возобновляемое дизельное топливо что это
Как устроено производство биотоплива, и какие проблемы оно решает
Что такое биотопливо
Биологическое топливо — это горючее растительного или животного происхождения. Предполагается, что оно заменит традиционные виды топлива из исчерпаемых ресурсов на те, которые производятся из возобновляемого сырья.
Например, к биотопливу можно отнести обычные дрова или рапсовое масло. Однако дизель и бензин вытеснили эти виды топлива, так как они дешевле, а массовая автомобилизация требовала больших объемов топлива.
Почему люди вновь вернулись к биотопливу? Первая причина — климатический кризис, который усугубляется выбросами парниковых газов от использования ископаемого топлива. На транспорт приходится практически четверть от всей эмиссии углекислого газа, связанной с производством энергии. С 1970 года объем выбросов парниковых газов в транспортном секторе вырос вдвое, из которых 80% приходится на дорожный транспорт.
Вторая причина — поиск возобновляемых источников энергии, так как запасы нефти и угля вскоре могут полностью закончится. Сюда же можно добавить и скачки цен на углеводороды.
Виды биотоплива
Твердое биотопливо
Самый типичный и древний вид твердого биотоплива — дрова. Однако сейчас в чистом виде и в крупных масштабах их уже почти не используют. Наиболее ходовым твердым видом биотоплива стали пеллеты, получаемые из древесных опилок или коры, соломы, оливковых косточек, ореховой скорлупы или шелухи семечек подсолнечника. Также пеллеты делают из навоза крупного рогатого скота.
Пеллеты заменяют уголь, дрова и солярку. При сгорании они не выделяют вредных веществ и практически не дымят (в отличие от угля и дизеля). Кроме того, они более энергоэффективны, чем обычные дрова. Плюс пеллетов также в минимальном содержании золы, что снижает потребность в обслуживании печей и котлов. Кроме того, они имеют самую низкую цену по сравнению с другими видами биотоплива.
Жидкое биотопливо
Биоэтанол — наиболее популярное и массовое жидкое биотопливо. Его получают путем ферментации крахмала или сахара. Бразилия и США входят в число лидеров по производству биоэтанола. В США биотопливо на основе этанола производят из кукурузы и обычно смешивают с бензином для получения гибридного топлива. В целом в США на биотопливо приходится 5% от всего энергопотребления. В Бразилии биотопливо на основе этанола делают из сахарного тростника, а в Англии даже производят из сахарной свеклы.
Биодизель — второе по популярности жидкое биотопливо. Биодизель делают в основном из масличных растений, таких как соя или масличная пальма, и в меньшей степени из других масляных продуктов, например, отходов кулинарного жира после жарки во фритюре. Биодизель используется в дизельных двигателях и обычно смешивается с нефтяным дизельным топливом в различных пропорциях.
Биобутанол — четырехуглеродный спирт, который также относится к биотопливу. Его делают из того же сырья, что и этанол. Преимущества биобутанола по сравнению с биоэтанолом заключаются в том, что биобутанол не смешивается с водой, имеет более высокое содержание энергии и более низкое давление паров, что означает более низкую летучесть в результате испарения.
Диметиловый эфир. Его можно получить из биомассы, но в промышленных масштабах исходным сырьем для него остается природный газ. Плюс такого топлива в том, что его энергоэффективность практически равна дизельному топливу, однако плотность энергии у диметилового эфира вдвое ниже, чем у дизельного топлива, поэтому для него требуется топливный бак в два раза больше. К тому же для транспортных средств нужна специально разработанная система для работы двигателя на диметиловом эфире.
Сейчас инженеры активно разрабатывают новое поколение жидкого биотоплива, полученного с помощью водорослей. Водоросли выращивают в больших бассейнах или на фермах, они превращают солнечный свет в энергию и хранят ее в виде масла. Масло извлекается механически (при прессовке биомассы) или с помощью химических растворителей, которые разрушают стенки клеток. Дальнейшая переработка и очистка дает биотопливо, подходящее для использования в качестве альтернативы традиционным видам топлива.
Газообразное биотопливо
Биогаз — это газ, состоящий в основном из метана и углекислого газа в различных пропорциях в зависимости от состава органического вещества, из которого он был получен. Основными источниками биогаза являются отходы животноводства и сельского хозяйства, сточные воды и органика из бытовых отходов. Биогаз образуется в результате процессов биологического разложения без доступа кислорода (анаэробное сбраживание).
Биоводород — аналог обычного водорода, который получают из биомассы. Термохимический способ представляет собой нагрев исходного сырья без доступа кислорода до высоких температур, например, древесных отходов, при котором выделяется водород и другие попутные газы. При биохимическом способе получения биоводорода в биомассу добавляют специальные микроорганизмы, которые ее разлагаются с выделением водорода.
Плюсы и минусы биотоплива
Преимущества:
Недостатки:
Где используется биотопливо
Пока речь в основном идет о потреблении его в домашних условиях. Обычно твердые виды биотоплива используют в бедных странах, где нет других источников энергии, для приготовления пищи, стирки и уборки или для обогрева самого дома. 80% всего потребляемого сегодня биотоплива используется как раз для этих целей. 18% биотоплива задействовано в промышленности как источник энергии и смазочных материалов. Биотопливо часто упоминают в качестве альтернативы бензину для автомобилей, но сейчас только 2% используется в транспортной отрасли.
Перспективы биотоплива
У биотоплива есть шанс занять только часть рынка, поскольку его потенциал ограничивают искусственно. Так, в ЕС действуют правила, запрещающие использовать более 7% продовольственных культур в качестве сырья для биотоплива. В краткосрочной перспективе биотопливо не требует замены существующей инфраструктуры и двигателей, но маловероятно, что весь энергетический комплекс сможет перейти исключительно на него.
Электромобиль — не панацея: как изменится рынок топлива в будущем
Об эксперте: Никита Касьяненко, сооснователь «Лаборатории умного вождения».
Топливный плюрализм
В середине 2010-х годов многие страны официально заявили — будущее за электромобилями. Они обещали сократить объемы производства машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), предлагали льготы владельцам электрокаров и даже вводили ограничения на использование бензиновых и дизельных авто на отдельных улицах. Впрочем, большинство планов будут реализованы не раньше 2025 года. А пока автомобильная отрасль хоть и меняется, но не так стремительно, как прогнозировал Илон Маск и другие сторонники авто на электротяге.
Данные за первый квартал 2020 года показывают, что в большинстве стран Европы до сих пор преобладают автомобили на бензине и дизеле. Исключение — Норвегия, в которой доля электрокаров от общего числа новых машин уже превышает 50%. Альтернативные виды топлива в ЕС пока редкость — они занимают всего 1,9% рынка. При этом популярность автомобилей на газе и этаноле упала с апреля по июнь на 50%.
В российском топливном рейтинге также пока лидируют бензин и дизель: по данным «Автостата», менее 6% автовладельцев пользуется пропаном и метаном, а также другими видами топлива — в эту категорию попадают и электрокары.
А вот в Латинской Америке альтернативное топливо пользуется большим спросом. Например, в Бразилии машины на этаноле не уступают по популярности бензиновым авто. Интересно, что ставку на биотопливо из сахарного тростника государство сделало еще в 1970-е годы, впоследствии госпрограмму постоянно корректировали, учитывая колебания цен на бензин. Если он дешевел, цены на этанол тоже снижались. Также в 1990-е власти поддержали развитие FlexFuel-автомобилей, которые можно заправлять как смесью бензина и этанола, так и чистым бензином.
Пример Бразилии показывает — вектор развития топливного рынка можно менять, но для этого недостаточно одной госпрограммы или однократного введения льгот. Это подтверждают кейсы других стран, которые запускали инициативы в поддержку электрокаров, но со временем сворачивали проекты или ограничивали их применение.
Так, в конце 2019 года Tesla достигла порога в 200 тыс. проданных электромобилей на рынке США — после достижения этого лимита покупатели больше не могли получать налоговые бонусы. Льготные периоды подходят к концу и в других странах: например, в Китае размер субсидий на покупку электрокаров сокращается с каждым годом. В 2020 году он уменьшится на 10%, а в 2022 году — уже на треть.
На тенденции в отдельных странах влияют не только инициативы правительства, но также доступность природных ресурсов, развитие инфраструктуры (наличие АЗС и станций подзарядки) и общий уровень благосостояния жителей. Из-за этой комбинации факторов сложно прогнозировать, какой вид топлива станет пользоваться наибольшим спросом в будущем — скорее всего, картина будет не однородной.
Часть развитых стран перейдет на электромобили, часть сделает ставку на биотопливо, но многие продолжат пользоваться автомобилями с ДВС на бензине и дизеле, которые станут более экологичными. Но задача у всех общая — сократить количество выбросов CO2 и замедлить темпы глобального потепления. Разберемся, какие виды топлива укрепят свои позиции в будущем и почему электрокары — это не панацея.
Электрокары и гибриды: светлое будущее или скрытая угроза?
По прогнозам компании BloombergNEF (BNEF), к 2040 году доля электрокаров от числа проданных авто составит 58%. При этом автомобили на электротяге составят лишь треть от общего количества машин на дорогах в мире. На процесс влияет сразу несколько факторов:
Другие исследования показывают, что в среднем при производстве бензинового авто генерируются выбросы, равнозначные 5,6 т CO2. В случае с электрокаром показатель уже составляет 8,8 т — и половина вырабатывается в процессе производства аккумуляторов. Решить проблему могут новые технологии, которые минимизируют углеродный след и позволят выпускать более долговечные батареи с использованием экологичных материалов.
Но в регионах, в которых возобновляемые источники энергии пока не распространены, EV вряд ли получат широкое распространение в ближайшие годы. Это касается России и ряда других стран, например, Мексики, Японии и Австралии.
Биотопливо: отходы и водоросли
Этанол, FlexFuel, биодизель и биогаз, — все эти технологии уже позволяют получать эффективную альтернативу бензину, используя растительные компоненты, сельскохозяйственные отходы и даже отходы жизнедеятельности человека. Экологичность — главное преимущество биотоплива. Растения, которые используются для получения необходимых веществ, поглощают CO2, нейтрализуя тем самым углеродный след.
Еще один плюс биотоплива — это наличие готовой инфраструктуры. Заправиться «водорослевым дизелем» в теории можно на обычной АЗС — для этого не требуется специальное оборудование.
Проблема заключается и в автомобилях — не каждому транспортному средству подходит такой вид топлива. Например, популярный биоэтанол E85 (смесь спирта и бензина) при сравнимых объемах приводит к большему расходу топлива, чем чистый бензин.
Популярность биотоплива в будущем зависит от появления новых производственных технологий. Так, в Дании тестируют автомобили на бензине с добавлением водорослей. Пока растительный компонент составляет всего 10%, но ученые надеются увеличить его долю. Водоросли, в отличие от сахарного тростника, не требуют земельных ресурсов, их не нужно удобрять и обрабатывать от вредителей, поэтому они наносят меньший вред окружающей среде. Пока использование водорослевого топлива экономически не целесообразно, но если исследователям удастся оптимизировать технологию, у нее есть шансы на успех.
Водород: неоправданные надежды
Еще десять лет назад водородные автомобили ставили в один ряд с перспективными электрокарами, но технология не оправдала ожиданий. Машины с топливными элементами все еще обходятся слишком дорого, а в большинстве стран нет заправочной инфраструктуры. Недавний провал компании Nikola Motors, обещавшей выпустить партию водородных грузовиков и построить сеть заправочных станций по всей Америке, только усилил разочарование в технологии.
Самый крупный рынок водородных авто — это как раз США, хотя с 2012 года в стране было продано всего 8 тыс. машин с топливными элементами. Водить автомобиль на водороде можно только в Калифорнии, где сосредоточено больше всего заправочных станций. И даже несмотря на умеренный спрос, в штате периодически возникает дефицит водорода, и автовладельцы не могут заправить автомобили.
С точки зрения экологичности водородные автомобили тоже вызывают вопросы: по большинству параметров они проигрывают электрокарам, хотя стоят на порядок дороже. Всего на рынке доступно три модели авто на водороде, и отсутствие разнообразия тоже не идет на пользу отрасли. Многие автопроизводители сворачивают разработки — например, Mercedes-Benz, потратив 30 лет на исследования, решила не выпускать пассажирские автомобили на топливных элементах, поскольку их производство обходится в два раза дороже электрокаров.
Перспективы водорода на топливном рынке пока оставляют желать лучшего. Многое опять же зависит от технологий производства — использование инновационных методов, например, электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, могло бы заинтересовать крупных игроков. Но пока рынок стоит на месте, а автовладельцы задумываются о покупке водородного авто в последнюю очередь. Впрочем, топливные элементы могут пригодиться в других сферах — например, при производстве мусоровозов или паромов.
Газ, бензин и дизель: умное управление топливом
Классические виды топлива в будущем вряд ли полностью исчезнут — по крайней мере в России. Но со временем они станут более экологичными и энергоэффективными. На рынке уже распространены гибриды, например, range-extenders — электрокары со встроенным ДВС, который продлевает запас хода, если батарея садится. Вероятно, именно такие гибридные модели выйдут на передний план в будущем.
Развитие подключенных автомобилей и телематики также позволит сократить расход топлива и более эффективно отслеживать его потребление. Современные системы уже помогают мониторить топливную статистику, а в будущем они смогут оптимизировать затраты ресурсов.
Исследования показывают, что умный мониторинг поведения водителя с последующей аналитикой может сократить количество выбросов на 5-20%. В первую очередь, добиться этого помогают системы, которые препятствуют внезапному торможению. Водитель делает меньше резких маневров — расходуется меньше топлива.
Еще один вспомогательный инструмент — продвинутая система навигации, которая подбирает не только самый короткий, но и наименее «энергозатратный» маршрут, а также помогает быстрее находить свободные парковочные места.
Подключенные системы оптимизируют работу не только легкового, но и грузового транспорта. Например, грузовые «конвои» способны на треть сократить затраты топлива. Использование машинного обучения и нейросетей в будущем еще больше упростит задачу — полуавтономные системы будут работать в фоновом режиме, минимизируя расход бензина или дизеля.
Развитие беспилотного транспорта и каршеринга, вероятно, тоже приведет к сокращению потребления топлива — машины будут меньше простаивать на стоянках и использоваться более эффективно.
Автомобильный сектор в силу своей специфики достаточно консервативен — автопроизводитель не может за пару месяцев переформатировать конвейер на заводе или перенастроить цепочку поставок. Поэтому переход на новые виды топлива займет больше времени, чем полагают аналитики. Цифровые решения, например, системы умного мониторинга, внедрить намного проще — это не требует так много времени и ресурсов. Поэтому топливная революция начнется с аналитики и развития подключенных систем, а не с футуристичных топливных элементов или биодизеля на основе водорослей.
Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.
Дизельное топливо – что это такое (часть 2)
Продолжим про присадки
Депрессорные присадки.
При охлаждении дизельное топливо мутнеет – это парафины переходят в твердое состояние и выпадают в осадок. Такое помутнение не опасно, пока не начнется агломерация – соединение молекул парафинов в большие сгустки. Как только парафиновые агломераты станут соразмерными с диаметром микропор фильтра тонкой очистки топлива, фильтр окажется заблокированным белым парафиновым гелем. Топливо перестанет поступать к двигателю, и все попытки завести его ни к чему не приведут.
Температура, при которой фильтр уже не прокачивается, называется предельной температурой фильтруемости (ПТФ). Это главный эксплуатационный показатель, на который владельцам дизельных машин необходимо обращать внимание при покупке солярки зимой. Так же есть ещё такие понятия как:
— Температура помутнения — температура дизтоплива, при которой начинается кристаллизация парафина.
— Температура застывания дизтоплива — температура, при которой происходит полная потеря текучести. Она больше определяет условия хранения, нежели эксплуатации.
Из-за экономической выгоды на нефтеперерабатывающих заводах производится в основном летняя солярка. Фракции летнего дизельного топлива выкипают из нефти при ее нагреве от 180 до 360 °С. А если выкипание остановить на отметке 320°С, то на тарелках в ректификационной колонне соберутся фракции зимней солярки, свободные от длинноцепочных молекул парафинов. Вся беда в том, что из одного и того же объема нефти можно получить на выходе 42% летней солярки — и лишь 25% зимней. В полтора раза меньше! Соответственно, и стоить «настоящее зимнее» дизтопливо должно дороже.
Превратить летнее топливо в зимнее можно двумя путями:
— депарафинизацией в условиях НПЗ (на барабанных вакуумных фильтрах; на цеолитах; в процессе каталитической депарафинизации (гидродепарафинизации); депарафинизация с кристаллическим карбамидом или в спирто-водном растворе карбамида и т.д.)
— добавлением депрессорных присадок.
Избавление от парафинов влетит в копеечку, поэтому часто пользуются присадками. В топливо вводятся, например, полимеры метакриловой кислоты или сополимеры этилена с винилацетатом. Есть два механизма действия таких добавок. Первый заключается в том, что молекулы депрессора оседают на кристаллах парафина и не позволяют им срастаться в большие агломераты. А во втором случае депрессоры, наоборот, с понижением температуры создают искусственные очаги кристаллизации парафинов, притягивая их к себе. В результате в обоих случаях кристаллов парафина оказывается больше, чем в солярке без депрессора. Но размеры кристаллов намного меньше, и они не так быстро забивают фильтр тонкой очистки.
Таким образом, добавив в летнюю дизельку антигель, можно самим превратить ее в условно зимнюю, а также улучшить работу зимней солярки при сильных морозах (кстати, никогда нельзя быть уверенным на все 100%, что под видом зимнего топлива на заправке вам не залили летнее). К сожалению, растворить уже образовавшиеся кристаллы парафина невозможно (топливо само должно «оттаять»), поэтому содержимое баночки с антигелем надо заливать перед заправкой, или по крайней мере когда топливо еще не успело загустеть.
Наиболее эффективными депрессорными присадками являются соединения полимерного типа, среди которых промышленное применение получили сополимеры этилена с винилацетатом. При введении в концентрации 0,02…0,1 % присадки снижают температуру застывания дизельных топлив на 20…30 °С.
Старый дедовский способ дальнобойщиков превращения летнего дизельного топливо в зимнее это добавить до 20% керосина ТС-1 (ГОСТ 10227-86), при этом эксплуатационные свойства практически не меняются.
Редкий и дорогой зверь на наших АЗС это арктическое дизельное топливо. Температура застывания: –55 градусов Цельсия. Получается оно смешением прямогонных, гидроочищенных и вторичного происхождения углеводородных фракций с температурой выкипания 180-330 градусов Цельсия, а то и ниже. Пределы кипения арктического топлива примерно соответствуют пределам выкипания керосиновых фракций, поэтому данное топливо по сути утяжеленный керосин. Однако чистый керосин имеет низкое цетановое число 35-40 и плохие смазывающие свойства (сильный износ ТНВД). Для устранения данных проблем в арктическое топливо частенько добавляют цетаноповышающие присадки и минеральное моторное масло для улучшения смазывающих свойств.
Теперь немного экзотики.
Биодизель. Изготавливается биодизель из смеси растительного масла (обычно рапсового или соевого) и метилового спирта в соотношении 7-10 к 1. Биодизель имеет цетановое число не менее 51, температуру вспышки более 150 °C, имеет значительно лучшие смазочные характеристики. Главный недостаток — ограниченный срок хранения после изготовления — 3 месяца. Кроме того, в холодное время года необходимо подогревать топливо, идущее из топливного бака в топливный насос, или применять смеси 20 % биодизеля и 80 % солярки. В России в продаже я его не встречал, так что подробно останавливаться на нём не будем.
Альтернативой биодизелю является добавление в обычное дизельное топливо 20 % воды и 1 % эмульгатора с обработкой смеси в диспергаторе. Смесь можно использовать в обычных дизелях без их переделки. Цвет смеси — мутно белый. Срок хранения после приготовления — около 3-х месяцев. Технология интенсивно применяется в Германии, часть общественного транспорта питается этой смесью. Кроме очевидного снижения расхода вода также положительно сказывается на экологической составляющей – уменьшается образование оксидов азота, а так же снижается сажеобразование.
Во-первых тест на окислительную способность показал всего 2 г/м3 осадка, в отличии от Башнефти с максимально возможными 20 г/м3, т.е. у Лукойла мало непредельных в составе и образование смол вам не грозит. Летний вариант Салавата посередине 14 г/м3.
Во-вторых общее загрязнение у Лукойла 3 г/т из 24 возможных, в Башнефти 20 из 24, Салават 2 из 24. Т.е. мало того что у Башкирят дизелька самая грязная, так ещё из-за нестабильности грязи там может и прибавиться.
В-третьих цетановое число у Лукойла 49, Башнефть 47, Салават с их «летом» и 51 не в счет, т.к. у конкурентов летние цетановые числа больше 51. Плюс все дружно применили цетаноповышающие присадки.
Кстати что касается присадок — Башнефть кроме цетаноповышающий и дипрессорно-диспергирующей ничего не добавляет, Салават в летний вариант льёт противоизносную присадку AddiTOP L в количестве 300-500 ppm. Лукойл добавляет противоизносную, цетаноповышающую и комплексную (моющая, антикоррозионная, антипенная и деэмульгатор) подозреваю что последний компонент в комплексной может так же играть роль дипрессорно-диспергирующей, но по количеству комплексной всего 200 ppm, так что о степени влияния и эффективности судить не берусь.
В общем все дизельки вписываются в действующие стандарты, той же серы, на которую все так любят обращать внимание, у всех всего около 5 ppm, что ну очень мало, на грани обнаружения. Единственно, что касаемо стандартов, то все производители выпускают свою продукцию по разным нормативным документам: Башнефть по ГОСТ 32511-2013, Салават (Газпром) по ГОСТ Р 52368-2005, а Лукойл по своему собственному СТО 00044434-007-2006.
Оценивать присадки имеющиеся на рынке не стал, в сети и так полно тестов, плюс все производители присадок точно знают что работает, а что нет, что можно заливать, а что нет. Всё остальное зависит от их жадности, никто из них велосипед не изобретает и навряд ли изобретет.
Вроде всё, надеюсь кому-нибудь пригодиться. Всем удачи и чтобы топливо у ваших дизельных коней зимой не замерзало :))