Можно ли использовать растительное масло в качестве топлива?

Было бы неплохо, если бы мы нашли новый вид топлива для автомобилей, которого хватало на большие расстояния, а стоило бы оно не дорого.

Что если бы мы могли использовать уже известные и доступные средства для его изготовления? Может, мы могли бы использовать то, что уже никому не нужно — если кто-то собирается выбросить мусор, почему бы просто не отдать его нам! Здорово, если кто-то изобретет бесплатное топливо. Невероятно, но это уже свершилось, некоторые уже используют растительное масло.

Большинство ресторанов просто выбрасывают отходы, в то время как сторонники “растительного” топлива заключают сделки с ближайшими местами общепита, где им разрешают периодически приходить и забирать использованное масло. А имеет ли значение сколько машина сможет проехать на таком топливе, если оно досталось Вам даром? Конечно, есть одна проблема – мало просто залить масла в бак и ехать, куда глаза глядят – есть возможность испортить двигатель. Никто не дает гарантии того, что использование такого альтернативного топлива будет происходить в масштабах всей страны, но оно является альтернативой дорогим и все более дефицитным ископаемым видам топлива.

Прежде чем заливать в бензобаки вчерашний куриный жир, мы должны научиться различать растительные масла используемые в качестве топлива, и само биотопливо. Биотопливо является одним из видов топлива, полученного из растительных источников — зачастую сои, прошедшее очистку специальным оборудованием, которое отвечает законам о загрязнении окружающей среды. Многие автомобили с дизельным двигателем могут работать на биотопливе или смеси биотоплива с дизельным топливом без особых модификаций.

Использование растительного масла для топлива — совсем другое дело. В основном, люди используют масло, которое можно купить в супермаркете. Но это скорее самоделка. Такое масло не подвергается переработке, не проходит очистку и не тестируется в соответствии с экологическими законами.

Использование растительных масел в качестве топлива.

Как использовать растительное масло в качестве топлива? Во-первых, у Вас должен быть дизельный двигатель. Свечам зажигания, используемым в стандартных бензиновых двигателях, было бы очень нелегко достичь сгорания растительным маслом. Топливные провода и насосы в газовом двигателе не предназначены для обработки такого вида топлива, и многие приборы определения соотношений топлива в современных автомобилях просто не в состоянии справляться с такой альтернативой.

Использованное и охлажденное растительное масло должно быть полностью отфильтровано перед употреблением.

Если же у Вас дизельный двигатель, Вы можете использовать не переработанное масло. Однако растительное масло обладает очень высокой вязкостью. Оно имеет настолько плотную консистенцию, что двигатель испытывает трудности с его полным сжиганием при распылении в камере сгорания. В результате несгоревшее топливо забивает двигатель. Есть несколько вариантов решения этой проблемы. Во-первых, смешать растительное масло с более традиционными видами топлива, такими, как дизельное топливо. Это уменьшит проблему засорения, но не решит ее полностью.

Другое решение – два бака. Дизельное топливо позволит завести или заглушить мотор. Двигатель нагревается при запуске, выталкивая масло из двигателя до выключения. Масло, находящееся в другом баке, нагревается, нагретое масло распыляется лучше. На самом деле, растительное масло часто затвердевает при комнатной температуре, поэтому оно должно быть нагретым, что бы все работало. Однако, это еще не окончательное разрешение проблемы. Чтобы эффективно использовать растительное масло в качестве топлива, необходимы некоторые существенные модификации двигателя.

Начните с установки новых сопл подачи топлива с обширной системой фильтрации, чтобы только чистое топливо поступало в камеру сгорания. Тем, кто применяет использованное растительное масла из ресторанов, необходимо пропустить масло через несколько фильтров, прежде чем можно влить его в бензобак. В качестве фильтра можно использовать абсолютно любую прочную ткань, предотвращающую попадания кусочков пищи, которые могут забить топливные линии — рекомендуется использовать фильтр с размером ячейки в 40 микрон.

Новые свечи зажигания, используемые для подогрева топлива в условиях холодного запуска также могут улучшить работу, но только в том случае, если они сделаны специально для использования с маслом. Некоторые компании производят комплекты, которые включают все необходимое для выполнения этой модификации. Они варьируются в цене от нескольких сотен долларов до $3000, не считая установки. Elsbett Company производит двигатели специально разработанные для работы на масле, компания также занимается преобразованием двигателя.

Окупается ли использование масла?

Как известно, двигатель действительно может работать на растительном масле, но оно того стоит? С финансовой стороны конечно нет. Деньги, которые Вы сэкономите на топливе не покроют затраты на трансформацию двигателя. Кроме того, стоимость растительного масла, примерно такая же, как дизельного топлива. Масло может стоить и меньше, все зависит от того, где Вы проживаете или от того, где купите, но все равно разница незначительная. А что если брать масло из ресторанов бесплатно? Что если доставать топливо бесплатно, сможете ли Вы сэкономить? На сегодняшний день – да!

Сегодня масло используется в качестве топлива относительно небольшим количеством сторонников. У ресторанов не займет много времени понять, что масло становится ходовым товаром, т.к. с каждым днем все больше и больше людей заинтересованы им. Бесплатное снабжение топливом исчезнет быстро. Но не стоит заблуждаться: количество растительного масла, из ресторанов каждый день может показаться достаточным, но это ничто по сравнению с теми миллионами баррелей топлива которые мир потребляет ежедневно.

Немного шансов на то, что использованное масло сможет стать основным топливом для наших автомобилей, и еще меньше шансов, что оно продолжит оставаться бесплатным. На самом деле, к сожалению, нет способа сэкономить деньги используя растительное масло, но есть и другие причины его использования. Не существует официальной статистики пробега автомобилей на масле, но опыт показывает, что те, кто попробовал, смог увеличить пробег до 20 процентов. Несмотря на экономические минусы, есть экологические преимущества использования масла в качестве топлива.

Растительная основа топлива позволяет сгорать чище и не является токсичной. В отличие от ископаемого топлива, они получены из возобновляемых ресурсов. Внедрение современных методы ведения сельского хозяйства позволит выращивать много сои. Но хватит ли его для заправки автотранспортных средств во всем в мире? Время покажет. С учетом этих преимуществ, может показаться отличной идеей начать преобразование всех транспортных средств для работы на растительном масле. Прежде чем мы примем такие крупномасштабные изменения, необходимо рассмотреть возможные последствия.

Повышенный спрос на топливо из продовольственных культур, например этиловый спирт, который производится из зерна и сахара – приведет к росту цен на продовольствие. Также популярность такого альтернативного топлива может привести к уничтожению тропических лесов, поскольку фермеры начнут вырубать и сжигать леса, чтобы освободить место для новых полей с соей. Похоже, что как бы нам не хотелось решить жизненно важные энергетические проблемы, мы не сможем найти простых ответов.

Топливо на основе растительных масел

Растительные масла в чистом виде были впервые испытаны в двигателе Рудольфа Дизеля в конце ХIХ в. В последующем их вытеснило нефтяное топливо в связи с меньшей стоимостью. Однако после повышения цен на нефть в 1977 г. исследователи вновь вернулись к растительным маслам как альтернативному возобновляемому топливу для дизельных двигателей. Научный поиск при исследовании растительных видов топлива ведется в Европе (Англия, Германия, Польша, Франция, Швеция), в Азии (Япония, Китай, Индия, Индонезия) и США.

В мировой практике сложилось два основных направления по применению топлив из растительных масел: приближение свойств масел к свойствам дизельного топлива и адаптация дизельного двигателя к применяемым топливам. Свойства растительных масел в основном изменяют за счет их переработки в эфиры. Предпринимаются и другие попытки приблизить свойства растительного масла к свойствам нефтяного дизельного топлива.

1. Растительные масла без химической обработки

Очищенное и отбеленное соевое масло подвергли термическому крекингу с применением метода перегонки нефтепродуктов. Полученное топливо назвали TCSBO. В результате такой обработки масла увеличилось его цетановое число с 38 до 43 и снизилась вязкость. Моторные испытания на полученном топливе при сравнении с дизельным топливом показали снижение эффективной мощности и удельного расхода топлива, увеличение максимальной скорости повышения давления в цилиндре при высоких нагрузках, снижение выбросов NO_x с отработавшими газами, но увеличение концентрации C_nH_m.

Проводят также пиролиз растительных масел. При этом из продуктов разложения масел можно выделить фракции, подобные по свойствам дизельному топливу.

В качестве моторного топлива в мировой практике использовались различные растительные масла: арахисовое, хлопковое, соевое, подсолнечное, рапсовое, кокосовое, пальмовое. В Европе наиболее перспективными считают топлива, полученные из рапсового масла, так как рапс относительно зимостоек и неприхотлив при выращивании.

Различие свойств топлив на основе рапсового масла со свойствами дизельного топлива обусловливает и различие в процессах впрыскивания, распыливания и смесеобразования. Основными параметрами процесса впрыскивания являются: дальнобойность распыления топлива, начальная скорость топлива, вероятность разрыва струи, максимальная скорость капель топлива в неподвижной газовой среде, зависимость дальнобойности вершины струи от времени, длина струи до момента ее разрыва и угол распыления топлива. Свойства топлива, влияющие на параметры процесса впрыскивания: вязкость, плотность, сжимаемость, поверхностное натяжение, скорость распространения волн давления и давление паров.

При переводе работы двигателя с дизельного топлива на рапсовое масло впрыск начинается позже на 3…3,5° поворота коленчатого вала (ПКВ) и продолжительность впрыскивания больше на 1,5…2,5° ПКВ, структура факела в поперечном сечении становится более неравномерной, угол раскрытия факела уменьшается, факел становится более дальнобойным. Остаточное давление в топливо-проводе выше для рапсового масла. Для растительных масел время полного подъема иглы более стабильно. Игла садится в седло в течение более длительного промежутка времени. При подаче растительного масла давление впрыска более высокое. При использовании растительного топлива наблюдается более высокая скорость увеличения давления в топливопроводе высокого давления.

При переводе двигателя с дизельным топливом на растительное масло наблюдается увеличение периода задержки воспламенения. Процесс сгорания на растительном масле протекает с меньшими скоростями, чем на дизельном топливе, поэтому на масле двигатель работает менее шумно. При переводе двигателя на смесевые топлива на основе растительного масла наблюдается уменьшение среднего индикаторного давления, максимального давления в цилиндре и максимальной температуры цикла.

По экономичности рабочего процесса растительное масло уступает дизельному топливу. Сгорание масла отличается большей продолжительностью по сравнению со сгоранием дизельного топлива.

Экологические показатели дизелей при использовании топлив с добавлением рапсового масла изменяются разнонаправленно и зависят от конструкции двигателя, его скоростного и нагрузочного режима.

2. Метиловый эфир рапсового масла

Метиловый эфир как топливо по своим характеристикам наиболее близок к дизельному топливу. Метиловый эфир рапсового масла или другой биодизель хорошо смешиваются с дизельным топливом. Биодизель — это эфиры соответствующих масел, которые используются как дизельное топливо.

Метиловый эфир обычно получают методом, известным как трансэтерификация. Молекула глицерольного эфира жирной кислоты расщепляется на молекулы метилового эфира. При этом масла и жиры реагируют со спиртом (обычно с метанолом), а катализатором является натриевый или содовый гидроксид (сода, щелок, поташ или едкий натрий). В результате этой реакции получают метиловый эфир рапсового или другого масла и глицерин. В процессе реакции для получения 1 т метилового эфира расходуется 980 кг масла, 125 кг метилового спирта, 14,2 кг катализатора.

Рассмотрим энергетический баланс производства метилового эфира рапсового масла и смесевого топлива на основе рапсового масла на примере 1 га посева рапса. Затраты на производство рапсовых семян составляют 17,7 ГДж, на извлечение масла — 0,7 ГДж. Из табл. 1 видно, что затраты энергии при производстве метилового эфира рапсового масла выше, чем выход по топливной составляющей. Это связано с необходимостью тратить дополнительную энергию при реакции трансэтерификации. Для растительного масла выход энергии по топливной составляющей выше, чем затраты, и достигает 10,4 ГДж, что эквивалентно 298 л дизельного топлива. Однако при условии рационального использования шрота и соломы по обоим видам топлива наблюдается положительный баланс энергии: 85,4 % для растительного масла и 62,1 % для метилового эфира рапсового масла.

Таблица 1. Энергетический баланс альтернативных видов топлива, ГДж/га

Показатель	Смесевое топливо	Метиловый эфир рапсового масла
Затраты энергии	18,4	47,7
Выход энергии:
по топливной составляющей	29,3	28,0
топливу и шроту	61,0	61,15
топливу, шроту и соломе	125,8	126,0

Метиловый эфир может подаваться в двигатель как в чистом виде, так и в смеси с дизельным топливом через штатную топливоподающую систему. Необходима лишь замена некоторых уплотнительных материалов, к которым эфир агрессивен. По сравнению с дизельным топливом метиловый эфир рапсового масла имеет ряд достоинств: высокое цетановое число, высокую температуру вспышки, лучшие смазывающие свойства. Однако он имеет и недостатки: низкую стабильность при хранении, отрицательное влияние на моторное масло. Метиловый эфир растворяет лакокрасочные покрытия и резину.

При использовании смесевых топлив на основе эфира рапсового масла изменяются показатели рабочего процесса дизеля. При неизменных регулировках топливной аппаратуры с увеличением содержания эфира жесткость и максимальное давление сгорания растут. Эти изменения заметны при работе дизеля на топливе с содержанием более 10 % метилового эфира рапсового масла.

Присутствие кислорода в метиловом эфире (до 11 %) улучшает процесс сгорания, что приводит к уменьшению выбросов C_nH_m на 10…56 %, СО — на 10…43 %, СО₂ и сажи — на 50…55 %. В метиловом эфире рапсового масла практически полностью отсутствуют сера (10…15 ppm) и ароматические соединения, поэтому в отработавших газах дизеля почти нет оксидов серы и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). При этом наблюдается увеличение эмиссии NO_x на 10 %.

Биодизельное топливо может использоваться в дизельных двигателях вместе со стандартным дизельным топливом:

• B5: смесь 5 % биодизеля и 95 % дизеля;
• B20: смесь 20 % биодизеля и 80 % дизеля;
• B100: чистый биодизель (100 %).

Согласно СТБ 1658–2012 в дизельном топливе, выпускаемом в Республике Беларусь, допускается содержание метиловых эфиров жирных кислот (FAME) в количестве 5 % (объемная доля).

При использовании биодизельного топлива рекомендуется выполнять ряд мероприятий, направленных на повышение надежности эксплуатации дизелей:

• биодизель должен соответствовать спецификациям (EN 14214, ASTM D 6751 или DIN 51606), и поставщик должен поддерживать высокое качество топлива;
• следует приобретать уже готовые биодизельные смеси. При самостоятельном смешивании дизельного топлива с биодизелем можно получить неоднородную смесь, что может привести к неполадкам;
• необходимо следить за тем, чтобы в топливо не попадала вода. Биодизель собирает влагу из атмосферы. Топливные баки нужно держать максимально наполненными, чтобы ограничить проникновение в них воздушных и водных паров. Ежедневно необходимо спускать воду с топливных фильтров двигателя и фильтров предварительной очистки;
• биодизельные смеси не должны содержаться в топливной системе машины более 3 месяцев. Биодизель может снимать со стенок баков ржавчину и частицы, которые обычно оседают на стенках баков и не вызывают никаких проблем. Эти частицы впоследствии попадут в топливные фильтры и приведут к их засорению и сокращению срока службы. При неизбежности долгих периодов хранения техники необходимо, чтобы двигатель предварительно поработал на дизельном топливе в течение 20 ч;
• следует проверять топливные фильтры как минимум раз в неделю и менять при необходимости;
• пролитый биодизель надо немедленно вытирать, иначе он может испортить краску на машине;
• при использовании смеси выше В5 и до В20 включительно рекомендуется переходить на дизель, если температура окружающей среды ниже –9 °С. В таких условиях в баке и топливных трубках образуются твердые отложения, которые, как парафиновые отложения в дизельном топливе, будут собираться в топливном фильтре, что может впоследствии привести к его засорению;
• если на машине установлено устройство для предварительной очистки выхлопных газов, например дизельный сажевый фильтр (DPF) или система снижения токсичности выхлопа (SCR), необходимо проконсультироваться с поставщиком по вопросу совместимости устройства с биодизелем;
• каждые 3 месяца или каждые 150 ч работы необходимо проверять шланги, соединения и прокладки;
• при переходе с биодизеля на дизель топливные фильтры, масло и масляные фильтры следует заменить, даже если это происходит в промежутке между сервисными интервалами.

Несоблюдение условий использования биодизеля может привести к сильному повреждению двигателя и аппаратуры системы впрыска топлива.