Биодизель — актуальная идея столетней давности

Ученым и специалистам хорошо известно, что многие научно-технические идеи и разработки становятся востребованными лишь через десятилетия, а иногда — через сотни лет после их рождения. Так произошло и с разработанной Рудольфом Дизелем в 1895 году концепцией использования растительного масла в изобретенном им же дизельном двигателе в качестве топлива. На международной выставке в Париже в 1900 году он демонстрировал двигатель, работавший на арахисовом масле.

Проблема прогрессирующего истощения нефтяных ресурсов побуждает сейчас искать альтернативные, возобновляемые источники топлива для автомобильного транспорта. На протяжении последних 20 лет не только в специализированных лабораториях и исследовательских центрах крупных компаний, но и на правительственном уровне активно культивируется идея использования растительных масел и животных жиров в качестве основы для создания возобновляемого, экологически безопасного топлива для дизельных двигателей — биодизеля.

В «Зеркале недели» (№48, 2005 г.) уже обсуждалась возможная роль и перспективы Украины в решении глобальных проблем создания и освоения альтернативного топлива — биодизеля. К сожалению, в интервью с министром АПК А.Баранивским была освещена лишь одна сторона проблемы, а именно — вопрос создания масштабной сырьевой базы. И действительно, Украина, как никакая другая страна, могла бы обеспечить семенами рапса, а следовательно, и рапсовыми маслами не только себя, но и европейские страны, использующие его для производства биодизеля. Соединенные Штаты применяют для этих целей соевое масло.

Однако рапсовые или соевые масла — это еще не биодизель. По определению американского Общества по тестированию и материалам биодизельное топливо — это моноалкиловые эфиры длинноцепочечных жирных кислот, получаемых из растительного масла или животного жира. Еще в школьном курсе химии нас учили, что любые жиры представляют собой эфиры длинноцепочечных жирных кислот и глицерина, который по своей химической природе является трехатомным спиртом. Это означает, что глицерин в жирах можно заменять тремя молекулами метилового спирта (метанола или этилового спирта). При этом мы также получим эфир, но он будет менее вязким, чем исходное растительное масло (эфир глицерина) и не будет затвердевать при низких температурах. Именно этот эфир метанола (или этанола) и длинноцепочечных жирных кислот является биодизелем, а процесс химического замещения в жирах глицерина спиртами называется переэтерификацией.

Помимо пониженной температуры затвердевания (а это ой как важно для наших зимних погодных условий), биодизель, как моторное топливо, обладает рядом ценных качеств. Его применение существенно продлевает время жизни двигателя, так как такое топливо обладает лучшей смазывающей способностью, чем горючее из нефти. При этом на 90% снижается риск раковых заболеваний. За счет того, что биодизель содержит 11% кислорода, количество углекислого газа уменьшается на 80%, угарного газа — на 35%, окислов серы — на 100%, аэрозолей (дымовых частиц размером менее 10 микрон) — на 32%. Ясно, что эти впечатляющие показатели имеют первостепенное значение для улучшения экологической ситуации. Любопытно также и то, что биодизель имеет приятный запах попкорна или жареного картофеля.

Биодизель может быть использован в чистом виде (марка В 100) либо в смеси с обычным дизельным топливом. Так, наиболее распространенный состав В 20 соответствует 20% биодизеля и 80% обычного топлива. Биодизель успешно применяется в Европе уже около 20 лет и всесторонне испытан в США, где с его использованием общий пробег транспорта составил 50 млн. километров. Существуют также американский и европейский стандарты на биодизель (ASTM,2003; DIN EN 14214,2003 соответственно).

С учетом ситуации, сложившейся сейчас на энергетическом рынке Украины, а также не очень радужных перспектив в ближайшем и отдаленном будущем, организация производства биодизеля в нашей стране представляется весьма актуальной. В Украине базовым возобновляемым сырьем является рапс (рапсовое масло), и это гарантирует нашу независимость от внешних поставщиков энергоносителей этого типа.

Если же мы остановимся только на расширении посевных площадей под рапс (см. «Зеркало недели» от 10.12.05) и увеличении объемов его продажи в развитые страны, то, очевидно, наша роль сведется лишь к выполнению функции поставщика сырья и энергозависимость от этого не уменьшится.

Необходимо организовать собственное масштабное производство. Известные сегодня технологии базируются на проведении процесса переэтерификации жидких жиров метанолом путем использования в качестве катализаторов сильных щелочей или серной кислоты. Процесс весьма кропотливый и не очень удобный, в том числе и с точки зрения образования отходов. Так, известно, что производство 10000 т биодизеля с кислотным катализатором сопряжено с накоплением 2000 т отходов, а именно — сульфата кальция (гипса), который образуется вследствие нейтрализации обработанной серной кислоты окисью кальция (негашеной известью).

Именно поэтому в последнее время рассматривается возможность создания и использования твердых кислотных и щелочных катализаторов, которые легко отделяются от реакционной массы, не вызывают коррозию аппаратуры и не создают проблем с отходами. Именно разработкой и исследованиями таких катализаторов занимается сейчас Институт сорбции и проблем эндоэкологии НАН Украины. Мы надеемся, что эти материалы будут востребованы в ближайшее время, если не у нас, то, по крайней мере, у западных производителей биодизеля.