Joseph Norman
0 
4926
1343
biodiesel Justin Sullivan / Getty Images Nyheter / Getty Images Alternativa bränslefordon Bildgalleri
Foto med tillstånd Nebraska Soybean Board
Buss som kör på sojabönbiodiesel. Se bilder på alternativa bränslefordon.
Om du har läst eller sett nyheterna på sistone har du antagligen stött på någon artikel, utdrag eller ljudbitt relaterat till olja och oljepris. Även i dina dagliga rutiner finns det goda chanser att någon nämner det. Oavsett om det handlar om fordon, ekonomi, historia, geografi eller politik, har olja lyckats filtrera in i nästan alla aspekter av vårt dagliga liv. Det är en av de mest diskuterade (och kontroversiella) varorna som konsumenter litar på dagligen.
Allt detta tal om oljegnistor fortsatte att intressera sig för bensinalternativ. Saker som elbilar och vätgasbränsleceller talas om som möjliga alternativ till olja. När tekniken förbättras kan dessa koncept bli verklighet. Men hur är det nu??
Förlorade i mixen är biobränslen, bränslen tillverkade av biologiska ingredienser istället för fossila bränslen. Dessa utgångsingredienser kan variera från majs till sojabönor till animaliskt fett, beroende på typen av bränsle som tillverkas och produktionsmetoden.
I den här artikeln tittar vi närmare på biodiesel, en av de viktigaste biobränslena. Till att börja med skulle det vara en bra idé att kolla in hur bilmotorer fungerar och hur dieselmotorer fungerar för att få lite bakgrund. Efter det, gå tillbaka och vi kommer att skilja biodieselfakta från fiktion.
Generellt sett är biodiesel ett alternativ eller tillsats till standard dieselbränsle som tillverkas av biologiska ingredienser istället för petroleum (eller råolja). Biodiesel är vanligtvis tillverkad av växt oljor eller djur fett genom en serie kemiska reaktioner. Det är båda giftfri och förnybar. Eftersom biodiesel i huvudsak kommer från växter och djur kan källorna fyllas på genom jordbruk och återvinning.
Biodiesel är säkert och kan användas i dieselmotorer med liten eller ingen modifiering behövs. Även om biodiesel kan användas i dess rena form är det vanligtvis blandad med vanlig dieselbränsle. Blandningar indikeras av förkortningen Bxx, var xx är procentandelen biodiesel i blandningen. Till exempel är den vanligaste blandningen B20, eller 20 procent biodiesel till 80 procent standard. Så, B100 avser ren biodiesel.
Foto med tillstånd USA: s avdelning för energi
Biobränslen, såsom etanol tillverkad av majs och biodiesel tillverkad av sojabönor, hjälper till att stödja det amerikanska jordbruket.
Biodiesel är emellertid inte bara en fängslande term. Det finns också en formell, teknisk definition som erkänns av ASTM International (tidigare känd som American Society for Testing and Materials), den organisation som ansvarar för att tillhandahålla industristandarder. Enligt National Biodiesel Board (NBB) är den tekniska definitionen av biodiesel enligt följande:
- ett bränsle bestående av monoalkylestrar av långkedjiga fettsyror härrörande från vegetabiliska oljor eller animaliska fetter, betecknade B100, och uppfyller kraven i ASTM D 6751.
Det låter lite grovt, men det är mycket mer bekant än du kanske tror - du stöter på dessa fettsyror varje dag. Vi tittar mer på dem i nästa avsnitt.
 Foto med tillstånd National Biodiesel Board Sojabönor kan göras till biodiesel. |
En del av det som gör biodiesel så tilltalande och intressant är att den kan tillverkas från många naturliga källor. Även om animaliskt fett kan användas, växtolja är den största källan till biodiesel. Du har antagligen använt några av dessa i köket. Forskare och ingenjörer kan använda oljor från kända grödor som sojabönor, raps, raps, palm, bomullsfrö, solros och jordnötter för att producera biodiesel. Biodiesel kan till och med tillverkas av återvunnet kokfett!
Den vanliga tråden som delas av alla biodieselkällor är att de alla innehåller fett i någon form. Oljor är bara fetter som är flytande vid rumstemperatur. Dessa fetter, eller triacylglyceroler (ibland kallade triglycerider) består av kol-, väte- och syreatomer bundna samman och arrangerade till ett specifikt mönster. Dessa triacylglyceroler är ganska utbredda. Förutom hushållens vegetabiliska oljor finns de också i vanliga saker som smör och ister. Du kanske har sett ett antal triglycerider om du har varit hos en läkare och fått lite blodarbete.
Ett sätt att visualisera dessa triacylglyceroler är att tänka på ett kapital "E." Bildande av den vertikala ryggraden i denna E är en molekyl som kallas glycerol. Glycerol är en vanlig ingrediens som används för att tillverka sådana saker som tvål, läkemedel och kosmetika. Fäst vid denna glycerolskelett och bildar de horisontella elementen i E finns tre långa kedjor som består av kol, väte och syre. Dessa kallas fettsyror.
H H H H H
\ / | \ /
C ----------- C ----------- C
| | |
O O O
\ \ \
C = O C = O C = O
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H-C-H H-C-H H-C-H
| | |
H H H
Så hur hamnar dessa triacylglyceroler i en bil, lastbil eller båt? Biodiesel är inte ren vegetabilisk olja. Även om rå vegetabilisk olja har använts för att bränna dieselmotorer tidigare har det vanligtvis orsakat problem. Det råa fettet eller oljan måste först genomgå en serie kemiska reaktioner för att bli bränsle. Det finns några olika sätt att göra biodiesel, men de flesta tillverkningsanläggningar producerar industriell biodiesel genom en process som kallas transesterifiering. I detta förfarande renas fettet eller oljan först och reageras sedan med en alkohol, vanligtvis metanol (CH3OH) eller etanol (CH3CH20O) i närvaro av en katalysator såsom kaliumhydroxid (KOH) eller natriumhydroxid (NaOH). När detta händer omvandlas triacylglycerolen till estrar och glycerol. De återstående estrarna är vad vi då kallar biodiesel.
Är det gamla nyheter? I nästa avsnitt kommer vi att undersöka historien och motivationen bakom biobränslen rörelse.
 Foto med tillstånd Bob Allan Nuvarande amerikansk biodieselproduktion kommer främst från olja från sojabönor som dessa eller från återvunnen restaurangmatolja. |
Begreppet biodrivmedel är förvånansvärt gammalt. Rudolf Diesel, vars uppfinning nu bär sitt namn, hade föreställt vegetabilisk olja som bränslekälla för sin motor. Faktum är att mycket av hans tidiga arbete handlade om användningen av biobränsle. 1900, till exempel, på världsutställningen i Paris, Frankrike, demonstrerade Diesel sin motor genom att köra den på jordnötsolja. På liknande sätt förväntade Henry Ford att hans Model T skulle köras på etanol, en majsprodukt. Så småningom, i både Diesels och Fords fall, kom petroleum in i bilden och visade sig vara den mest logiska bränslekällan. Detta baserades bland annat på utbud, pris och effektivitet. Även om det inte var vanligt, användes vegetabiliska oljor också för diesel under 1930- och 1940-talet.
Det var på 1970- och 1980-talet som tanken på att använda biodrivmedel återbesöktes i USA. En av de viktigaste händelserna inträffade 1970 med att miljöskyddsbyrån (EPA) antog Clean Air Act. Detta gjorde det möjligt för miljöavtalet att reglera utsläppsnormerna för föroreningar som svaveldioxid, kolmonoxid, ozon och kväveoxider (NOx) närmare. Detta skapar scenen för att utveckla renare-brinnande bränslen. Detta sätter också standarder för bränsletillsatser.
Händelser utomlands som den arabiska oljeembargot 1973-1974 och den iranska revolutionen 1978-1979, tillsammans med en minskning av den inhemska oljeproduktionen, bidrog till att höja priserna. Enligt den amerikanska energidepartementets energiapplysning minskade importen av råolja med 30% under embargot, och "världspriset på råolja hoppade från cirka 14 dollar per fat i början av 1979 till mer än $ 35 per fat i Januari 1981 innan stabiliseringen. Priserna sjönk inte märkbart förrän 1983, då världspriset stabiliserades mellan 28 och 29 dollar per fat. "
När oljepriserna ökade började forskare leta någon annanstans. I augusti 1982 hölls den första internationella konferensen om växter och vegetabiliska oljor i Fargo, N.D. Denna konferens behandlade frågor som sträcker sig från bränslekostnader och effekterna av vegetabilisk olja till bränsletillsatser och extraktionsmetoder.
1990 ändrades Clean Air Act och innehöll strängare begränsningar av fordonsutsläpp. Ändringsförslaget införde bestämmelser för sådant som ökat syreinnehåll i bensin (som sänker utsläppen av kolmonoxid) och lägre svavelhalt i dieselbränslen.
1992 antog EPA energipolitiken eller EPACT. Detta syftade till att öka mängden alternativt bränsle som används av de amerikanska myndigheternas transportflottor för att minska beroendet av utländsk olja. EPACT-ändringen från 1998 inkluderade användning av biodieselbränsle i befintliga statliga dieselfordon som ett acceptabelt alternativ till att köpa alternativa bränslefordon, eller AFV, som föreskrivs i den ursprungliga EPACT.
Med alla dessa regler och förordningar på plats är det förståeligt att alla livskraftiga petroleumalternativ skulle orsaka en kram. Men biodiesel är inte ett perfekt ersättare för bensin. Vi ska titta på dess fördelar och nackdelar i nästa avsnitt.
Biodiesel har flera viktiga fördelar:- Biodiesel är miljövänlig.
- Det kan bidra till att minska beroendet av utländsk olja.
- Det hjälper till att smörja själva motorn och minskar motorns slitage.
- Den kan användas i nästan vilken diesel som helst med liten eller ingen motorändring.
- Det är säkrare än konventionell diesel.
Utsläppskontroll är central för biodieselargumentet, särskilt i lagstiftningsfrågor. Det finns några få delar av utsläpp som är särskilt skadliga och orsakar oro bland forskare, lagstiftare och konsumenter. Svavel och dess relaterade föreningar bidrar till bildandet av surt regn; kolmonoxid är ett allmänt erkänt toxin; och koldioxid bidrar till växthuseffekten. Det finns också några mindre kända föreningar som orsakar oro, såsom polycykliska aromatiska kolväten (PAH), ringformade föreningar som har kopplats till bildandet av vissa typer av cancer. Partiklar (PM) har negativa hälsoeffekter och oförbrända kolväten bidrar till bildandet av smog och ozon.
Biodiesel minskar farliga utsläpp. Av de nuvarande biobränslena är biodiesel den enda som har framgångsrikt genomfört utsläppstest i enlighet med Clean Air Act.
| Genomsnittliga utsläpp av biodiesel jämfört med konventionell diesel | ||
| Utsläppskomponent | B100 | B20 |
| Totalt oförbrända kolväten | -67% | -20% |
| Kolmonoxid | -48% | -12% |
| Partikelformat | -47% | -12% |
| NOx | +10% | +2% |
| sulfater | -100% | -20% |
| PAH | -80% | -13% |
| Källa: National Biodiesel Board | ||
Dessutom kan B100 minska koldioxidutsläppen med 78 procent och sänka de cancerframkallande egenskaperna hos dieselbränsle med 94 procent (National Biodiesel Board, U.S. DOE Office of Transportation Technologies).
En annan funktion med biodiesel är att det är det biologiskt nedbrytbar, vilket betyder att det kan sönderdelas som ett resultat av naturliga medel som bakterier. Enligt EPA nedbryts biodiesel med en hastighet fyra gånger snabbare än konventionellt dieselbränsle. På detta sätt, i händelse av spill, skulle saneringen vara enklare och efterdyningarna inte vara lika skrämmande. Detta gäller också för biodieselblandningar.
Biodiesel kan också sänka det amerikanska beroendet av importerad olja och öka vår energisäkerhet. De flesta biodieslar i USA är tillverkade av sojabönsolja, vilket är en viktig inhemsk gröda. Eftersom amerikanska petroleumkraven ökar och världens tillgång minskar, kan ett förnybart bränsle som biodiesel, om det genomförs korrekt, lindra vissa av de amerikanska energibehoven..
Biodiesel bidrar också till en motors smörjighet eller dess rörlighet. Biodiesel fungerar som ett lösningsmedel, vilket hjälper till att lossa avlagringar och andra skräp från insidan av en motor som potentiellt kan orsaka träskor. Eftersom ren biodiesel inte lämnar några egna avsättningar, resulterar detta i ökad livslängd på motorn. Det uppskattas att en biodieselblandning på bara 1 procent kan öka bränslesmörjningsgraden med så mycket som 65 procent (U.S. DOE Office of Transportation Technology).
Biodiesel är också säkrare. Det är giftfri (cirka 10 gånger mindre giftigt än bordsalt) och har en högre flampunkt än konventionell diesel. Eftersom det bränner vid en högre temperatur, är det mindre troligt att det förbränns av misstag. Detta underlättar förflyttnings- och lagringsföreskrifter. Därefter ska vi titta på nackdelarna och framtiden för biodiesel.
Foto med tillstånd Paul Roessler
Mikroalger, organismer från vilka ett dieselliknande bränsle kan härledas: Odlade i de amerikanska sydvästra öknarna, NREL-utvecklade mikroalger kan en dag producera stora mängder lipider för omvandling till biodieselbränsle.
Naturligtvis är ingenting utan straff, och biodiesel har sina nackdelar. Vissa har att göra med själva bränslet, och många har att göra med den större bilden.
Ett av problemen med själva bränslet är ökning av NOx i utsläpp av biodiesel. När du minskar mängden partiklar i utsläppen är det ofta en motsvarande ökning av kväveoxider som bidrar till smogbildningen. Även om en del av detta kan hanteras genom att justera själva motorn, är det inte alltid genomförbart. Det finns teknik som forskas för att minska NOx-mängder i biodieselutsläpp.
Ett annat problem är biodiesels beteende som lösningsmedel. Även om den här egenskapen är till hjälp, är den typ av dubbelkantad svärd. Vissa äldre dieselbilar (som bilar tillverkade före 1992) kan uppleva tilltäppning med högre koncentrationer av biodiesel. På grund av dess förmåga att lossa avlagringar som är uppbyggda i motorn (som kan vara där från gammalt dieselbränsle), kan biodiesel orsaka att bränslefiltret fastnar med de nyligen befriade depositionerna. Biodieseltillverkare föreslår att du byter bränslepump kort efter att ha bytt till biodieselblandningar med hög koncentration. Komponenter inom dessa äldre bränslesystem kan också försämras. Förutom avlagringar i bränslesystemet bryter biodiesel också gummikomponenter. Vissa delar i de äldre systemen, som bränsleledningar och tätningar för bränslepumpar, kan brytas ner på grund av deras gummi eller gummiliknande sammansättning. Detta åtgärdas vanligtvis genom att byta ut sådana komponenter. Även om många tillverkare har inkluderat biodiesel i sina garantier, kan det fortfarande finnas potential för problem. För mer information om biodiesel och fordonsgarantier, kolla in Biodiesel-standarden.
I vissa motorer kan det också vara svagt minskning av bränsleekonomi och kraft. I genomsnitt är det cirka 10 procents minskning av makten. Med andra ord tar det cirka 1,1 liter biodiesel till lika med 1 gallon standarddiesel.
De största nackdelarna med biodiesel är kopplade till den större bilden, nämligen marknaden och tillhörande logistik. Av dessa är det viktigaste kosta. Enligt EPA kan ren biodiesel (B100) kosta var som helst från $ 1,95 till $ 3,00 per gallon, medan B20 blandar i genomsnitt 30-40 cent mer per gallon än vanlig diesel. Allt beror på variabler som använt råmaterial och marknadsförhållanden.
Den andra, kanske viktigare frågan är den av belopp och tillgänglighet. Även om biodiesel inte nödvändigtvis produceras i alla 50 stater, kan den göras tillgänglig i alla av dem. Det finns tre huvudsakliga sätt att få biodiesel, med varje metod som passar bättre för vissa typer av kunder. Biodiesel kan köpas direkt från leverantören, från en petroleumsdistributör eller från offentliga pumpar. Det finns för närvarande 19 NBB-medlemmar som producerar och marknadsför biodiesel i USA. Kontakta National Biodiesel Board för att ta reda på hur du får biodiesel. Alternative Fuels Data Center har också en sökfunktion som låter dig hitta tankstationer efter stad eller stat.
För information om lokalisering av biodieselstationer utanför USA, kontakta din lokala biobränslebyrå.
Så hur mycket tjänar vi? Med tanke på antalet olika producenter (dvs federala, privata, industriella) och grödor är det svårt att fästa en snygg figur. Just nu producerar USA cirka 75 miljoner liter biodiesel per år (National Biodiesel Board). Denna produktion är flexibel och kan ökas eller minskas efter behov.
Oavsett om det tar tag i rampljuset ockuperat av flashare tekniker, kommer biodiesel säkert att vara ett konstant pågående arbete.
För närvarande är den största biodieselmarknaden flottbilar. Enligt National Biodiesel Board finns det över 100 sådana flottor som använder biodiesel i USA. Dessa inkluderar federala och offentliga organisationer såsom U.S. Postal Service, U.S. Air Force, U.S. Army, NASA, U.S. Department of Energy, Duke Energy och Florida Power & Light. Många kollektivtrafiktjänster söker också biodiesel för att komplettera petroleumsanvändningen. Stadsbussar som Cincinnati Metro använder också biodiesel. Potentiella framtida mål inkluderar områden som marina och jordbruksmässiga tillämpningar och uppvärmning av hem.
När allmänhetens medvetenhet växer kan biodiesel och biodrivmedel i allmänhet lätt hitta vägen till middagssamtal. Det politiska stödet ökar också och i kölvattnet av lagstiftning som EPACT-ändringen 1998 kommer alternativa bränslekällor att vara en nödvändighet i en inte så avlägsen framtid.
För mer information om biodiesel, biodrivmedel och relaterade ämnen, kolla in länkarna på nästa sida.
relaterade artiklar
- Quiz Corner: Biodiesel Quiz
- Hur bilmotorer fungerar
- Hur dieselmotorer fungerar
- Hur katalytiska omvandlare fungerar
- Så fungerar diesel med tvåtaktsmotorer
- Hur oljeraffinering fungerar
- Hur elbilar fungerar
- Hur väteekonomin fungerar
- Hur bensin fungerar
- Hur hybridbilar fungerar
- Hur Alge Biodiesel fungerar
Fler bra länkar
- National Biodiesel Board
- U.S. Department of Energy (DOE)
- DOE-energieffektivitet och förnybar energi
- DOE Alternativa bränslen Data Center
- DOE Energy Information Administration
- Planet Green
- TreeHugger.com