Hvad biodiesel er, og hvorfor det er vigtigt
Biodiesel er et brændstof sammensat af mono-alkylestere af langkædede fedtsyrer udvundet fra vegetabilske olier, animalske fedtstoffer eller genbrugte fedtrester. Når methanol er den reagerende alkohol, benævnes produktet mere specifikt fedtsyremetylestere (FAME). Biodiesel kan anvendes i kompressionsantændingsmotorer og kedler, ofte blandet med petroleumsdiesel eller fyringsolie. Tallet efter "B" i en blandingsbetegnelse angiver volumenprocentdelen af biodiesel, B20 er 20 % biodiesel pr. volumen, og resten er petroleumsbrændstof.
Kernekemien: Transesterificering
Triglycerider i olien eller fedtstoffet reagerer med en alkohol og danner alkylestere og glycerol. Den støkiometriske reaktion anvender tre mol alkohol pr. mol triglycerid og forløber via diglycerid- og monoglyceridmellemprodukter. Støkiometrien beskriver den kemiske balance, ikke alkoholmængden i en bestemt reaktor. Basekatalyserede processer anvender katalysatorer såsom natriumhydroxid, kaliumhydroxid eller methoxidopløsninger for at fremme reaktionen. Olie og methanol blandes dårligt i udgangspunktet, så det er også vigtigt at bringe faserne i kontakt med hinanden. Blanding og katalyse har forskellige roller: effektiv kontakt erstatter ikke katalysatorens kemiske virkning.
Råmaterialer og hensyn til frie fedtsyrer
Primære råmaterialer omfatter sojaolie, raps, palme, animalsk talg og genbrugte fedtrester. Indholdet af frie fedtsyrer (FFA) er en vigtig processkemisk variabel. Under basekatalyse reagerer frie fedtsyrer med alkalikatalysatoren og danner sæber frem for estere, hvilket forbruger katalysator og komplicerer efterfølgende forarbejdning. Ved en basekatalyseret proces kan råmaterialer med højt FFA-indhold kræve forbehandling. Syrekatalyseret esterificering er én måde at omdanne FFA'er til estere på inden transesterificering. Vandindholdet er lige så vigtigt: selv lave vandniveauer øger sæbedannelsen og reducerer transesterificeringsudbyttet.
Efterreaktionsbehandling og produktkvalitet
Efter reaktionen adskilles blandingen i en esterberiget øvre fase og en glycerolberiget nedre fase. Separation og methanolgenvinding er adskilte processtrin, hvis rækkefølge afhænger af anlægsdesignet. I en våd vaskningsproces reducerer methanolgenvinding og vandvask resterende alkohol, katalysator, sæbe og glycerol, vask efterfølges af tørring. ASTM D6751, den amerikanske standard for B100, fastsætter grænser for fri glycerin (maks. 0,020 masseprocent), total glycerin (maks. 0,240 masseprocent), vand og sediment (maks. 0,050 volumenprocent), syreindeks (maks. 0,50 mg KOH/g), sulfateret aske (maks. 0,020 masseprocent) og flammepunkt (min. 93 °C for alle klasser, med et yderligere krav til alkoholkontrol opfyldt ved enten ≤ 0,2 masseprocent methanol eller et minimums flammepunkt på 130 °C). De viste specifikationsværdier stammer fra AFDC's offentligt tilgængelige sammenfatning af ASTM D6751.
Materialekompatibilitet og opbevaring
Biodiesel kan mobilisere eksisterende aflejringer i tanke, der tidligere har været anvendt til petroleumsbrændstof. NREL's håndteringsvejledning rapporterer øget sedimentdannelse ved kontakt med metaller herunder bly, tin, messing, bronze og zink. Kompatibiliteten afhænger også af elastomerer og andre materialer i brændstofsystemet samt af den anvendte blanding. Udstyrets egnethed bør derfor verificeres frem for at blive antaget ud fra en lav blandingsprocent. Koldflydningsegenskaber og oxidationsstabilitet er vigtige opbevaringshensyn, hverken en universel temperaturmargen eller et enkelt løfte om opbevaringstid gælder for ethvert brændstof.
Sikkerhedshensyn for operatører
Processkemiske farer og færdigbrændstofsegenskaber er forskellige hensyn. Alkalikatalysatorer kan optage fugt under opbevaring, hvilket påvirker deres ydeevne og produktkvaliteten. Et krav til færdigbrændstofsflammepunkt gør ikke brændstoffet uskadeligt, og blandinger kræver deres egen håndteringsvurdering. Klude gennemvædede med biodiesel kan udgøre en brandfare, herunder spontan opvarmning, anvend facilitetens angivne håndterings- og bortskaffelsesordninger frem for at improvisere en vaske- eller tørremetode. Personalet har behov for oplæring i de anvendte kemikalier, nødforanstaltninger og korrekt drift af anlægsudstyret.