BIODIESEL: GESCHICHTE, EIGENSCHAFTEN, TYPEN, VOR- UND NACHTEILE - CHEMIE - 2025

Der Biodieselkraftstoff ist ein natürlicher Ursprung, der aus den reagierenden pflanzlichen Ölen oder tierischen Fetten mit niedermolekularen Alkoholen gewonnen wird. Diese Reaktion wird Umesterung genannt; Das heißt, aus den ursprünglichen Triglyceriden werden neue Fettsäureester (auch Monoalkylester genannt) gebildet.

In anderen Zusammenhängen wird anstelle der Verwendung des Wortes "Umesterung" gesagt, dass die Biomasse einer Alkoholyse unterzogen wird, weil sie mit Alkoholen behandelt wird. unter ihnen und vorwiegend Methanol und Ethanol. Die Verwendung von Methanol zur Herstellung dieses Biokraftstoffs ist so verbreitet, dass es fast gleichbedeutend damit ist.

Biodieselpumpe B5. Quelle: Pxhere.

Biodiesel ist eine umweltfreundliche Alternative für die Verwendung von Dieselkraftstoff, Diesel oder Petrodiesel (was noch deutlicher macht, dass seine Zusammensetzung aus Erdölkohlenwasserstoffen besteht). Ihre Eigenschaften und ihre Leistungsqualität bei Dieselmotoren unterscheiden sich jedoch nicht zu stark, so dass beide Kraftstoffe in unterschiedlichen Anteilen gemischt werden.

Einige dieser Mischungen sind möglicherweise reich an Biodiesel (z. B. B100) oder reich an Petrodiesel (mit nur 5 bis 20% Biodiesel). Auf diese Weise breitet sich der Dieselverbrauch aus, wenn Biodiesel auf den Markt gebracht wird. nicht ohne zuerst eine Reihe von ethischen, produktiven und wirtschaftlichen Problemen zu überwinden.

Wenn Öl aus einer einfachen Sicht als Flüssigkeit gewonnen werden kann, die Energie verbrennen und erzeugen kann, um Maschinen zu bewegen, warum nicht ein Öl natürlichen Ursprungs? Dies allein reicht jedoch nicht aus: Sie müssen chemisch behandelt werden, wenn Sie mit fossilen Brennstoffen konkurrieren oder mithalten möchten.

Wenn diese Behandlung mit Wasserstoff durchgeführt wird, spricht man von einer Verfeinerung des pflanzlichen Öls oder tierischen Fettes; sein Oxidationsgrad ist gering oder seine Moleküle sind fragmentiert. Während in Biodiesel anstelle von Wasserstoff Alkohole (Methanol, Ethanol, Propanol usw.) verwendet werden.

Geschichte

Umesterungsreaktion

Die Antwort auf das erste Problem, mit dem Biokraftstoffe konfrontiert sein würden, wurde in der Vergangenheit entdeckt. Bereits 1853 erreichten zwei Wissenschaftler, E. Duffy und J. Patrick, die erste Umesterung eines Pflanzenöls, noch lange bevor Rudolf Diesel seinen ersten funktionierenden Motor startete.

Bei diesem Umesterungsprozess reagieren die Triglyceride von Ölen und / oder Fetten mit Alkoholen, hauptsächlich Methanol und Ethanol, unter Bildung von Methyl- und Ethylestern von Fettsäuren sowie Glycerin als Nebenprodukt. Ein basischer Katalysator wie KOH wird verwendet, um die Reaktion zu beschleunigen.

Der wichtigste Punkt bei der Umesterung von Fetten ist, dass achtzig Jahre später ein belgischer Wissenschaftler namens G. Chavanne diese Reaktion umleiten würde, um die hohe und kontraproduktive Viskosität von Pflanzenölen zu verringern.

Rudolf Diesel und sein Motor

Der Dieselmotor entstand 1890, bereits Ende des 19. Jahrhunderts, als Reaktion auf die Einschränkungen der Dampfmaschinen. Es brachte alles zusammen, was Sie von einem Motor wollten: Leistung und Haltbarkeit. Es funktionierte auch mit jeder Art von Kraftstoff; und zur Bewunderung von Rudolf selbst und der französischen Regierung konnte er mit Pflanzenölen arbeiten.

Als Triglycerid-Energiequellen war es logisch zu glauben, dass sie beim Verbrennen Wärme und Energie freisetzen würden, die mechanische Arbeit erzeugen könnten. Diesel unterstützte die direkte Verwendung dieser Öle, da es die Tatsache begrüßte, dass die Landwirte ihre eigenen Kraftstoffe an Orten weit entfernt von Ölfeldern verarbeiten konnten.

Das erste Funktionsmodell des Dieselmotors war bei seiner Präsentation am 10. August 1893 in Augusta, Deutschland, ein Erfolg. Sein Motor lief mit Erdnussöl, da Rudolf Diesel fest davon überzeugt war, dass Pflanzenöle mit fossilen Brennstoffen mithalten können. aber genauso wie sie auf grobe Weise verarbeitet wurden, ohne nachfolgende Behandlungen.

Derselbe Motor, der mit Erdnussöl betrieben wurde, wurde 1900 auf der Weltausstellung in Paris vorgestellt. Er erregte jedoch nicht viel Aufmerksamkeit, da Öl bis dahin eine viel zugänglichere und billigere Kraftstoffquelle war.

Petrodiesel

Nach dem Tod von Diesel im Jahr 1913 wurde Dieselöl (Diesel oder Petrodiesel) aus der Erdölraffination gewonnen. Daher musste das für Erdnussöl entwickelte Dieselmotormodell angepasst und umgebaut werden, um mit diesem neuen Kraftstoff zu arbeiten, der weniger viskos war als jedes andere Pflanzen- oder Biomasseöl.

So setzte sich Petrodiesel über mehrere Jahrzehnte als günstigste Alternative durch. Es war einfach nicht praktikabel, große Hektar pflanzlicher Massen zu säen, um ihre Öle zu sammeln, was letztendlich, da es so viskos war, Probleme für die Motoren verursachte und nicht den gleichen Erträgen entsprach, die mit Benzin erzielt wurden.

Das Problem mit diesem fossilen Brennstoff war, dass er die Verschmutzung der Atmosphäre erhöhte und auch von der Wirtschaft und Politik der Ölaktivitäten abhing. In Anbetracht der Unmöglichkeit, darauf zurückzugreifen, wurden in einigen Zusammenhängen Pflanzenöle verwendet, um schwere Fahrzeuge und Maschinen zu mobilisieren.

Biokraftstoff im Zweiten Weltkrieg

Als im Zweiten Weltkrieg das Öl infolge des Konflikts knapp wurde, hielten es mehrere Länder für notwendig, sich wieder pflanzlichen Ölen zuzuwenden. Sie mussten sich jedoch mit den Schäden von Hunderttausenden von Motoren aufgrund des Viskositätsunterschieds auseinandersetzen, den ihre Konstruktion nicht tolerieren konnte (und noch weniger, wenn sie Wasser emulgiert hatten).

Nach dem Krieg vergaßen die Nationen erneut Pflanzenöle und setzten die Praxis fort, nur Benzin und Petrodiesel zu verbrennen.

Geburt von Biodiesel

Das Viskositätsproblem wurde 1937 vom belgischen Wissenschaftler G. Chavanne in kleinem Maßstab gelöst, der ein Patent für sein Verfahren zur Gewinnung von Ethylestern von Fettsäuren aus mit Ethanol behandeltem Palmöl erhielt.

Man kann daher sagen, dass Biodiesel 1937 offiziell geboren wurde; Die Anpflanzung und Massenproduktion musste jedoch bis 1985 an einer österreichischen Landwirtschaftsuniversität erfolgen.

Indem diese Pflanzenöle einer Umesterung unterzogen wurden, wurde das Viskositätsproblem endgültig gelöst, das der Leistung von Petrodiesel entsprach und sogar eine grüne Alternative darüber darstellte.

Eigenschaften

Die Eigenschaften von Biodiesel hängen global von dem Rohstoff ab, mit dem er hergestellt wurde. Es kann Farben von Gold bis Dunkelbraun haben, ein physikalisches Erscheinungsbild, das vom Produktionsprozess abhängt.

Im Allgemeinen handelt es sich um einen Kraftstoff mit guter Schmierfähigkeit, der Motorgeräusche reduziert, seine Lebensdauer verlängert und weniger Investitionen für die Wartung erfordert.

Es hat einen Zündpunkt von mehr als 120 ° C, was bedeutet, dass keine Brandgefahr besteht, solange die Außentemperatur diese nicht überschreitet. Dies ist bei Diesel nicht der Fall, der selbst bei 52 ° C brennen kann (sehr leicht zu erreichen für eine brennende Zigarette).

Aufgrund des Mangels an aromatischen Kohlenwasserstoffen wie Benzol und Toluol stellt es kein krebserzeugendes Risiko bei Verschütten oder längerer Exposition dar.

Ebenso hat es keinen Schwefel in seiner Zusammensetzung, so dass es keine Schadgase SO ₂ oder SO _{3 erzeugt} . Wenn es mit Diesel gemischt wird, verleiht es ihm einen stärkeren Schmierecharakter als seine natürlichen Schwefelverbindungen. In der Tat ist Schwefel ein unerwünschtes Element, und wenn Diesel entschwefelt wird, verliert er die Schmierung, die mit Biodiesel oder anderen Additiven zurückgewonnen werden muss.

Beschaffung und Produktion

Biodiesel wird aus umgeesterten Pflanzenölen oder tierischen Fetten gewonnen. Aber welcher von allen sollte der Rohstoff sein? Idealerweise derjenige, der aus einem kleineren Anbaugebiet größere Mengen an Öl oder Fett erzeugt; angemessener ausgedrückt wäre dies die Anzahl der Hektar, die Ihr Ackerland einnimmt.

Guter Biodiesel muss aus einer Ernte (Getreide, Samen, Früchte usw.) stammen, die auf kleinen Feldern große Ölmengen produziert. Andernfalls müssten ihre Ernten ganze Länder abdecken und wären wirtschaftlich nicht rentabel.

Sobald die Biomasse gesammelt wurde, muss das Öl durch unendliche Prozesse extrahiert werden. Dazu gehört beispielsweise die Verwendung überkritischer Flüssigkeiten zum Transportieren und Auflösen von Öl. Sobald das Öl erhalten ist, wird es einer Umesterung unterzogen, um seine Viskosität zu verringern.

Die Umesterung wird durch Mischen des Öls mit Methanol und einer Base in Chargenreaktoren erreicht, entweder unter Ultraschall, überkritischen Flüssigkeiten, mechanischem Rühren usw. Bei Verwendung von Methanol werden Fettsäuremethylester (FAME, englisches Akronym: Fettsäuremethylester) erhalten.

Wenn andererseits Ethanol verwendet wird, werden Fettsäureethylester (FAEE) erhalten. Es sind all diese Ester und ihre Sauerstoffatome, die Biodiesel charakterisieren.

Methanol und Glycerin

Methanol ist der Alkohol, der hauptsächlich als Rohstoff für die Herstellung von Biodiesel verwendet wird. Glycerin hingegen ist ein Nebenprodukt, das zur Unterstützung anderer industrieller Prozesse und damit zur Rentabilität der Biodieselproduktion verwendet werden könnte.

Glycerin stammt aus den ursprünglichen Triglyceridmolekülen, die durch Methanol ersetzt werden, um drei DMARDs zu erzeugen.

Arten von Biodiesel

Verschiedene Öle oder Fette haben ihre eigenen Fettsäureprofile. Daher weist jeder Biodiesel infolge der Umesterung unterschiedliche Monoalkylester auf. Da sich diese Ester jedoch kaum in der Länge ihrer Kohlenstoffketten unterscheiden, zeigen die resultierenden Kraftstoffe keine großen Schwingungen zwischen ihren Eigenschaften.

Es gibt also keine Klassifizierung für Biodiesel, sondern eine unterschiedliche Effizienz und Rentabilität in Abhängigkeit von der Öl- oder Fettquelle, die für die Herstellung ausgewählt wird. Es gibt jedoch Biodiesel-Petrodiesel-Gemische, da beide Kraftstoffe gemischt werden können und miteinander mischbar sind, was ihre vorteilhaften Eigenschaften für den Motor ergibt.

Reiner Biodiesel soll B100 sein; das entspricht 0% Petrodiesel in seiner Zusammensetzung. Dann gibt es noch andere Mischungen:

- B20 (mit 80% Petrodiesel).

- B5 (mit 95% Petrodiesel).

- B2 (mit 98% Petrodiesel).

Autos, die vor 1996 gebaut wurden, konnten B100 nicht in ihren Motoren verwenden, ohne bestimmte Komponenten ersetzen zu müssen, die sich aufgrund ihrer Lösungsmittelwirkung verschlechterten. Es gibt jedoch auch heute noch Automodelle, die in ihren Werksgarantien keine hohen Konzentrationen an Biodiesel zulassen. Daher empfehlen sie die Verwendung von Gemischen unter B20.

Vorteil

Nachfolgend finden Sie eine Aufschlüsselung einer Reihe von Vorteilen, die Biodiesel gegenüber Petrodiesel hat und die ihn zu einer umweltfreundlichen und attraktiven Alternative machen:

- Es wird aus Biomasse gewonnen, einem Rohstoff, der nachwachsend ist und häufig als Abfall verloren geht.

- Es ist biologisch abbaubar und ungiftig. Daher verschmutzt es nicht die Böden oder Meere, wenn es versehentlich verschüttet wird.

- Sein hoher Flammpunkt macht es sicherer beim Lagern und Transportieren.

- Es entstehen keine Treibhausgase, da das freigesetzte CO ₂ die gleiche Menge des von Pflanzen aufgenommenen CO ₂ darstellt. Dank dessen entspricht es auch dem Kyoto-Protokoll.

- Ermutigt ländliche Aktivitäten zum Anbau von Pflanzen, aus denen Pflanzenöl gewonnen wird.

- Es kann sogar aus gebratenem Öl hergestellt werden. Dieser Punkt ist für Sie von großem Vorteil, da recyceltes Öl aus dem Inland oder aus Restaurants verwendet werden kann, anstatt mehr Grundwasser zu entsorgen und zu verschmutzen, um mehr grünen Kraftstoff zu produzieren.

- Stellt einen Weg dar, um langfristig unabhängig von Öl und seinen Derivaten zu werden.

- Hinterlässt beim Brennen weniger Rückstände.

- Bakterienalgen sind neben Sojabohnen und Sonnenblumenkernen eine vielversprechende Quelle für ungenießbaren (und für viele unerwünschten) Biodiesel.

Nachteile

Mit diesem Kraftstoff ist nicht alles perfekt. Biodiesel hat auch Einschränkungen, die überwunden werden müssen, wenn er Erdöldiesel ersetzen soll. Einige dieser Einschränkungen oder Unannehmlichkeiten bei der Verwendung sind:

- Es hat eine höhere Erstarrungstemperatur, was bedeutet, dass es bei niedrigen Temperaturen zu einem Gel wird.

- Seine Lösungsmittelkraft kann den Naturkautschuk und den Polyurethanschaum zerstören, die in vor 1990 montierten Fahrzeugen vorhanden sind.

- Es ist teurer als Petrodiesel.

- Erhöht die Preise für Pflanzen und Lebensmittel, da diese einen Mehrwert bieten, wenn sie als Biodiesel-Rohstoff verwendet werden.

- Abhängig von der Biomasse werden möglicherweise viele Hektar Anbau benötigt, was die Entnahme von Ökosystemen bedeuten würde, die diesem Zweck fremd sind, und daher die wilde Fauna beeinträchtigen würde.

- Obwohl es bei seiner Verbrennung keine Schwefelgase erzeugt, setzt es höhere Konzentrationen an Stickoxiden, NO _{x, frei} .

- Es würden große Mengen an Lebensmitteln verwendet, die anstelle von Hungersnöten zur Herstellung von Biodiesel verwendet würden.

Verweise

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