Hva biodiesel er og hvorfor det er viktig
Biodiesel er et drivstoff bestående av mono-alkylestere av langkjedede fettsyrer utvunnet fra vegetabilske oljer, animalsk fett eller resirkulert matfett. Når metanol er den reagerende alkoholen, kalles produktet mer spesifikt fettsyremetylestere (FAME). Biodiesel kan brukes i kompresjonstenningsmotorer og kjeler, ofte blandet med petroleumsdiesel eller fyringsolje. Tallet etter «B» i en blandbetegnelse angir volumprosenten biodiesel, B20 er 20 % biodiesel etter volum, mens resten er petroleumsdrivstoff.
Kjernekjemien: transesterifisering
Triglyserider i oljen eller fettet reagerer med en alkohol og danner alkylestere og glyserol. Den støkiometriske reaksjonen bruker tre mol alkohol per mol triglyserid og forløper via diglyserid- og monoglyseridmellomprodukter. Støkiometri beskriver den kjemiske balansen, ikke alkoholmengden for en bestemt reaktor. Basekatalyserte prosesser benytter katalysatorer som natriumhydroksid, kaliumhydroksid eller metoksidløsninger for å fremme reaksjonen. Olje og metanol blander seg dårlig i utgangspunktet, slik at det å bringe fasene i kontakt med hverandre også er viktig. Blanding og katalyse har ulike roller: effektiv kontakt erstatter ikke katalysatorens kjemiske virkning.
Råstoffer og hensyn til frie fettsyrer
De viktigste råstoffene omfatter soyabønneolje, raps, palme, animalsk talg og resirkulert matfett. Innhold av frie fettsyrer (FFA) er en viktig prosess-kjemisk variabel. Under basekatalyse reagerer frie fettsyrer med alkalikatalysatoren og danner såpe i stedet for estere, noe som forbruker katalysator og kompliserer nedstrømsbehandlingen. For en basekatalysert prosess kan råstoffer med høyt FFA-innhold kreve forbehandling. Syrekatalysert esterifisering er én måte å konvertere FFA til estere før transesterifisering. Vanninnhold er like viktig: selv lave vannmengder øker såpedannelsen og reduserer utbyttet av transesterifisering.
Etterreaksjonsbehandling og produktkvalitet
Etter reaksjonen skiller blandingen seg i en esterrik øvre fase og en glyserolrik nedre fase. Separasjon og metanolgjenvinning er separate prosesstrinn der rekkefølgen avhenger av anleggsdesignet. I en våtvaskingsprosess reduserer metanolgjenvinning og vannvask resterende alkohol, katalysator, såpe og glyserol, vasking etterfølges av tørking. ASTM D6751, den amerikanske standarden for B100, setter grenser for fri glyserol (maks 0,020 masse-%), total glyserol (maks 0,240 masse-%), vann og sediment (maks 0,050 volum-%), syretall (maks 0,50 mg KOH/g), sulfatert aske (maks 0,020 masse-%) og flammepunkt (min 93 °C for alle kvaliteter, med et tilleggskrav til alkoholkontroll som oppfylles enten ved ≤ 0,2 masse-% metanol eller et flammepunkt på min 130 °C). Spesifikasjonsverdiene som er vist, er hentet fra AFDCs offentlig tilgjengelige sammendrag av ASTM D6751.
Materialkompatibilitet og lagring
Biodiesel kan mobilisere eksisterende avleiringer i tanker som tidligere har vært brukt til petroleumsdrivstoff. NRELs håndteringsveiledning rapporterer økt sedimentdannelse ved kontakt med metaller som bly, tinn, messing, bronse og sink. Kompatibiliteten avhenger også av elastomerer og andre materialer i drivstoffsystemet samt av blandingen som brukes. Utstyrets egnethet bør derfor kontrolleres i stedet for å antas ut fra en lav blandeandel. Kaldstrømsegenskaper og oksidasjonsstabilitet er viktige lagringshensyn, verken en universell temperaturmargin eller et enkelt løfte om lagringstid gjelder for ethvert drivstoff.
Sikkerhetshensyn for operatører
Prosess-kjemiske farer og egenskapene til ferdig drivstoff er ulike hensyn. Alkalikatalysatorer kan absorbere fuktighet under lagring, noe som påvirker ytelsen deres og produktkvaliteten. Et flammepunktkrav for ferdig drivstoff gjør ikke drivstoffet ufarlig, og blandinger krever sin egen vurdering av håndtering. Biodiesel-gjennomvåte filler kan utgjøre en brannfare, herunder selvopphetning, bruk anleggets utpekte håndterings- og avhendingsrutiner i stedet for å improvisere en vaske- eller tørkeprosedyre. Personell trenger opplæring i kjemikaliene som brukes, nødarrangementer og korrekt drift av anleggsutstyret.