výchozí složky se mohou pohybovat od kukuřice, sojových bobů až po živočišný tuk, v závislosti na druhu vyráběného paliva a způsobu výroby.

V tomto článku se podíváme blíže bionafta, jeden z hlavních biopaliv. Pro začátek by bylo dobré vyzkoušet si, jak fungují automobilové motory a jak fungují naftové motory, abyste získali nějaké pozadí. Poté se vraťte zpět a my oddělíme fakt o bionaftě od fikce.

Obecně lze říci, že bionafta je alternativou nebo přísadou ke standardnímu naftovému palivu, které je vyrobeno z biologických přísad místo ropy (nebo ropy). Bionafta se obvykle vyrábí z rostlin oleje nebo zvíře Tlustý prostřednictvím řady chemických reakcí. Je to obojí netoxický a obnovitelný. Protože bionafta pochází hlavně z rostlin a zvířat, lze zdroje doplnit zemědělstvím a recyklací.

Bionafta je bezpečná a může být použita ve vznětových motorech s malou nebo žádnou úpravou. Ačkoli lze bionaftu použít v její čisté formě, obvykle je ve směsi se standardním naftovým palivem. Směsi jsou označeny zkratkou Bxx, kde xx je procento bionafty ve směsi. Například nejběžnější směs je B20, nebo 20 procent bionafty na 80 procent standardu. Tak, B100 odkazuje na čistou bionaftu.

Foto s laskavým svolením Ministerstva energetiky USA
Biopaliva, jako je ethanol z kukuřice a bionafta ze sojových bobů, pomáhají podporovat americké zemědělství.

Bionafta však není jen termínem „catch-all“. Existuje také formální technická definice, kterou uznává společnost ASTM International (dříve známá jako Americká společnost pro testování a materiály), organizace odpovědná za poskytování průmyslových standardů. Podle Národní rady pro bionaftu (NBB) je technická definice bionafty následující:

palivo složené z mono-alkylesterů mastných kyselin s dlouhým řetězcem odvozených od rostlinných olejů nebo živočišných tuků, označené B100, které splňuje požadavky normy ASTM D 6751.

Zní to trochu drsně, ale je to mnohem známější, než si myslíte - s těmito mastnými kyselinami se setkáváte každý den. Podrobněji se na ně podíváme v další části.

Foto s laskavým svolením National Biodiesel Board Sójové boby mohou být vyrobeny z bionafty.

Součástí toho, co dělá bionaftu tak přitažlivou a zajímavou, je, že může být vyrobena z mnoha přírodních zdrojů. Přesto lze použít živočišný tuk, rostlinný olej je největším zdrojem bionafty. Některé z nich jste pravděpodobně použili v kuchyni. Vědci a inženýři mohou k výrobě bionafty použít oleje ze známých plodin, jako je sója, řepka, řepka, dlaň, bavlna, slunečnice a arašídy. Bionafta může být dokonce vyrobena z recyklovaného tuku na vaření!

Společným vláknem sdíleným všemi zdroji bionafty je to, že všechny obsahují Tlustý v nějaké formě. Oleje jsou jen tuky, které jsou při pokojové teplotě kapalné. Tyto tuky nebo triacylglyceroly (někdy nazývané triglyceridy) jsou tvořeny atomy uhlíku, vodíku a kyslíku, které jsou spojeny dohromady a uspořádány do specifického vzoru. Tyto triacylglyceroly jsou velmi rozšířené. Kromě domácích rostlinných olejů mají také běžné věci, jako je máslo a sádlo. Možná jste viděli počet triglyceridů, pokud jste byli u lékaře a nechali jste udělat nějakou krevní práci.

Jedním ze způsobů, jak si tyto triacylglyceroly vizualizovat, je myslet na velké písmeno „E.“ Tvoří vertikální páteř tohoto E je molekula známá jako glycerol. Glycerol je běžná složka používaná při výrobě takových věcí, jako je mýdlo, léčiva a kosmetika. K tomuto glycerolovému páteři a tvořícím horizontální prvky E jsou připojeny tři dlouhé řetězce složené z uhlíku, vodíku a kyslíku. Nazývají se mastné kyseliny.

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

Jak tedy tyto triacylglyceroly skončí v autě, kamionu nebo lodi? Bionafta není čistý rostlinný olej. Ačkoli byl surový rostlinný olej v minulosti používán k pohonu dieselových motorů, obvykle způsoboval problémy. Aby se stal palivem, musí surový tuk nebo olej nejprve podstoupit řadu chemických reakcí. Existuje několik různých způsobů, jak vyrobit bionaftu, ale většina výrobních zařízení vyrábí průmyslovou bionaftu prostřednictvím procesu zvaného transesterifikace. Při tomto postupu se tuk nebo olej nejprve přečistí a pak reaguje s alkoholem, obvykle methanolem (CH30H) nebo ethanolem (CH3CH20H) v přítomnosti katalyzátoru, jako je hydroxid draselný (KOH) nebo hydroxid sodný (NaOH). Když k tomu dojde, triacylglycerol se transformuje na estery a glycerol. Estery, které zůstanou, se nazývají bionafta.

Jsou to staré zprávy? V další části prozkoumáme historii a motivaci hnutí biopaliv.

Foto s laskavým svolením Bob Allan Současná výroba bionafty v USA je primárně z oleje ze sójových bobů, jako jsou tyto nebo z recyklovaného oleje na vaření v restauraci.

Koncept biopaliv je překvapivě starý. Rudolf Diesel, jehož vynález nyní nese jeho jméno, představoval rostlinný olej jako zdroj paliva pro jeho motor. Ve skutečnosti se velká část jeho rané práce točila kolem používání biopaliva. Například v roce 1900 na světové výstavě v Paříži představil Diesel svůj motor tím, že ho nechal běžet na arašídovém oleji. Podobně Henry Ford očekával, že jeho model T poběží na ethanolu, kukuřičném produktu. Nakonec v obou případech nafty i Fordu ropa vstoupila do obrazu a ukázala se jako nejlogičtější zdroj paliva. Toto bylo mimo jiné založeno na nabídce, ceně a efektivitě. Ačkoli to nebyla běžná praxe, rostlinné oleje se používaly také pro motorovou naftu ve 30. a 40. letech 20. století.

Ve Spojených státech došlo v 70. a 80. letech ke znovuoživení myšlenky na používání biopaliv. K jedné z nejdůležitějších událostí došlo v roce 1970, když agentura pro ochranu životního prostředí (EPA) přijala zákon o čistém ovzduší. To umožnilo EPA přísněji regulovat emisní normy pro znečišťující látky, jako jsou oxidy síry, oxid uhelnatý, ozon a oxidy dusíku (NOx). To připravilo půdu pro vývoj spalovacích paliv. To také stanovilo standardy pro přísady do paliva.

Události v zámoří, jako je arabské ropné embargo z let 1973-1974 a íránská revoluce z let 1978-1979, spojené s poklesem domácí produkce ropy, posloužily k růstu cen. Podle americké správy energetických informací Ministerstva energetiky USA se dovozy ropy během embarga snížily o 30% a „světová cena ropy vyskočila z přibližně 14 USD za barel na začátku roku 1979 na více než 35 USD za barel v roce Leden 1981 před stabilizací. Ceny neklesaly znatelně až v roce 1983, kdy se světová cena stabilizovala mezi 28 a 29 USD za barel. “

Se zvyšováním cen ropy začali vědci hledat jinde. V srpnu 1982 se ve Fargo, N.D., konala první mezinárodní konference o rostlinných a rostlinných olejích. Tato konference se zabývala záležitostmi od nákladů na palivo a účinků rostlinného oleje na přísady do paliv a metody extrakce..

V roce 1990 byl novelizován zákon o ovzduší a zahrnoval přísnější omezení emisí vozidel. Tento pozměňovací návrh zavedl ustanovení o takových záležitostech, jako je zvýšený obsah kyslíku v benzínu (což snižuje emise oxidu uhelnatého) a nižší obsah síry v motorové naftě.

V roce 1992 schválila EPA zákon o energetické politice nebo EPACT. Cílem bylo zvýšit množství alternativního paliva používaného vládními dopravními flotilami USA, aby se snížila závislost na zahraniční ropě. Změna EPACT z roku 1998 zahrnovala používání bionafty v existujících vládních naftových vozidlech jako přijatelnou alternativu k nákupu vozidel na alternativní paliva nebo AFV, jak je stanoveno v původní EPACT.

Se všemi těmito pravidly a předpisy na místě je pochopitelné, že jakákoli životaschopná ropná alternativa způsobí křik. Ale bionafta není perfektní náhradou benzínu. V dalších sekcích se podíváme na jeho klady a zápory.

Bionafta má několik klíčových výhod:

• Bionafta je šetrná k životnímu prostředí.
• Může pomoci snížit závislost na cizí ropě.
• Pomáhá promazávat samotný motor a snižuje opotřebení motoru.
• Může být použit téměř u každé nafty s malou nebo žádnou úpravou motoru.
• Je bezpečnější než konvenční nafta.

Jedním z hlavních prodejních míst bionafty je to, že je šetrný k životnímu prostředí. Bionafta má méně emisí než standardní nafta biologicky rozložitelný, a je obnovitelný zdroj energie.

Kontrola emisí je ústředním prvkem argumentu o bionaftě, zejména v právních předpisech. Existuje několik složek emisí, které jsou obzvláště škodlivé a vyvolávají obavy mezi vědci, zákonodárci a spotřebiteli. Síra a její příbuzné sloučeniny přispívají k tvorbě kyselého deště; oxid uhelnatý je široce uznávaný toxin; a oxid uhličitý přispívá ke skleníkovému efektu. Existují také některé méně známé sloučeniny, které vyvolávají obavy, jako jsou polycyklické aromatické uhlovodíky (PAH), sloučeniny ve tvaru kruhu, které byly spojeny s tvorbou určitých typů rakoviny. Částice (PM) mají nepříznivé účinky na zdraví a nespálené uhlovodíky přispívají k tvorbě smogu a ozónu.

Bionafta snižuje nebezpečné emise. Ze současných biopaliv je bionafta jedinou, která úspěšně dokončila testování emisí v souladu se zákonem o čistém vzduchu.

Průměrné emise bionafty ve srovnání s konvenčními naftami
Emisní komponenta	B100	B20
Celkem nespálené uhlovodíky	-67%	-20%
Kysličník uhelnatý	-48%	-12%
Částice	-47%	-12%
NOx	+10%	+2%
Sírany	-100%	-20%
PAH	-80%	-13%
Zdroj: National Biodiesel Board

Kromě toho může B100 snížit emise CO2 o 78 procent a snížit karcinogenní vlastnosti motorové nafty o 94 procent (National Biodiesel Board, US DOE Office of Transport Technologies).

Dalším rysem bionafty je to, že je biologicky rozložitelný, což znamená, že se může rozložit v důsledku přírodních činitelů, jako jsou bakterie. Podle EPA bionafta degraduje rychlostí čtyřikrát rychleji než konvenční nafta. Tímto způsobem by v případě úniku bylo čištění jednodušší a následky by nebyly tak děsivé. To platí také pro směsi bionafty.

Bionafta by také mohla snížit závislost USA na dovážené ropě a zvýšit naši energetickou bezpečnost. Většina bionafty v USA je vyrobena z sojový olej, což je hlavní domácí plodina. Se zvyšující se poptávkou po ropě v USA a snižováním světových dodávek by obnovitelné palivo, jako je bionafta, pokud bylo správně implementováno, mohlo zmírnit některé z amerických energetických požadavků.

Bionafta také přispívá k mazivosti motoru nebo jeho snadnému pohybu. Bionafta působí jako rozpouštědlo, které pomáhá uvolňovat usazeniny a jiné nečistoty z vnitřku motoru, které by mohly potenciálně způsobit ucpání. Vzhledem k tomu, že čistá bionafta nezanechává žádná vlastní ložiska, má to za následek prodloužená životnost motoru. Odhaduje se, že směs bionafty pouhých 1 procenta by mohla zvýšit mazivost paliva až o 65 procent (americký úřad DOE Office of Transport Technology).

Bionafta je také bezpečnější. to je netoxický (asi 10krát méně toxický než stolní sůl) a má a vyšší bod vzplanutí než konvenční nafta. Protože hoří při vyšší teplotě, je méně pravděpodobné, že dojde k náhodnému spálení. To usnadňuje přizpůsobení předpisům o pohybu a skladování. Dále se podíváme na nevýhody a budoucnost bionafty.

Foto s laskavým svolením Paul Roessler
Mikrořasy, organismy, z nichž lze odvodit palivo podobné dieselu: Při pěstování v amerických jihozápadních pouštích mohou mikrořasy vyvinuté společností NREL jednoho dne produkovat velké množství lipidů pro přeměnu na bionaftu..

Nic samozřejmě není bez trestu a bionafta má své nevýhody. Někteří mají co do činění s palivem samotným a mnozí mají co do činění s větším obrázkem.

Jedním z problémů se samotným palivem je zvýšení NOx v emisích bionafty. Ve výrobě motorové nafty často, když snížíte množství částic v emisích, dochází k odpovídajícímu zvýšení oxidů dusíku, které přispívají k tvorbě smogu. I když některé z toho lze vyřešit úpravou samotného motoru, není to vždy možné. Jsou zkoumány technologie snižující množství NOx v emisích bionafty.

Dalším problémem je chování bionafty jako solventní. Přestože je tato vlastnost užitečná, jedná se o druh dvojsečného meče. U některých starších naftových vozidel (jako jsou automobily vyrobené před rokem 1992) může dojít k ucpání vyšší koncentrací bionafty. Kvůli jeho schopnosti uvolnit usazeniny vytvořené v motoru (které mohou být tam ze staré nafty), může bionafta způsobit, že se palivový filtr zasekne s nově uvolněnými usazeninami. Výrobci bionafty doporučují výměnu palivového čerpadla krátce po přechodu na směsi s vysokou koncentrací bionafty. Komponenty v těchto starších palivových systémech se také mohou degradovat. Kromě usazenin v palivovém systému bionafta také rozkládá gumové komponenty. Některé části starších systémů, jako jsou palivová potrubí a těsnění palivových čerpadel, se mohou z důvodu jejich gumy nebo gumovitého složení rozpadnout. To se obvykle napraví výměnou takových součástí. Ačkoli mnoho výrobců zahrnovalo bionaftu do svých záruk, stále existuje potenciál pro problémy. Další informace o zárukách na bionaftu a vozidla najdete v Biodiesel Standard.

U některých motorů může být také malý snížení spotřeby paliva a výkonu. V průměru dochází ke snížení výkonu o 10 procent. Jinými slovy, trvá přibližně 1,1 galonu bionafty na 1 litr standardní nafty.

Hlavní nevýhody bionafty jsou spojeny s větším obrazem, a to s tržní a související logistikou. Z nich je nejdůležitější náklady. Podle EPA může čistá bionafta (B100) stát kdekoli od 1,95 do 3,00 $ za galon, zatímco B20 míchá v průměru o 30 až 40 centů více za galon než standardní nafta. To vše závisí na proměnných, jako je použitá surovina a tržní podmínky.

Další, možná důležitější otázkou je otázka množství a dostupnost. Přestože bionafta není nutně vyráběna ve všech 50 státech, může být dostupná ve všech státech. Existují tři hlavní způsoby, jak získat bionaftu, přičemž každá konkrétní metoda je vhodnější pro určité typy zákazníků. Bionaftu lze zakoupit přímo od dodavatele, od distributora ropy nebo od veřejných čerpadel. V současné době existuje ve Spojených státech 19 členů NBB, kteří vyrábějí a prodávají bionaftu. Chcete-li zjistit, jak získat bionaftu, kontaktujte Národní radu pro bionaftu. Datové centrum alternativních paliv má také vyhledávací funkci, která umožňuje vyhledávat čerpací stanice podle města nebo státu.

Informace o umístění bionafty mimo USA získáte od místní agentury pro biopaliva.

Kolik tedy vyděláme? Vzhledem k počtu různých výrobců (tj. Federálních, soukromých, průmyslových) a zdrojů plodin je obtížné připojit úhlednou postavu. V současné době USA produkují přibližně 75 milionů galonů bionafty ročně (National Biodiesel Board). Tato výroba je flexibilní a může být podle potřeby zvýšena nebo snížena.

Bez ohledu na to, zda uchopí reflektor, který zaujímají zábleskové technologie, bude bionafta určitě nepřetržitou prací.

V současné době je největším trhem s bionaftou vozový park. Podle Národní rady pro bionaftu existuje ve Spojených státech více než 100 takových loďstev, které používají bionaftu. Patří sem federální a veřejné organizace, jako je americká poštovní služba, americké letectvo, americká armáda, NASA, americké ministerstvo energetiky, Duke Energy a Florida Power & Light. Mnoho služeb veřejné dopravy také hledá bionaftu, aby doplnilo využití ropy. Bionaftu používají také městské autobusy, jako je například Cincinnati Metro. Potenciální budoucí cíle zahrnují oblasti, jako jsou mořské a zemědělské aplikace a vytápění domácností.

S rostoucím povědomím veřejnosti se bionafta a biopaliva obecně mohou snadno dostat do konverzace na večeři. Roste také politická podpora a v důsledku právních předpisů, jako je změna EPACT z roku 1998, budou alternativní zdroje paliva v budoucnosti, která není tak vzdálená, nezbytností..

Další informace o bionaftě, biopalivech a souvisejících tématech naleznete v odkazech na následující stránce.

Související články

• Quiz Corner: Kvíz s bionaftou
• Jak fungují automobilové motory
• Jak dieselové motory fungují
• Jak fungují katalyzátory
• Jak dieselové dvoudobé motory fungují
• Jak rafinace ropy funguje
• Jak elektrická auta fungují
• Jak funguje ekonomika vodíku
• Jak benzín funguje
• Jak fungují hybridní auta
• Jak funguje řasová bionafta

Další skvělé odkazy

• Národní rada pro bionaftu
• Ministerstvo energetiky USA (DOE)
• DOE energetická účinnost a obnovitelná energie
• Datové centrum DOE Alternative Fuels
• DOE Správa energetických informací
• Planet Green
• TreeHugger.com