BIODIESEL: SEJARAH, SIFAT, JENIS, KELEBIHAN, KEKURANGAN - KIMIA - 2026

Bahan bakar biodiesel adalah sumber semula jadi yang diperolehi minyak sayuran yang bertindak balas atau lemak haiwan dengan alkohol berjisim molekul rendah. Tindak balas ini dipanggil transesterifikasi; iaitu ester asid lemak baru (juga disebut ester mono alkil) terbentuk dari trigliserida asal.

Dalam konteks lain dan bukannya menggunakan kata 'transesterifikasi', dikatakan bahawa biomas mengalami proses alkohol, kerana sedang dirawat dengan alkohol; antaranya dan terutamanya, metanol dan etanol. Penggunaan metanol untuk menghasilkan biofuel ini sangat biasa sehingga hampir sama dengannya.

Pam biodiesel B5. Sumber: Pxhere.

Biodiesel adalah alternatif hijau untuk penggunaan bahan bakar diesel, diesel atau petrodiesel (lebih menonjolkan bahawa komposisinya terdiri daripada hidrokarbon petroleum). Walau bagaimanapun, sifat dan kualitinya dari segi prestasi dalam enjin diesel tidak terlalu banyak, sehingga kedua-dua bahan bakar dicampur dalam perkadaran yang berbeza.

Sebilangan campuran ini mungkin lebih kaya biodiesel (misalnya, B100) atau lebih kaya dengan petrodiesel (dengan hanya 5-20% biodiesel). Dengan cara ini, penggunaan diesel merebak ketika biodiesel diperkenalkan ke pasaran; bukan tanpa terlebih dahulu mengatasi serangkaian masalah etika, produktif dan ekonomi.

Dari sudut pandang sederhana, jika minyak dapat diperoleh sebagai cairan yang mampu membakar dan menjana tenaga untuk menggerakkan mesin, mengapa tidak minyak yang berasal dari semula jadi? Walau bagaimanapun, ini sahaja tidak mencukupi: anda mesti menerima rawatan kimia jika anda ingin bersaing atau mengikuti bahan bakar fosil.

Apabila rawatan ini dilakukan dengan hidrogen, seseorang akan memperincikan minyak sayuran atau lemak haiwan; tahap pengoksidaannya rendah atau molekulnya berpecah-pecah. Manakala dalam biodiesel, bukan hidrogen, alkohol (metanol, etanol, propanol, dll) digunakan.

Sejarah

Tindak balas transesterifikasi

Jawapan untuk masalah pertama yang akan dihadapi oleh biofuel telah dijumpai pada masa lalu. Kembali pada tahun 1853 dua saintis, E. Duffy dan J. Patrick, mencapai transesterifikasi pertama minyak sayuran, bahkan sebelum Rudolf Diesel memulakan mesin pertamanya.

Dalam proses transesterifikasi ini, trigliserida minyak dan / atau lemak bertindak balas dengan alkohol, terutamanya metanol dan etanol, untuk menghasilkan metil dan etil ester asid lemak, selain gliserol sebagai produk sekunder. Pemangkin asas seperti KOH digunakan untuk mempercepat tindak balas.

Titik paling penting dari transesterifikasi lemak adalah bahawa lapan puluh tahun kemudian seorang saintis Belgia, bernama G. Chavanne, akan mengalihkan reaksi ini untuk mengurangkan kelikatan tinggi dan minyak sawit minyak sayuran.

Rudolf Diesel dan enjinnya

Enjin diesel muncul pada tahun 1890, sudah pada akhir abad ke-19, sebagai tindak balas terhadap keterbatasan enjin wap. Ia mengumpulkan semua yang anda mahukan dari enjin: kuasa dan ketahanan. Ia juga berfungsi dengan sebarang jenis bahan bakar; dan untuk kekaguman Rudolf sendiri dan pemerintah Perancis, dia dapat bekerja dengan minyak sayuran.

Sebagai sumber tenaga trigliserida, adalah logik untuk berfikir bahawa apabila dibakar mereka akan melepaskan haba dan tenaga yang mampu menghasilkan kerja mekanikal. Diesel menyokong penggunaan minyak ini secara langsung, kerana menyambut baik kenyataan bahawa petani dapat memproses bahan bakar mereka sendiri di tempat yang jauh dari ladang minyak.

Model fungsional pertama mesin diesel berjaya dalam persembahannya pada 10 Ogos 1893, di Augusta, Jerman. Mesinnya menggunakan minyak kacang, kerana Rudolf Diesel yakin bahawa minyak sayuran dapat menyaingi bahan bakar fosil; tetapi seperti diproses dengan cara kasar, tanpa rawatan selanjutnya.

Mesin yang sama dengan minyak kacang ini dipersembahkan di Pameran Dunia di Paris pada tahun 1900. Namun, ia tidak menarik banyak perhatian kerana pada masa itu minyak merupakan sumber bahan bakar yang jauh lebih mudah diakses dan lebih murah.

Petrodiesel

Setelah kematian Diesel pada tahun 1913, minyak diesel (diesel atau petrodiesel) diperoleh dari penyulingan petroleum. Oleh itu, model mesin diesel yang dirancang untuk minyak kacang tanah harus disesuaikan dan dibangun kembali untuk bekerja dengan bahan bakar baru ini, yang kurang likat daripada minyak sayuran atau biomassa lainnya.

Inilah cara petrodiesel berlaku selama beberapa dekad sebagai alternatif termurah. Adalah tidak praktikal untuk menaburkan banyak hektar jisim sayur untuk mengumpulkan minyak mereka, yang pada akhirnya, kerana sangat likat, akhirnya menyebabkan masalah pada mesin dan tidak sama dengan hasil yang diperoleh dengan petrol.

Masalah dengan bahan bakar fosil ini adalah bahwa ia meningkatkan pencemaran atmosfer, dan juga bergantung pada ekonomi dan politik kegiatan minyak. Mengingat mustahil untuk menggunakannya, dalam beberapa konteks minyak nabati digunakan untuk menggerakkan kenderaan dan mesin berat.

Bahan api bio dalam Perang Dunia II

Ketika dalam Perang Dunia Kedua minyak mulai langka akibat konflik, beberapa negara merasa perlu untuk beralih lagi kepada minyak sayuran; tetapi mereka harus menangani kerosakan beratus-ratus ribu motor kerana perbezaan kelikatan yang tidak dapat ditoleransi oleh reka bentuknya (dan lebih sedikit lagi jika mereka mempunyai air yang diemulsi).

Selepas perang, negara-negara sekali lagi melupakan minyak sayuran dan meneruskan amalan membakar hanya petrol dan petrodiesel.

Kelahiran biodiesel

Masalah kelikatan telah diselesaikan secara kecil-kecilan oleh saintis Belgia G. Chavanne pada tahun 1937, yang diberi hak untuk kaedahnya mendapatkan etil ester asid lemak dari minyak sawit yang diolah dengan etanol.

Oleh itu, dapat dikatakan bahawa biodiesel dilahirkan secara rasmi pada tahun 1937; tetapi penanaman dan pengeluaran besar-besarannya harus menunggu hingga tahun 1985, dijalankan di sebuah universiti pertanian Austria.

Dengan menjadikan minyak sayuran ini transesterifikasi, masalah kelikatan akhirnya dapat diselesaikan, sesuai dengan prestasi petrodiesel dan bahkan mewakili alternatif hijau di atasnya.

Hartanah

Sifat biodiesel bergantung secara global pada bahan mentah yang dihasilkannya. Ini dapat memiliki warna mulai dari emas hingga coklat gelap, penampilan fizikal yang bergantung pada proses produksi.

Secara umum, ini adalah bahan bakar dengan pelinciran yang baik, yang dapat mengurangkan kebisingan mesin, memperpanjang jangka hayatnya, dan memerlukan sedikit pelaburan untuk penyelenggaraan.

Ia mempunyai titik pencucuhan lebih tinggi daripada 120ºC, yang bermaksud selagi suhu luar tidak melebihi ini, tidak ada risiko kebakaran; Ini tidak berlaku dengan diesel, yang dapat membakar walaupun pada suhu 52ºC (sangat mudah dicapai untuk rokok yang dinyalakan).

Kerana kekurangan hidrokarbon aromatik seperti benzena dan toluena, ia tidak menunjukkan risiko karsinogenik sekiranya berlaku tumpahan atau pendedahan yang berpanjangan.

Begitu juga, ia tidak mempunyai sulfur dalam komposisinya, jadi ia tidak menghasilkan gas pencemar SO ₂ atau SO ₃ . Apabila dicampurkan dengan diesel, ia memberikan watak pelincir yang lebih besar daripada sebatian sulfur semula jadi. Sebenarnya, sulfur adalah unsur yang tidak diingini, dan apabila diesel disulfurisasi, ia kehilangan pelinciran yang mesti dipulihkan dengan biodiesel atau bahan tambahan lain.

Memperoleh dan menghasilkan

Biodiesel diperoleh dari minyak sayuran transesterifikasi atau lemak haiwan. Tetapi, yang mana satu dari semua itu harus menjadi bahan mentah? Sebaik-baiknya, minyak yang menghasilkan lebih banyak minyak atau lemak dari kawasan yang lebih kecil; bahawa dalam istilah yang lebih sesuai, jumlah hektar yang akan diduduki oleh ladang anda.

Biodiesel yang baik mesti berasal dari tanaman (biji-bijian, biji-bijian, buah-buahan, dll.) Yang menghasilkan minyak dalam jumlah besar dari ladang kecil; jika tidak, tanaman mereka diperlukan untuk merangkumi seluruh negara dan tidak dapat dilaksanakan secara ekonomi.

Setelah biomassa dikumpulkan, minyak mesti diekstrak melalui proses yang tidak terhingga; antaranya, misalnya, penggunaan cecair supercritical untuk membawa dan melarutkan minyak. Setelah minyak diperoleh, minyak akan mengalami transesterifikasi untuk mengurangkan kelikatannya.

Transesterifikasi dicapai dengan mencampurkan minyak dengan metanol dan pangkalan dalam reaktor batch, baik di bawah ultrasound, cecair supercritical, pengadukan mekanikal, dll. Apabila metanol digunakan, metil ester asid lemak (FAME, untuk akronimnya dalam bahasa Inggeris: Fatty Acid Methyl Ester) diperoleh.

Sekiranya, sebaliknya, etanol digunakan, etil ester asid lemak (FAEE) akan diperoleh. Semua ester ini dan atom oksigennya adalah ciri biodiesel.

Metanol dan gliserol

Metanol adalah alkohol yang biasanya digunakan sebagai bahan mentah dalam pengeluaran biodiesel; dan gliserol, sebaliknya, adalah produk sampingan yang dapat digunakan untuk menyokong proses perindustrian lain dan oleh itu menjadikan pengeluaran biodiesel lebih menguntungkan.

Gliserol berasal dari molekul trigliserida yang asal, yang digantikan oleh metanol untuk menghasilkan tiga DMARD.

Jenis biodiesel

Minyak atau lemak yang berbeza mempunyai profil asid lemak mereka sendiri; oleh itu, setiap biodiesel mempunyai mono-alkil ester yang berbeza sebagai hasil transesterifikasi. Walaupun begitu, kerana ester ini hampir tidak berbeza panjang rantai karbonnya, bahan bakar yang dihasilkan tidak menunjukkan ayunan besar antara sifatnya.

Jadi tidak ada klasifikasi untuk biodiesel, melainkan kecekapan dan keuntungan yang berbeza bergantung pada sumber minyak atau lemak yang dipilih untuk pengeluarannya. Namun, terdapat campuran biodiesel-petrodiesel, kerana kedua-dua bahan bakar dapat dicampurkan dan dapat dicampur satu sama lain, memberikan kualiti yang bermanfaat bagi mesin.

Biodiesel tulen dikatakan B100; yang sama dengan 0% petrodiesel dalam komposisinya. Kemudian ada campuran lain:

- B20 (dengan 80% petrodiesel).

- B5 (dengan 95% petrodiesel).

- B2 (dengan 98% petrodiesel).

Kereta yang dibina sebelum tahun 1996 tidak dapat menggunakan B100 di dalam enjinnya tanpa perlu mengganti komponen tertentu yang merosot kerana tindakan pelarutnya. Walau bagaimanapun, walaupun pada masa ini terdapat model kereta yang tidak membenarkan kepekatan biodiesel dalam jaminan kilang mereka, jadi mereka mengesyorkan menggunakan campuran yang lebih rendah daripada B20.

Kelebihan

Berikut adalah beberapa siri kelebihan yang dimiliki biodiesel berbanding petrodiesel dan menjadikannya alternatif hijau dan menarik:

- Ia diperoleh daripada biojisim, bahan mentah yang boleh diperbaharui dan yang sering hilang sebagai sampah.

- Biodegradasi dan tidak beracun. Oleh itu, ia tidak akan mencemarkan tanah atau laut jika tumpah secara tidak sengaja.

- Titik kilatnya yang tinggi menjadikannya lebih selamat semasa menyimpan dan mengangkutnya.

- Ia tidak menghasilkan gas rumah hijau kerana CO _{2 yang} dilepaskan mewakili jumlah yang sama dengan yang diserap oleh tumbuhan. Berkat ini, ia juga mematuhi protokol Kyoto.

- Menggalakkan aktiviti luar bandar untuk menanam tanaman dari mana minyak sayuran diekstrak.

- Bahkan boleh dihasilkan dari minyak goreng. Perkara ini sangat membantu anda kerana minyak kitar semula, domestik atau dari restoran, bukannya membuang dan mencemarkan air bawah tanah, dapat digunakan untuk menghasilkan lebih banyak bahan bakar hijau.

- Merupakan cara untuk berdikari dalam jangka panjang dari minyak dan derivatifnya.

- Meninggalkan lebih sedikit sisa semasa membakar.

- Alga bakteria adalah, selain kacang soya dan biji bunga matahari, sumber biodiesel yang tidak boleh dimakan (dan tidak diingini oleh banyak orang) yang menjanjikan.

Kekurangan

Tidak semuanya sempurna dengan bahan bakar ini. Biodiesel juga mempunyai batasan-batasan yang harus diatasi jika ingin mengganti diesel petroleum. Beberapa batasan atau ketidaknyamanan penggunaannya adalah:

- Ia mempunyai suhu pemejalan yang lebih tinggi, yang bermaksud bahawa pada suhu rendah ia menjadi gel.

- Kekuatan pelarutnya dapat menghancurkan getah asli dan busa poliuretana yang terdapat pada kereta yang dipasang sebelum tahun 1990.

- Ia lebih mahal daripada petrodiesel.

- Meningkatkan harga tanaman dan makanan kerana memasukkan nilai tambah apabila digunakan sebagai bahan mentah biodiesel.

- Bergantung pada biomassa, mungkin memerlukan banyak hektar penanaman, yang berarti pengambilan ekosistem asing untuk tujuan ini, dan oleh itu akan mempengaruhi fauna liar.

- Walaupun tidak menghasilkan gas sulfur semasa pembakarannya, ia melepaskan kepekatan nitrogen oksida yang lebih tinggi, NO _x .

- Sebilangan besar makanan akan digunakan, yang bukan untuk memuaskan kelaparan, akan digunakan untuk produksi biodiesel.

Rujukan

1. Wikipedia. (2019). Biodiesel. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
2. Penelope. (28 Disember 2011). Biodiesel: kelebihan dan kekurangan. Twenergy. Dipulihkan dari: twenergy.com
3. Renovetec. (2013). Biodiesel. Dipulihkan dari: Plantasdebiomasa.net
4. Van Gerpen Jon. (03 April 2019). Sejarah biodiesel. Tenaga Ladang. Dipulihkan dari: farm-energy.extension.org
5. Scott Hess. (2019). Bagaimana biodiesel berfungsi. Bagaimana cara kerja. Dipulihkan dari: auto.howstuffworks.com
6. Biodiesel Pasifik. (2019). Biodiesel. Dipulihkan dari: biodiesel.com