Wat Biodiesel Is en Waarom Het Ertoe Doet
Biodiesel is een brandstof die bestaat uit mono-alkylesters van langketenige vetzuren, afkomstig van plantaardige oliën, dierlijke vetten of gerecyclede vetten. Wanneer methanol de reagerende alcohol is, wordt het product specifieker aangeduid als vetzuurmethylesters (FAME). Biodiesel kan worden gebruikt in compressieontstekingsmotoren en ketels, vaak gemengd met aardoliediesel of stookolie. Het getal na de "B" in een mengaanduiding geeft het volumepercentage biodiesel aan, B20 bestaat voor 20% uit biodiesel op volumebasis, met de rest als aardolieproduct.
De Kern van de Chemie: Omestering
Triglyceriden in de olie of het vet reageren met een alcohol om alkylesters en glycerol te produceren. De stoechiometrische reactie gebruikt drie mol alcohol per mol triglyceride en verloopt via diglyceride- en monoglyceridetussenproducten. Stoechiometrie beschrijft de chemische verhouding, niet de hoeveelheid alcohol die voor een bepaalde reactor wordt ingezet. Basiskatalytische routes gebruiken katalysatoren zoals natriumhydroxide, kaliumhydroxide of methoxide-oplossingen om de reactie te bevorderen. Olie en methanol mengen aanvankelijk slecht, waardoor het in contact brengen van de fasen ook van belang is. Menging en katalyse hebben verschillende rollen: effectief contact vervangt niet de chemische werking van de katalysator.
Grondstoffen en Overwegingen bij Vrije Vetzuren
Belangrijkste grondstoffen zijn sojaolie, koolzaad, palm, dierlijk vet en gerecyclede vetten. Het gehalte aan vrije vetzuren (VVZ) is een belangrijke procesvariabele op het gebied van chemie. Bij basiskatalyse reageren vrije vetzuren met de alkalische katalysator tot zeep in plaats van esters, waardoor katalysator wordt verbruikt en de naverwerking wordt bemoeilijkt. Voor een basiskatalytische route kan het nodig zijn dat grondstoffen met een hoog VVZ-gehalte worden voorbehandeld. Zuurkatalytische verestering is een manier om VVZ's vóór de omestering naar esters om te zetten. Het watergehalte is even belangrijk: zelfs lage waterniveaus verhogen de zeepvorming en verminderen de omesteringsopbrengst.
Naverwerking en Productkwaliteit
Na de reactie scheidt het mengsel zich in een esterrijke bovenste fase en een glycerolrijke onderste fase. Scheiding en methanolterugwinning zijn afzonderlijke processtappen waarvan de volgorde afhankelijk is van het fabrieksontwerp. Bij een natwasmethode worden resterende alcohol, katalysator, zeep en glycerol door methanolterugwinning en waterwassen verminderd, het wassen wordt gevolgd door drogen. ASTM D6751, de Amerikaanse norm voor B100, stelt grenzen aan vrije glycerine (maximaal 0,020% massa), totale glycerine (maximaal 0,240% massa), water en sediment (maximaal 0,050% volume), zuurcijfer (maximaal 0,50 mg KOH/g), gesulfateerde as (maximaal 0,020% massa) en vlampunt (minimaal 93°C voor alle kwaliteiten, met een aanvullende eis voor alcoholbeheersing die wordt nagekomen door hetzij ≤0,2% massa methanol, hetzij een minimaal vlampunt van 130°C). De vermelde specificatiewaarden zijn afkomstig uit de openbaar beschikbare AFDC-samenvatting van ASTM D6751.
Materiaalcompatibiliteit en Opslag
Biodiesel kan bestaande afzettingen mobiliseren in tanks die eerder voor aardolieproducten zijn gebruikt. De NREL-handleiding voor behandeling meldt verhoogde sedimentvorming bij contact met metalen zoals lood, tin, messing, brons en zink. Compatibiliteit hangt ook af van de elastomeren en andere materialen in het brandstofsysteem en van het gebruikte mengsel. De geschiktheid van apparatuur dient daarom te worden gecontroleerd in plaats van te worden aangenomen op basis van een laag mengpercentage. Koudestroom-gedrag en oxidatiestabiliteit zijn belangrijke overwegingen bij opslag, noch een universele temperatuurmarge noch een eenduidige garantie voor de houdbaarheid is van toepassing op elke brandstof.
Veiligheidsoverwegingen voor Operatoren
Chemische gevaren van proceschemicaliën en eigenschappen van de eindproductbrandstof zijn verschillende overwegingen. Alkalische katalysatoren kunnen tijdens opslag vocht absorberen, wat hun prestaties en de productkwaliteit beïnvloedt. Een vlampunteis voor de eindproductbrandstof maakt de brandstof niet onschadelijk, en mengsels vereisen een eigen beoordeling van de behandeling. Met biodiesel doordrenkte doeken kunnen een brandgevaar vormen, inclusief zelfverhitting, gebruik de aangewezen verwerkings- en afvoerregelingen van de faciliteit in plaats van zelf een was- of droogprocedure te improviseren. Personeel heeft training nodig in de gebruikte chemicaliën, noodregelingen en de correcte bediening van fabrieksapparatuur.