УДК 662.756:662.756.2 Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова, г. Саратов
advertisement
УДК 662.756:662.756.2 В.А. Блинов, С.В. Ковалева Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова, г. Саратов НЕКОТОРЫЕ АСПЕКТЫ ПОЛУЧЕНИЯ БИОДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ИЗ ПОДСОЛНЕЧНОГО МАСЛА И ЖИРОВЫХ ОТХОДОВ В настоящее время во всем мире проводятся исследования, направленные на обеспечение экономии топлива и частичной замены традиционных ископаемых углеводородных источников энергии. При этом всё большую популярность приобретает биодизельное топливо – экологически чистый вид топлива на основе возобновляемых ресурсов. При получении биодизеля важным является тот факт, что использование биологических источников для производства топлива создает предпосылки для более устойчивого развития сельскохозяйственного производства. На сегодняшний день большинство специалистов отмечают высокую эффективность производства биотоплива, в частности биодизеля, из непищевого сырья. Биодизель представляет собой смесь моноалкиловых эфиров жирных кислот, полученных при этерификации таких биологических ресурсов, как растительные масла или животные жиры. Биодизель не содержит компонентов серы и бензола, легко подвергается микробиологической и ферментативной деградации. По сравнению с традиционным дизелем, биодизельное топливо имеет большее цетановое число, высокую температуру воспламенения и увеличивает срок службы двигателя. Побочным продуктом производства биодизеля является технический глицерин. Этот трехатомный спирт легко включается в различные пути метаболизма прокариотических и эукариотических микроорганизмов, что открывает большие возможности для использования его в качестве субстрата питательных сред, а также биотрансформации в широкий спектр практически важных целевых продуктов. Еще в 2006 г. биодизель признан Агентством по охране окружающей среды и Министерством Энергетики (США) в качестве альтернативного горючего, соответствующего требованиям по защите атмосферного воздуха и окружающей среды. Мировым лидером по производству и потреблению этого топлива является Европа. В США производится меньше биодизеля, чем в Европе, хотя производство его и неуклонно растет. В России пока не существует единой государственной программы развития биодизельного топлива. В мире постоянно расширяется ассортимент сырьевых источников для производства биодизеля (масло ятрофы, сафлора, льна, кукурузы, арахиса, водорослей, отходы масложировой, деревообрабатывающей, мясоперерабатывающей промышленности и т. д.). В нашей стране, например в Краснодарском крае, биодизель получают из рапса. Цель нашего исследования состояла в том, чтобы сравнить качественный состав биодизеля, полученного из растительного масла и отходов жировых комбинатов (фуза и соапстока), а также повысить его продукцию за счет стимуляции образования этиловых эфиров высших жирных кислот. Биодизельное топливо было получено нами из триглицеридов масложирового сырья переэтерификацией с этанольным раствором гидроксида калия. Для этого аликвоту подсолнечного масла подогревали на водяной бане выше точки его плавления. Затем проводили щелочной этанолиз путем внесения спиртового раствора гидроксида калия молярной концентрацией 2 моль/дм3 в подогретое растительное масло. Полученную смесь перемешивали, центрифугировали и отстаивали. При этом оптимальная температура нагрева составляла 75…80°С, катализатором являлся этилат калия, образующийся в спиртовом растворе. После отстаивания слой, содержащий этиловые эфиры, декантировали. Эта смесь обладала характерным для эфиров фруктовым запахом. Как известно, основным отходом жировых комбинатов является фуз – осадок, образующийся при хранении. Состав фуза гетерогенен, т. е. он представляет собой смесь твердых частиц, предельных и непредельных углеводородов, небольшого количества свободных жирных кислот, жиров и др. Соапсток – мутная, густая, светло-коричневая жидкость с сильным запахом мыла, при длительном хранении расслаивается на составляющие компоненты. Обработку отходов проводили так же, как и подсолнечного масла. Как было выяснено нами далее, образцы биодизеля из фуза оказались по качеству более высоким, чем из соапстока, рассмотрим их параметры более подробно. Установлено, что исследованное нами нерафинированное подсолнечное масло марки «Домашнее» соответствовало нормативным показателям (таблица). Одной из главных физико-химических характеристик масел и биодизельного топлива является кислотное число. Этот показатель отражает содержание свободных жирных кислот, которые легко окисляются и ухудшают качество масла. Большое содержание свободных жирных кислот в топливе снижает эффективность его сгорания, может привести к коррозии деталей двигателя и отложению в них осадка. Нами установлено, что кислотное число биодизеля на основе фуза оказалось меньше, чем у подсолнечного масла и биодизеля из масла на 70,7 и 80% соответственно. Таблица Физико-химические показатели подсолнечного масла и биодизеля № п/п Показатели Масло (контроль) 1. Плотность, кг/м3 Р Кислотное число, ед. Р Йодное число, ед. Р Перекисное число, ед. Р 924,37 ± 0,63 2. 3. 4. 5. Число омыления, ед. Р Биодизельное топливо, из масла фуза масла, обработанного «Экофрэндом» 822,0 ± 10,7 877,0 ± 6,4 842,00 ± 12,90 1,96 ± 0,32 <0,001 2,88 ± 0,09 <0,001 0,575 ± 0,037 <0,001 45,26±6,76 123,82 ± 25,06 <0,05 13,88 ± 7,06 <0,05 51,2 ±7,06 <0,001 2,34±1,42 0,212 ± 0,045 <0,05 0,158 ± 0,020 <0,05 0,775 ± 0,020 <0,001 0,202±0,022 <0,05 <0,001 >0,05 58,29 ± 0,07 21,0 ± 3,2 153,91±32,03 <0,001 <0,001 <0,001 116,32 ± 2,11 6. Эфирное число, ед. Р 114,36 ± 1,79 55,3 ± 2,7 20,4 ± 1,4 108,64±38,80 <0,001 <0,001 >0,05 Примечание: Р – по отношению к контролю. Другим важным показателем качества масла и биодизеля является йодное число, которое характеризует содержание ненасыщенных жирных кислот в жирах. Согласно Европейскому стандарту ЕN 14214 в биодизеле йодное число не должно превышать 120 ед. Данный показатель у полученного нами биодизеля из масла и фуза оказался значительно ниже допустимого предела, свидетельствуя о высоком качестве продукта. Перекисное число, как известно, характеризует содержание в жире первичных продуктов окисления. Их в биодизеле из фуза оказалось в 4,9 раза больше, чем у подсолнечного масла. Что касается высокомолекулярных кислот и неомыляемых веществ, то их содержание в биодизеле из масла и фуза, всегда было значительно ниже контрольных образцов подсолнечного масла. Для более точного представления о количестве связанных жирных кислот мы определяли эфирное число. Этот показатель в биодизеле из масла оказался ниже, чем в контроле в 2,7 раза, а из фуза – в 5,6 раза. Следовательно, не только биодизельное топливо, полученное из подсолнечного масла, но и как показано нами, из фуза по некоторым показателям отвечает требованиям стандарта ЕС и значит, такие отходы могут служить нетрадиционным сырьем для биодизеля. В последующих опытах мы изучили некоторые физические показатели биодизеля. Установлено, что длительность горения 10 мл биодизеля из масла составляла 10,5 ± 0,18 мин, из фуза – 8,7 ± 0,05 мин, а из соапстока – 7,0±0,17 мин, что, соответственно, на 17,2 и 33,3% ниже. При достижении температуры вспышки подсолнечное масло возгоралось, но сразу же затухало. Температура вспышки же фуза была очень высокой, причем 10 мл фуза горит достаточно продолжительное время – 25,5 ± 2,73 мин, а после его сгорания остается большое количество твердого осадка. Сам по себе без добавления реактивов соапсток не горит. Далее нами было предположено, что выход биодизельного топлива может быть увеличен путем дополнительного гидролиза триглицеридов масла. В результате этого образовавшиеся жирные кислоты окажутся более доступными для синтеза этиловых эфиров. Исходя из этого предположения, мы обработали подсолнечное масло препаратом «Экофрэнд», который состоит из экологически безопасной гипоаллергенной моющей основы, симбиоза непатогенных культур бактерий и специально подобранных, в том числе липолитических, ферментов животного происхождения. Водный раствор препарата «Экофрэнд» с концентрацией 1% перед нагреванием смешивали с подсолнечным маслом в соотношении 1:1 и смесь выдерживали в течение 24 ч при температуре 23-27 С. Затем из этой смеси получали биодизель. Под влиянием пробиотического препарата триглицериды масла подверглись существенному гидролизу, о чем свидетельствует значительное увеличение кислотного и перекисного чисел. Йодное число биодизеля, напротив, уменьшилось и составило 2,34±1,42 ед., а эфирное число, по сравнению с контрольным образцом статистически достоверно не изменилось (таблица). Установлено, что длительность горения биодизеля под влиянием пробиотического препарата «Экофрэнд» увеличилась на 59,2% по сравнению с биодизелем, полученным из подсолнечного масла, и составила 18,00±1,63 мин. Экономическая рентабельность производства биодизельного топлива может быть значительно повышена за счет использования образующегося глицеринсодержащего отхода. Нами установлено, что 0,5%-й раствор неочищенного глицерина, образовавшийся при получении биодизеля из масла, оказывает позитивное влияние на посевные качества зерновых культур, в частности овса. Таким образом, на основе этиловых эфиров жирных кислот триглицеридов масложирового сырья было получено биодизельное топливо и определены его основные физико-химические параметры. Рассмотрен один из возможных использования глицеринсодержащих топлива для повышения посевных качеств овса. отходов биодизельного
