BIODIESEL: GESCHIEDENIS, EIGENSCHAPPEN, SOORTEN, VOORDELEN, NADELEN - CHEMIE - 2026

De biodieselbrandstof is van natuurlijke oorsprong en wordt verkregen uit de reagerende plantaardige oliën of dierlijke vetten met alcoholen met een laag molecuulgewicht. Deze reactie wordt transesterificatie genoemd; dat wil zeggen, nieuwe vetzuuresters (ook wel monoalkylesters genoemd) worden gevormd uit de oorspronkelijke triglyceriden.

In andere contexten wordt in plaats van het woord 'transesterificatie' te gebruiken, gezegd dat de biomassa een alcoholyse ondergaat, omdat deze wordt behandeld met alcoholen; onder hen en voornamelijk methanol en ethanol. Het gebruik van methanol om deze biobrandstof te produceren is zo gewoon dat het er bijna synoniem aan is.

Biodiesel pomp B5. Bron: Pxhere.

Biodiesel is een groen alternatief voor het gebruik van diesel, diesel of petrodiesel (wat nog meer benadrukt dat de samenstelling uit petroleumkoolwaterstoffen bestaat). Hun eigenschappen en kwaliteit in termen van prestaties in dieselmotoren verschillen echter niet teveel, zodat beide brandstoffen in verschillende verhoudingen worden gemengd.

Sommige van deze mengsels kunnen rijker zijn aan biodiesel (bijvoorbeeld B100) of rijker aan petrodiesel (met slechts 5-20% biodiesel). Op deze manier verspreidt het dieselverbruik zich naarmate biodiesel op de markt wordt gebracht; niet zonder eerst een reeks ethische, productieve en economische problemen te overwinnen.

Als olie kan worden verkregen als een vloeistof die in staat is om te verbranden en energie te genereren om machines te verplaatsen, waarom dan geen olie van natuurlijke oorsprong? Dit alleen is echter niet voldoende: u moet een chemische behandeling ondergaan als u wilt concurreren of fossiele brandstoffen wilt bijhouden.

Wanneer deze behandeling met waterstof wordt uitgevoerd, spreekt men van een verfijning van de plantaardige olie of dierlijk vet; de oxidatiegraad is laag of de moleculen zijn gefragmenteerd. Terwijl in biodiesel in plaats van waterstof alcoholen (methanol, ethanol, propanol, etc.) worden gebruikt.

Geschiedenis

Omesteringsreactie

Het antwoord op het eerste probleem waarmee biobrandstoffen te maken zouden krijgen, is in het verleden ontdekt. In 1853 bereikten twee wetenschappers, E. Duffy en J. Patrick, de eerste omestering van een plantaardige olie, zelfs lang voordat Rudolf Diesel zijn eerste werkende motor startte.

Bij dit omesteringsproces reageren de triglyceriden van oliën en / of vetten met alcoholen, voornamelijk methanol en ethanol, om methyl- en ethylesters van vetzuren te produceren, evenals glycerol als secundair product. Een basische katalysator zoals KOH wordt gebruikt om de reactie te versnellen.

Het belangrijkste punt van de omestering van vetten is dat tachtig jaar later een Belgische wetenschapper, G. Chavanne genaamd, deze reactie zou ombuigen om de hoge en contraproductieve viscositeit van plantaardige oliën te verminderen.

Rudolf Diesel en zijn motor

De dieselmotor ontstond in 1890, al aan het einde van de 19e eeuw, als antwoord op de beperkingen van stoommachines. Het bracht alles samen wat je wilde van een motor: kracht en duurzaamheid. Het werkte ook met elk type brandstof; en tot bewondering van Rudolf zelf en de Franse regering kon hij met plantaardige oliën werken.

Omdat het triglyceriden-energiebronnen zijn, was het logisch om te denken dat ze bij verbranding warmte en energie zouden afgeven die mechanisch werk kunnen genereren. Diesel ondersteunde het directe gebruik van deze oliën, omdat het verheugd was dat boeren hun eigen brandstoffen konden verwerken op plaatsen ver weg van olievelden.

Het eerste functionele model van de dieselmotor was een succes bij de presentatie ervan op 10 augustus 1893 in Augusta, Duitsland. Zijn motor liep op pindaolie, aangezien Rudolf Diesel er vast van overtuigd was dat plantaardige oliën kunnen wedijveren met fossiele brandstoffen; maar net zoals ze op een ruwe manier werden verwerkt, zonder verdere behandelingen.

Dezelfde motor die op arachideolie liep, werd in 1900 op de Wereldtentoonstelling in Parijs gepresenteerd. Veel aandacht trok hij echter niet, omdat olie toen een veel toegankelijkere en goedkopere brandstofbron was.

Petrodiesel

Na de dood van Diesel in 1913 werd dieselolie (diesel of petrodiesel) gewonnen uit aardolieraffinage. En dus moest het dieselmotormodel, ontworpen voor arachideolie, worden aangepast en herbouwd om te werken met deze nieuwe brandstof, die minder stroperig was dan welke andere plantaardige of biomassa-olie dan ook.

Dit is hoe petrodiesel decennia lang de overhand had als het goedkoopste alternatief. Het was gewoon niet praktisch om grote hectares groentemassa's in te zaaien om hun oliën te verzamelen, die uiteindelijk, omdat ze zo stroperig waren, problemen veroorzaakten voor de motoren en niet dezelfde opbrengsten opleverden als met benzine.

Het probleem met deze fossiele brandstof was dat het de vervuiling van de atmosfeer verhoogde, en het was ook afhankelijk van de economie en politiek van olieactiviteiten. Gezien de onmogelijkheid om er gebruik van te maken, werden in sommige contexten plantaardige oliën gebruikt om zware voertuigen en machines te mobiliseren.

Biobrandstof in de Tweede Wereldoorlog

Toen in de Tweede Wereldoorlog olie schaars begon te worden als gevolg van het conflict, vonden verschillende landen het nodig om weer over te schakelen op plantaardige oliën; maar ze hadden te maken met de schade van honderdduizenden motoren vanwege het verschil in viscositeit dat hun ontwerp niet kon verdragen (en nog minder als ze geëmulgeerd water hadden).

Na de oorlog vergaten de naties opnieuw de plantaardige oliën en hervatten ze de praktijk om alleen benzine en petrodiesel te verbranden.

Geboorte van biodiesel

Het viscositeitsprobleem werd in 1937 op kleine schaal opgelost door de Belgische wetenschapper G. Chavanne, die een patent kreeg voor zijn methode om ethylesters van vetzuren te verkrijgen uit met ethanol behandelde palmolie.

Men kan daarom zeggen dat biodiesel formeel in 1937 werd geboren; maar de aanplant en massaproductie moesten wachten tot 1985, uitgevoerd aan een Oostenrijkse landbouwuniversiteit.

Door deze plantaardige oliën aan omestering te onderwerpen, werd het viscositeitsprobleem eindelijk opgelost, passend bij de prestaties van petrodiesel en zelfs een groen alternatief erboven.

Eigendommen

De eigenschappen van biodiesel zijn wereldwijd afhankelijk van de grondstof waarmee het is geproduceerd. Het kan kleuren hebben die variëren van goud tot donkerbruin, een uiterlijk dat afhangt van het productieproces.

Over het algemeen is het een brandstof met een goede smering, die het motorgeluid vermindert, de levensduur verlengt en minder investeringen in onderhoud vereist.

Het heeft een ontstekingspunt hoger dan 120ºC, wat betekent dat zolang de buitentemperatuur dit niet overschrijdt er geen brandgevaar bestaat; Dit is niet het geval met diesel, die zelfs bij 52ºC kan branden (heel gemakkelijk te bereiken voor een brandende sigaret).

Vanwege het gebrek aan aromatische koolwaterstoffen zoals benzeen en tolueen, vormt het geen carcinogeen risico in geval van morsen of langdurige blootstelling.

Evenzo bevat het geen zwavel in zijn samenstelling, dus het produceert geen vervuilende gassen SO ₂ of SO ₃ . Bij menging met diesel geeft het een groter smerende karakter dan zijn natuurlijke zwavelverbindingen. In feite is zwavel een ongewenst element, en wanneer diesel wordt ontzwaveld, verliest het smering die moet worden teruggewonnen met biodiesel of andere additieven.

Verkrijgen en produceren

Biodiesel wordt verkregen uit omesterde plantaardige oliën of dierlijke vetten. Maar welke van alle zouden de grondstof moeten vormen? Idealiter degene die grotere hoeveelheden olie of vet genereert uit een kleiner kweekgebied; dat, in meer gepaste termen, het aantal hectares zou zijn dat uw landbouwgrond beslaat.

Goede biodiesel moet afkomstig zijn van een gewas (granen, zaden, fruit, enz.) Dat grote hoeveelheden olie produceert uit kleine velden; anders zouden hun oogsten hele landen moeten beslaan en zouden ze economisch niet levensvatbaar zijn.

Nadat de biomassa is verzameld, moet de olie via oneindige processen worden gewonnen; onder hen is bijvoorbeeld het gebruik van superkritische vloeistoffen om olie te transporteren en op te lossen. Zodra de olie is verkregen, wordt deze onderworpen aan omestering om de viscositeit te verlagen.

Omestering wordt bereikt door de olie te mengen met methanol en een base in batchreactoren, hetzij onder ultrageluid, superkritische vloeistoffen, mechanisch roeren, enz. Wanneer methanol wordt gebruikt, worden vetzuurmethylesters (FAME, voor het Engelse acroniem: Fatty Acid Methyl Ester) verkregen.

Als daarentegen ethanol wordt gebruikt, worden vetzuurethylesters (FAEE) verkregen. Het zijn al deze esters en hun zuurstofatomen die biodiesel kenmerken.

Methanol en glycerol

Methanol is de alcohol die voornamelijk als grondstof wordt gebruikt bij de productie van biodiesel; en glycerol, aan de andere kant, is een bijproduct dat zou kunnen worden gebruikt om andere industriële processen te ondersteunen en daardoor de productie van biodiesel winstgevender kan maken.

Glycerol is afkomstig van de oorspronkelijke triglyceridemoleculen, die worden vervangen door methanol om drie DMARD's te creëren.

Soorten biodiesel

Verschillende oliën of vetten hebben hun eigen vetzuurprofielen; daarom heeft elke biodiesel verschillende monoalkylesters als gevolg van omestering. Toch, aangezien deze esters nauwelijks verschillen in de lengte van hun koolstofketens, vertonen de resulterende brandstoffen geen grote oscillaties tussen hun eigenschappen.

Er is dus geen classificatie voor biodiesel, maar eerder een andere efficiëntie en winstgevendheid afhankelijk van de bron van olie of vet die wordt geselecteerd voor de productie ervan. Er zijn echter biodiesel-petrodieselmengsels, omdat beide brandstoffen kunnen worden gemengd en met elkaar mengbaar zijn, wat hun gunstige eigenschappen voor de motor oplevert.

Pure biodiesel zou B100 zijn; wat gelijk is aan 0% petrodiesel in zijn samenstelling. Dan zijn er nog andere mixen:

- B20 (met 80% petrodiesel).

- B5 (met 95% petrodiesel).

- B2 (met 98% petrodiesel).

Auto's die vóór 1996 werden gebouwd, konden geen B100 in hun motoren gebruiken zonder dat bepaalde onderdelen moesten worden vervangen die waren verslechterd door de oplossende werking. Maar zelfs vandaag de dag zijn er automodellen die geen hoge concentraties biodiesel toestaan ​​in hun fabrieksgaranties, dus raden ze aan om mengsels te gebruiken die lager zijn dan B20.

Voordeel

Hieronder volgt een uitsplitsing van een reeks voordelen die biodiesel ten opzichte van petrodiesel heeft en die het een groen en aantrekkelijk alternatief maken:

- Het wordt gewonnen uit biomassa, een grondstof die hernieuwbaar is en vaak verloren gaat als afval.

- Het is biologisch afbreekbaar en niet giftig. Daarom zal het de bodem of zeeën niet vervuilen als het per ongeluk wordt gemorst.

- Het hoge vlampunt maakt het veiliger bij opslag en transport.

- Het produceert geen broeikasgassen omdat de CO _{2 die} vrijkomt gelijk is aan de hoeveelheid die door planten wordt opgenomen. Hierdoor voldoet het ook aan het Kyoto-protocol.

- Stimuleert plattelandsactiviteiten voor het planten van gewassen waaruit plantaardige olie wordt gewonnen.

- Het kan zelfs worden gemaakt van gebakken olie. Dit punt is sterk in het voordeel van u omdat gerecyclede olie, huishoudelijk of uit restaurants, kan worden gebruikt om meer groene brandstof te produceren in plaats van te worden verwijderd en het grondwater te vervuilen.

- Vertegenwoordigt een manier om op lange termijn onafhankelijk te worden van olie en zijn derivaten.

- Laat minder residu achter bij verbranding.

- Bacteriële algen zijn, naast sojabonen en zonnebloempitten, een veelbelovende bron van niet-eetbare (en voor veel ongewenste) biodiesel.

Nadelen

Niet alles is perfect met deze brandstof. Biodiesel heeft ook beperkingen die overwonnen moeten worden als het petroleumdiesel moet vervangen. Enkele van deze beperkingen of ongemakken van het gebruik zijn:

- Het heeft een hogere stollingstemperatuur, wat betekent dat het bij lage temperaturen een gel wordt.

- Zijn oplossend vermogen kan het natuurlijke rubber en polyurethaanschuim vernietigen dat aanwezig is in auto's die vóór 1990 zijn geassembleerd.

- Het is duurder dan petrodiesel.

- Verhoogt de prijzen van gewassen en voedsel omdat ze een meerwaarde hebben bij gebruik als grondstof voor biodiesel.

- Afhankelijk van de biomassa kan het vele hectares aan teelt nodig hebben, wat zou betekenen dat er ecosystemen worden weggenomen die vreemd zijn voor dit doel, en zou daarom de wilde fauna aantasten.

- Hoewel het bij de verbranding geen zwavelgassen produceert, geeft het wel hogere concentraties stikstofoxiden, NO _{x, vrij} .

- Er zouden grote hoeveelheden voedsel worden gebruikt, dat in plaats van hongersnood te verzadigen, zou worden gebruikt voor de productie van biodiesel.

Referenties

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Hersteld van: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28 december 2011). Biodiesel: voor- en nadelen. Twenergy. Hersteld van: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Hersteld van: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (3 april 2019). Geschiedenis van biodiesel. Energie op de boerderij. Hersteld van: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Hoe biodiesel werkt. Hoe dingen werken. Hersteld van: auto.howstuffworks.com
6. Pacific Biodiesel. (2019). Biodiesel. Hersteld van: biodiesel.com