Explorează utilizarea grăsimilor animale ca materie primă pentru ulei în producția de biodiesel. Acest articol acoperă avantajele și provocările utilizării uleiului din grăsimea animală în combustibil biodiesel.

biodiesel

Cuprins

  • Introducere
  • Cum sunt procesate grăsimile animale
  • Conținutul de acizi grași din grăsimile animale
  • Stabilitatea oxidativă a biodieselului în grăsimi animale
  • Număr cetanic ridicat de grăsime animală Biodiesel
  • Emisii scăzute de oxizi de azot din biodiesel de grăsimi animale
  • Contaminanți din materiile prime pentru grăsimi animale
  • Conținut ridicat de sulf din materiile prime pentru grăsimi animale

Introducere

Aproximativ o treime din grăsimile și uleiurile produse în Statele Unite sunt grăsimi animale. Aceasta include seu de vită, untură de porc și grăsime de pui. Grăsimile animale sunt materii prime atractive pentru biodiesel, deoarece costul lor este substanțial mai mic decât costul uleiului vegetal. Acest lucru se datorează în parte faptului că piața grăsimilor animale este mult mai limitată decât piața uleiului vegetal, deoarece o mare parte din grăsimea animală produsă în S.U.A. nu este considerat comestibil de către oameni.

Grăsimea animalelor este adăugată în prezent la hrana animalelor de companie și furajelor pentru animale și este utilizată în scopuri industriale, cum ar fi fabricarea săpunului. O mare parte din aprovizionarea cu grăsimi animale domestice este exportată.

Materiile prime pentru grăsimi animale pot fi transformate în biodiesel de înaltă calitate, care îndeplinește specificațiile ASTM pentru biodiesel. Cu toate acestea, există unele dezavantaje și provocări în utilizarea materiilor prime pentru grăsimi animale.

Cum sunt procesate grăsimile animale

Deșeurile de grăsime din carcasele de animale sunt îndepărtate și apoi transformate într-un ulei folosind un proces de redare. Redarea constă în măcinarea subproduselor animale la o consistență fină și gătirea acestora până când grăsimea lichidă se separă și agenții patogeni sunt distruși. Solidele sunt de obicei trecute printr-o presă cu șurub pentru a finaliza îndepărtarea grăsimii din reziduul solid. Procesul de gătit elimină, de asemenea, apa, ceea ce face ca grăsimea și materialul solid să fie stabile împotriva râncezirii. Produsele finale sunt grăsimi și un aditiv bogat în proteine, cunoscut sub numele de „făină de carne și oase”.

Conținutul de acizi grași din grăsimile animale

Grăsimile animale sunt foarte saturate, ceea ce înseamnă că grăsimea se solidifică la o temperatură relativ ridicată. Prin urmare, biodieselul produs din grăsime animală are un punct de nor ridicat. De exemplu, biodieselul realizat din seu de vită și untură de porc are un punct de nor în intervalul 55 ° F până la 60 ° F. B100 (biodiesel pur) produs din grăsime animală trebuie utilizat numai într-un climat foarte cald. Cu toate acestea, biodieselul grăsimii animale poate fi amestecat cu motorină. La amestecuri mai mici, cum ar fi B5 (un amestec de 5% biodiesel cu 95% petro-diesel), punctul de nor înalt al biodieselului cu grăsime animală nu are prea mult efect asupra punctului de nor al amestecului.

Compoziția sau profilul acidului gras al diferitelor grăsimi animale este prezentată în Tabelul 1. Aceste date arată cât de saturată va fi grăsimea, care la rândul său determină cât de ușor se va solidifica pe măsură ce temperatura scade.

Tabelul 1. Procentele de acid gras din grăsimile animale

Seiul de vită și untura de porc sunt de obicei saturate cu aproximativ 40% (suma acizilor miristic, palmitic și stearic). Grăsimea de pui este mai mică la aproximativ 30-33%. Pentru comparație, uleiul de soia este de aproximativ 14% saturat, iar uleiul de canola este de doar 6%. Astfel, seuul și untura sunt de obicei solide la temperatura camerei, iar grăsimea de pui, deși este încă lichidă, este foarte vâscoasă și aproape solidă.

Când grăsimea animală este transformată în biodiesel, preocuparea cu privire la solidificare la temperaturi mai scăzute continuă. Esterii metilici din acizii grași saturați, în principal stearatul de metil și palmitatul de metil, au puncte de topire ridicate.

Stabilitatea oxidativă a biodieselului de grăsime animală

În teorie, acizii grași saturați din grăsimile animale ar trebui să contribuie la o stabilitate oxidativă mai bună pentru biodiesel. Grăsimile animale conțin foarte puțin din acizii grași polinesaturați, cum ar fi acidul linoleic și acidul linolenic, care fac ca uleiurile vegetale precum uleiul de soia și uleiul de in să fie atât de predispuse la râncezi.

Cu toate acestea, în practică grăsimea animală nu este întotdeauna mai stabilă decât uleiul vegetal, deoarece uleiurile vegetale conțin deseori antioxidanți naturali. De exemplu, un test al conținutului de peroxid din untură și ulei vegetal a arătat că untura a experimentat o oxidare mai rapidă decât uleiul vegetal (Stuckey, 1972).

Grăsimile animale conțin foarte puțin din antioxidanții naturali, cum ar fi vitamina E, care protejează uleiurile vegetale. În unele cazuri, uleiurile de gătit uzate pot conține, de asemenea, antioxidanți artificiali care sunt adăugați la ulei pentru a-și prelungi durata de viață, iar acești antioxidanți artificiali pot, la rândul lor, prelungi durata de viață a biodieselului fabricat din ulei de gătit uzat.

Număr mare de cetane de grăsime animală Biodiesel

Materiile prime de grăsime animală duc la biodiesel cu un număr mare de cetane, care este un parametru important de calitate pentru combustibilii diesel. Acizii grași saturați sunt sursa acestui număr mare de cetane și valorile peste 60 sunt comune. Biodieselul pe bază de ulei de soia are de obicei un număr cetanic de aproximativ 48-52, iar motorina pe bază de petrol este de obicei cuprinsă între 40 și 44. Când biodieselul grăsimilor animale este amestecat cu petroliu, acest număr mare de cetane poate ajuta motorul să pornească mai repede și fugi mai liniștit.

Emisii reduse de oxid de azot provenite din biodieselul de grăsime animală

Unul dintre atributele importante ale biodieselului este acela că reduce nivelul poluanților nocivi din evacuarea motoarelor diesel. O excepție de la aceasta este oxizii de azot (NOx), care sunt implicați în formarea de ozon și smog. Biodieselul tinde să emită puțin mai mulți oxizi de azot decât petroliul. Au fost invocate multe motive pentru această creștere a NOx (Tat și colab., 2007) și există încă o dezbatere considerabilă.

Cu toate acestea, s-a demonstrat că biodieselul din grăsimile animale tinde să producă o creștere mai mică a NOx și, în unele cazuri, nici o creștere (McCormick și colab., 2001). Motivul principal al acestui fapt este probabil că biodieselul grăsimilor animale are un număr mare de cetan (> 60) în comparație cu biodieselul cu ulei vegetal (48-55). Se cunoaște că numărul cetanic mai mare scade NOx prin scăderea temperaturilor în timpul părții critice timpurii a procesului de ardere.

Contaminanți din materiile prime pentru grăsimi animale

Grăsimile animale pot constitui materii prime provocatoare pentru biomotorină, deoarece conțin frecvent contaminanți care ar trebui eliminați înainte ca combustibilul să fie utilizat într-un motor.

Fosfolipidele sau gingiile vor provoca precipitate insolubile atunci când vor intra în contact cu apa. Deoarece aceste precipitate vor conecta filtrele de combustibil, acestea trebuie scoase din combustibil. Cea mai mare parte a acestui material se va separa de glicerină în timpul procesării sau va fi îndepărtată în timpul etapei de purificare (spălarea apei sau schimbul de ioni), deci este rar ca acești compuși să se găsească în combustibil. De fapt, deoarece fosfolipidele pot dezactiva dispozitivele de posttratare a gazelor de eșapament pe vehiculele diesel, acestea sunt de obicei îndepărtate din materie primă înainte de a fi transformate în combustibil. Cel mai frecvent, gingiile sunt îndepărtate prin adăugarea de apă și acid citric sau fosforic în materie primă și apoi separarea precipitatelor cu o centrifugă.

Polimerii care se formează în mod natural la temperaturile ridicate ale procesului de redare pot contribui la o vâscozitate mai mare în biomotorină obținută din grăsime animală. Această vâscozitate mai mare poate împiedica uneori biodieselul grăsimii animale să treacă de specificația ASTM a vâscozității. În acest caz, biodieselul grăsimii animale poate fi amestecat cu un biodiesel cu vâscozitate mai mică.

O problemă ocazională cu grăsimile topite este polietilena din grăsime care provine din pungi de plastic, crotalii sau alt material plastic amestecat cu subprodusele animale. S-a constatat că polietilena fin divizată provoacă tulburare în combustibil și ar putea conecta filtrul de combustibil. Producătorii obișnuiți să lucreze cu ulei vegetal pot fi confundați de acest lucru, deoarece cu ulei vegetal biodiesel, tulburarea este cauzată în principal de apa din combustibil. Dacă biodieselul grăsimii animale prezintă tulburare chiar și după îndepărtarea apei, acest lucru poate fi cauzat de polietilenă rătăcită, care poate fi îndepărtată prin trecerea biodieselului printr-un filtru fin.

Conținut ridicat de sulf din grăsimea animală Biodiesel

Sulful poate fi uneori o problemă pentru biodieselul pe bază de grăsime animală. Biodieselul vândut pentru utilizare pe autostradă nu poate conține decât 15 ppm de sulf. Unele probe de seu de carne de vită s-au dovedit a conține peste 100 ppm de sulf, iar grăsimea de pui conține frecvent o cantitate similară. Se pare că sulful provine din aminoacizi care conțin sulf asociați cu proteinele care sunt preluate din procesul de redare.

Măsurătorile nivelurilor de sulf din biodieselul produs din grăsimi animale au arătat că nivelul de sulf scade de obicei cu aproximativ jumătate când are loc conversia. Cu toate acestea, sulful rămas poate fi dificil de îndepărtat. Distilarea sub vid este singura tehnică fiabilă pentru îndepărtarea acestui sulf.

Alternativ, biodieselul cu conținut ridicat de sulf poate fi vândut pentru utilizare fără autostradă, cum ar fi combustibilul pentru un cazan sau un încălzitor.

Bibliografie

McCormick, R.L., M.S. Graboski, T.L. Alleman, A.M. Herring și K.S. Tyson, „Impactul materialului sursă de biodiesel și a structurii chimice asupra emisiilor de poluanți ai criteriilor de la un motor greu”, Environ. Știință. Tehnologie. V. 35, nr. 9, pp. 1742-1747, 2001.

Stuckey, Ben N. (1972) „Antioxidanții ca stabilizatori alimentari”, în Manual de aditivi alimentari Ediția a II-a, ed. Thomas Furia. Cleveland, OH: CRC Press.

Tat, M. E., J. Van Gerpen și P.S. Wang, „Efectele proprietății combustibilului asupra sincronizării injecției, sincronizării aprinderii și oxizilor de emisii de azot pentru motoarele alimentate cu biodiesel”, Tranzacții ASABE, V. 50, nr. 4, pp. 1123-1128, 2007.

Pentru informații suplimentare

Emisiile de NOx și Biodiesel - această „Notă tehnică” de două pagini oferă o prezentare generală a sursei de emisii de oxid de azot din biodiesel.

Contribuitori la acest articol

  • Jon Van Gerpen, profesor, Departamentul de Inginerie Biologică și Agricolă, Programul Național de Educație Biodiesel, Universitatea din Idaho

Peer Reviewers

  • Joe Thompson, cercetător în domeniul sprijinului cercetării, Departamentul de Inginerie Biologică și Agricolă, Programul Național de Educație pentru Biodiesel, Universitatea din Idaho
  • Jess Asla, director, Biodiesel Technologies, AB BioEnergy, LLC