Масло растений как топливо дизельных двигателях

Но на более далекую перспективу самыми интересными будут, по всей видимости, именно топлива из возобновляемых ресурсов. И прежде всего — из биомассы (древесина, продукты сельскохозяйственного производства и др.), которой в мире ежегодно образуется 170-200 млрд. т, что энергетически эквивалентно 70—80 млрд. т нефти. При этом и теоретически, и экспериментально доказано: наиболее перспективны растительные масла — подсолнечное, хлопковое, соевое, льняное, пальмовое, арахисовое, сурепное и др. Их можно использовать в исходном виде или после химической обработки (облагораживания), а также в смеси с нефтяными топливами или спиртами. Причем наиболее интересны не сами масла, а их метиловые эфиры, получаемые как из отходов производства пищевых продуктов, так и непосредственно из растительных масел. Именно поэтому в Европе (Англия, Германия, Польша, Франция, Швеция) и в Азии (Китай, Индия, Индонезия) уже начали применять на АТС топлива из растительных масел и продуктов их химической переработки — метиловые эфир и спирт. Более того, в перечисленных странах приняты законодательные акты о производстве смесей из дизельного топлива и таких продуктов.

Достоинства и недостатки (табл. 1, в которой знаком «+» обозначено наличие преимуществ по сравнению со штатным дизельным топливом, знаком «-» — их отсутствие, а «+»/»-» — сочетание и того, и другого) альтернативных топлив, а также особенности их применения в дизелях обусловлены их составом, физико-химическими свойствами и возможностью получения из возобновляемого сырья.

Как из нее видно, самыми перспективными действительно следует считать топлива, получаемые из растительных масел и в первую очередь — из масла рапсового. В том числе и потому, что, во-первых, высокая урожайность рапса дает возможность с 1 га его посевов иметь 1000-15000 л биотоплива; во-вторых, делает сырьевую базу практически неисчерпаемой.

Рапсовое масло представляет собой смесь моно-, ди- и триацилглицеринов, которые содержат в своем составе молекулы различных жирных кислот (табл. 2), т. е. высокомолекулярных кислородсодержащих соединений с углеводородным основанием, связанных с молекулой глицерина.

Главное достоинство топлив, получаемых из рапсового масла, — практически полная биоразлагаемость. Содержащиеся в них 10—12 % масс, кислорода позволяют заметно уменьшить выбросы в атмосферу таких вредных веществ, как углеводород и сажа, а также оксидов азота — из-за снижения температур сгорания. Кроме того, рапсовое масло в действительности не содержит соединении серы; в нем нет и полициклических ароматических углеводородов — канцерогенов, обычно содержащихся в отработавших газах дизелей. Перспективным считается, как и в случае других масел, не само рапсовое масло, а получаемый из него метиловый эфир: в ряде стран Европы его уже используют в качестве самостоятельного топлива или добавки к дизельному топливу нефтяного происхождения. Например, в Германии действуют более 90 заводов по производству рапсового масла, а топливо «биодизель» (соотношение 43:8) на базе метилового эфира рапсового масла выпускают восемь предприятий.

Данный эфир представляет собой смесь метиловых эфиров жирных кислот. Получают его путем прямой переэтерификации ацилглицеринов рапсового масла с метиловым спиртом при температуре 353—363 К (80—90 °С) в присутствии едкого калия. По своим физико-химическим свойствам он близок к стандартным дизельным топливам, т. е. от самого масла отличается меньшими плотностью, вязкостью и температурой воспламенения, более высоким цетановым числом, поэтому может, что очень важно, подаваться в цилиндры двигателя штатной топливоподающей аппаратурой. Главное же, при работе на ней дизель становится экологически чище. Так, фирма «Фольксваген» провела исследования серийного четырехцилиндрового вихрекамерного безнаддувного дизеля размерностью S/D — 8,64/7,65 и мощностью 40 кВт (54 л. с.), в ходе которых он сначала работал на дизельном топливе (характеристики: пределы выкипания — 449—621 К, или 176—348 °С, плотность — 821 кг/м 3 , цетановое число — 52), а затем на метиловом эфире с температурами выкипания 575—629 К (302—386 °С). Установлено: при работе на стенде по тесту ЕСЕ и переводе с дизельного топлива на эфир рапсового масла выбросы монооксида углерода снижаются с 4,5 до 3,57 г/тест, углеводородов — с 0,82 до 0,37 г/тест, а оксидов азота, наоборот, возрастают с 2,56 до 3,01 г/тест. Снижается и дымность отработавших газов. Например, на режимах полной нагрузки — на 2 ед. по шкале «Бош» во всем диапазоне скоростных режимов работы, на частичных — на 0,5—1 ед. Уменьшается также эмиссия канцерогенов ароматических углеводородов. Например, на режимах принятого в США цикла FTP 75 она в 2 раза меньше.

Правда, при всех циклах расход метилэфира оказывается несколько (на -12 %) больше расхода дизельного топлива. Это связано с меньшей, чем у последнего (37,8 против 42,5 МДж/кг), теплотворной способностью. При работе на метилэфире увеличивается и эмиссия альдегидов. Но в целом дизель, работающий на таком топливе, отличается более низкой суммарной токсичностью отработавших газов.

К сожалению, метилэфир рапсового масла — химически активная (агрессивная) жидкость. Поэтому при его использовании в качестве добавок к дизельному топливу баки, трубопроводы и другие элементы конструкции топливной системы, контактирующие с ним, должны иметь защитное покрытие. Кроме того, его производство нельзя отнести к числу экологически чистых. Наконец, он дороже дизельного топлива. Поэтому рапсовое масло, казалось бы, всетаки предпочтительнее. Однако при работе дизеля на нем тоже возникает ряд проблем. В частности, многие специалисты отмечают, что через 100—200 ч работы дизеля на нем наблюдаются повышенные количество углеродистых отложений на поверхности камеры сгорания и закок-совывание сопловых отверстий распылителей форсунок. Что вполне правомерно: в данном масле много смолистых веществ, поэтому его коксуемость (0,4 %) выше коксуемости дизельного топлива (0,2 %). Тем не менее, если учесть, что ГОСТ 305—82 ограничивает последнюю величиной 0,3 %, то совершенно очевидно: подобрать смеси дизельного топлива и рапсового масла, удовлетворяющие требованиям ГОСТа, особого труда не представляет.

Еще одна проблема, возникающая при работе дизеля на рапсовом масле, — повышенная вязкость последнего: при нормальной (293 К, или 20 °С) температуре она на порядок выше, чем у стандартного дизельного топлива (соответственно 75 и 3,8 мм 2 /с). Однако при повышении температуры эта разница уменьшается. Например, при 313 К (40 °С) вязкость рапсового масла — 36 мм 2 /с, т. е. уменьшается вдвое, а при 343 К (70 °С) — до 17,5 мм 2 /с, или еще более чем вдвое. Но главное в том, что существенно меньшей вязкостью обладают смеси рапсового масла с дизельным топливом. Так, вязкость смеси, содержащей (по объему) 80 % дизельного топлива и 20 % рапсового масла, при температуре 292 К (20 °С) составляет 9 мм 2 /с, а при 313 К (40 °С), характерной для условий систем топливопо-дачи дизелей, — 5 мм 2 /с. Иначе говоря, становится соизмеримой с вязкостью чистого дизельного топлива (норматив: 3—6 мм 2 /с).

Таким образом, поскольку рапсовое масло по своим физико-химическим свойствам отличается от стандартного дизельного топлива, его целесообразно применять в смеси с последним. Тем более, что эти компоненты хорошо смешиваются, а смеси имеют свойства, позволяющие сжигать их в дизеле без внесения изменений в его конструкцию.

Авторы статьи оценивали экономические и экологические показатели дизеля, работающего на таком биотопливе, не только по научным публикациям. Они провели собственное испытание дизеля Д-245.12С (4 ЧН 11/12,5), выпускаемого Минским моторным заводом, в двух вариантах его комплектации.

Первый из вариантов был оснащен турбокомпрессором ТКР-6 Борисовского завода автоагрегатов, ТНВД мод. PP4M10Ulf (диаметр и ход плунжеров — 10 мм) чешской фирмы «Моторпал», форсунками ОАО «Куроаппаратура» (г. Вильнюс), отрегулированными на давление начала впрыскивания 21,5 МПа (215 кгс/см2) и имеющими распылитель DOP 119S534 фирмы «Моторпал» с пятью распыливающими отверстиями диаметром 0,34 мм и суммарной эффективной площадью распылителя в сборе, равной 0,250 мм 2 . Результаты исследований его по 13-ступенчатому испытательному циклу показали: при работе дизеля на смеси «80 % дизельного топлива + 20 % рапсового масла» экологические показатели заметно улучшаются: выброс легких углеводородов снижается с 1,519 до 0,965 г/( кВт • ч), т. е. на 36,5 %; оксидов азота — с 7,442 до 7,159 г/(кВт • ч), или на 3,8 %. Однако выброс монооксида углерода, напротив, возрастает на 9,5 % — с З,482 до З,814 г/( кВт • ч).

Последнее обусловлено некоторым (на 6—10 %) увеличением часового расхода топлива и соответствующим повышением мощности дизеля. В частности, при переводе двигателя на смесевое биотопливо на режиме максимального крутящего момента (п = 1500 мин -1 ) мощность выросла с 53,6 до 57,1 кВт (с 72,8 до 77,6 л. с.), а на режиме максимальной мощности (п = 2400 мин -1 ) — с 75,5 до 78,2 кВт (со 102,6 до 106,3 л. с.). Коэффициент &#945 избытка воздуха остался при этом практически неизменным (соответственно 1,7 и 2,2 на указанных режимах), что объясняется меньшим количеством воздуха, необходимым для сгорания 1 кг топлива (14,3 кг/кг у дизельного топлива и 13,9 кг/кг у смеси).

Характерно, что переход с дизельного топлива на рассматриваемую смесь сказывается и на удельном эффективном расходе топлива: на режиме максимального крутящего момента он увеличивается с 225,8 до 231,8 г/(кВт•ч), или с 166,2 до 170,6 г/(л.с.•ч), а на режиме максимальной мощности — с 249,0 до 255,1 г/(кВт • ч), или с 183,3 до 187,8 г/(л.с. • ч). Причина — меньшая, чем у дизельного топлива, теплотворная способность смеси (соответственно 41,5 и 42,5 МДж/кг).

Эффективный КПД дизеля при таком переходе практически не изменился: на режиме максимального крутящего момента в обоих случаях он равен 37,5 %, а на режиме максимальной мощности — 34 %. Дымность отработавших газов на режиме максимального крутящего момента снизилась с 25 до 16 % по шкале Картриджа, а на режиме максимальной мощности — с 11 до 8 %. Наконец, после наработки 100 ч дизелем данной мощности коксования форсунок не отмечено.

Второй вариант оснащения дизеля Д-245.12С: топливная система производства Ногинского завода топливной аппаратуры, распылители мод. 171Р.10.03 Алтайского завода прецизионных изделий, имеющие 10 распыливающих отверстий диаметром 0,23 мм. Испытывали его на тракторе «Беларусь», причем в реальных условиях эксплуатации. Установлено: после 500 ч работы этого дизеля на смеси, содержащей 70 % дизельного топлива и 30 % рапсового масла, есть лишь частичное закоксовывание распылителей форсунок, которое практически не приводит к потере их работоспособности, хотя мощность двигателя снижает.

Таким образом, очевидно, что использование форсунок с меньшим числом распыливающих отверстий и, соответственно, большего их диаметра позволило значительно сократить или вообще избежать коксообразования. Причем для его полного устранения (и не только при работе на рапсовом масле) достаточно применять хорошо известные меры. Например, периодически работать на высокофорсированных режимах, периодически же подавать через распыливающие отверстия водотопливные эмульсии и т. п.

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.