植物油燃料

植物油可用作柴油发动机和加热油燃烧器中的替代燃料。 当植物油直接用作燃料时,在改性或未改性设备中,它被称为直植物油(SVO)或纯植物油(PPO)。 可以改进常规柴油发动机以帮助确保植物油的粘度足够低以允许燃料的适当雾化。 这可以防止不完全燃烧,这会通过引起碳的积聚而损坏发动机。 直馏植物油也可与常规柴油混合或加工成生物柴油或生物液体,以在更广泛的条件下使用。

可用的植物油
大多数菜籽油在德国用作植物油燃料。 然而,全世界有数千个可用作燃料的油厂。 基本上,所有植物油类型和动物油都适合在改装车辆中操作。 偶尔,驾驶者也会使用过滤后的废油和液体食用脂肪。 但是,必须彻底清洁,脱水,并在必要时使用前中和。 使用植物油作为燃料时,必须始终遵守高质量标准。

尽管亚麻荠油具有更好的性质,但市场上的菜籽油比例超过了,因为农民既不能从混合作物中获得任何经济利益,也不能使用压榨残余物作为饲料,因为这种情况直到2009年被动物饲料法规附件5第31点禁止。 。

属性
植物油是光合作用产生的最密集的能量形式之一。 37 MJ / kg的热值显着低于汽油(43 MJ / kg)和柴油燃料EN 590(42.5 MJ / kg),但高于硬煤(30 MJ / kg)。 与容量相关的能量密度约为每升9.2千瓦时,汽油为8.6千瓦时/升,矿物柴油为9.6千瓦时/升。

纯植物油主要由三酰基甘油酯组成,d。 H.甘油 – 长链脂肪酸的酯(即不来自烷烃),并且比柴油更不易燃(见闪点)。 可燃性(十六烷值)通常是有限的,因为来自喷射器的未加热的植物油在燃烧室中雾化不充分(因此涡流和涡流室马达更好)。 由于其较高的粘度,当温度下降时粘度增加甚至更高,燃料管线,喷射泵和喷射喷嘴中的流动阻力增加到柴油燃料的流动阻力。 因此,一些喷射系统,例如共轨或泵喷嘴,使用超出其规格的植物油,这可能导致异常磨损甚至完全失效。

应用和可用性

改进的燃料系统
大多数柴油汽车发动机适用于直植物油(SVO),通常也称为纯植物油(PPO),具有某些改进。 原则上,SVO / PPO的粘度和表面张力必须通过预热来降低,通常使用来自发动机或电力的废热,否则可能导致雾化不良,燃烧不完全和碳化。 一种常见的解决方案是为石油柴油或生物柴油混合物添加一个热交换器和一个额外的燃料箱,并在这个附加燃料箱和SVO / PPO的主燃料箱之间切换。 发动机由柴油启动,一旦预热就切换到植物油,并在关闭之前不久切换回柴油,以确保再次从冷启动时发动机或燃油管路中没有植物油残留。 在较冷的气候中,通常需要加热植物油燃料管线和罐,因为它可能变得非常粘稠甚至固化。

已开发出单罐转换,主要在德国,已在整个欧洲使用。 这些转换旨在提供符合德国菜籽油燃料标准DIN 51605的菜籽油的可靠操作。发动机冷启动状态的修改有助于启动时和发动机预热期间的燃烧。已证明适当改进的间接喷射(IDI)发动机可在100%PPO下操作,温度可达-10°C(14°F)。 直喷(DI)发动机通常必须用块加热器或柴油加热器预热。 唯一的例外是大众Tdi(涡轮增压直喷)发动机,许多德国公司为其提供单罐转换。 为了长期耐久性,已经发现有必要增加换油频率并且更加注意发动机维护。

未经修改的间接喷射发动机
由在线喷射泵或机械博世喷射泵提供的间接喷射发动机驱动的许多汽车能够在除冬季温度以外的所有温度下运行纯SVO / PPO。 间接喷射带有直列式喷射泵的梅赛德斯 – 奔驰汽车和配备PSA XUD发动机的汽车往往性能相当,特别是后者通常配备冷却液加热燃料过滤器。 发动机可靠性取决于发动机的状况。 注意维护发动机,特别是燃油喷射器,冷却系统和电热塞的维护将有助于提供长寿。 理想情况下,发动机将被转换。

植物油混合
必须降低植物油的相对高的运动粘度,以使它们与传统的压燃式发动机和燃料系统兼容。 共溶剂混合是一种低成本且易于调整的技术,通过用低分子量溶剂稀释植物油来降低粘度。 这种混合或“切割”已经用柴油,煤油和汽油等进行; 但是,对于这种效果的看法各不相同。 注意到的问题包括使用混合物时燃油泵和活塞环的磨损和失效率较高。

家庭供暖
当由生物质制成的液体燃料用于除运输之外的能源用途时,它们被称为生物液体。

通常只需极少的改造,大多数设计用于燃烧2号加热油的住宅炉和锅炉可以燃烧生物柴油或过滤的预热废植物油(WVO)。 如果消费者在家中进行清洁,WVO可以节省大量成本。 许多餐馆将使用最少量的食用油,加工成生物柴油相当简单和便宜。 直接燃烧过滤的WVO有点问题,因为它更粘稠; 尽管如此,它的燃烧可以通过适当的预热来完成。 因此,对于具有必要的机械和实验能力的人来说,WVO可以是经济的加热选择。

热电联产
许多公司提供压缩点火发动机发电机,这些发电机经过优化以在工厂油上运行,其中废发动机热量被回收用于加热

属性
在英国使用的SVO / PPO的主要形式是菜籽油(也称为菜籽油,主要在美国和加拿大),其凝固点为-10°C(14°F)。 然而,目前正在研究在-12°C(10°F)左右凝胶化的向日葵油作为改善寒冷天气开始的手段。 然而,具有较低胶凝点的油倾向于较不饱和(导致较高的碘值)并且在大气氧存在下更容易聚合。

材料兼容性
聚合反应也与灾难性组件故障有关,例如注射泵轴咬合和破裂,喷射器尖端故障导致各种和/或燃烧室部件损坏。 腐蚀和电解等大多数冶金问题都与水基污染或管道(如铜或锌)选择不当有关,即使用石油基燃料也会造成凝胶化。

温度影响
一些太平洋岛国正在使用椰子油作为燃料,以减少其开支和对进口燃料的依赖,同时帮助稳定椰子油市场。 椰子油仅适用于温度不低于17摄氏度(63华氏度)的情况,除非使用双罐SVO / PPO套件或其他罐式加热配件等。 开发出相同的技术,例如,在寒冷气候下使用油菜籽和其他油,可以使椰子油在低于17摄氏度(63华氏度)的温度下使用

可用性

再生植物油
回收植物油,也称为使用过的植物油(UVO),废植物油(WVO),用过的食用油(UCO)或黄色油脂(在商品交换中),从使用该油用于烹饪的企业和工业中回收。

截至2000年,美国每年生产超过110亿升(29亿美国加仑)的再生植物油,主要来自马铃薯加工厂,休闲食品厂和快餐店的工业油炸锅。 如果所有这110亿升可以回收并用于替代等量的石油(理想情况),那么美国几乎1%的石油消耗量可以抵消。 利用再生植物油替代汽油等标准石油衍生燃料,可以通过保持石油供应来降低汽油价格。

维珍植物油
维珍植物油,也称为纯植物油或直植物油,是从植物中提取的,仅用作燃料。 与使用过的植物油相比,它不是其他行业的副产品,因此其作为燃料使用的前景不受其他行业的能力限制。 用作燃料的植物油的生产理论上仅受给定经济的农业能力的限制。 然而,这样做会减少纯植物油的其他用途。

使用问题

换油机油
未燃烧的燃料 – 特别是在冷启动期间和高发动机速度下 – 进入发动机油并使其润滑性能恶化或发动机油中的聚合物链形成,其可聚集成团块并堵塞管道和过滤器。 这个问题尤其发生在使用现代全合成润滑油时,显然全合成油很好地结合了外来物质(自由基),它们应该是什么 – 如果没有太多的话。

纯柴油燃料在约55℃开始蒸发。因此,当发动机油在行驶时达到该温度时,柴油燃料从发动机油中蒸发。 由于植物油与柴油不同,直到约220°C才开始蒸发,发动机油从未达到此温度,因此植物油不可避免地积聚在发动机油中。 将车辆转换为使用植物油的操作只会减慢此过程,但不会阻止它。 因此,始终建议定期检查油位并将换油周期减半。

增韧液
植物油比柴油燃料厚得多,但发动机的喷射系统设计用于粘度较低的柴油燃料。 植物油的闪点比柴油燃料高约165 K. 这两种性质对燃烧都有决定性的影响。

因此,转换必须使发动机适应植物油和/或改变植物油,以使其尽可能接近柴油的性质。 为了确保尽可能完全燃烧,必须在注射期间喷洒植物油,就像柴油燃料一样。 为此目的,植物油的粘度必须适应柴油燃料的粘度或必须增加注入压力。 在实践中,通常使用两种选择。

植物油的粘度强烈依赖于温度,d。 也就是说,植物油加热得越远,它变得越薄。 在室温下,植物油的粘度比柴油的粘度大约100倍,这将导致未改性的喷​​射泵产生巨大的力。 只在约。 150°C的植物油达到柴油的粘度。 大多数Pöl采用冷却水热交换器加热,但仅达到65-85°C。

理论上,也可以相应地仅增加注射压力,但是成本非常高,这就是注射压力仅略微升高的原因。 在较旧的喷射系统中,这可以通过改变喷射器的开启压力而容易地实现。 由于喷射泵需要更长的时间来建立更高的压力,因此燃料稍后喷射; 然后必须重置注射时间。

柴油/汽油混合物
除了加热之外,柴油或汽油的混合物是改变植物油的粘度和闪点的一种方法。 某些转换器使用此技术。 B.使用了“Klümper-Pflanzenöltechnik”和“Danhag”。

植物油比柴油厚。 因此,柴油和植物油的混合物,无论混合比如何,都不会达到柴油的粘度。 实践证明了混合和加热的结合。 一方面,相同温度下的植物油比不添加柴油的粘度低得多,另一方面,混合物的闪点降至55°C(柴油)和220°C之间的值(植物油),燃烧效果更好,

汽油比柴油粘度低,因此植物油 – 汽油混合物可以达到柴油的粘度。 这是混合比例为约60%油与40%汽油的情况。 然而,添加到柴油发动机中的汽油中的抗爆剂抑制了混合物的自燃,即, H.十六烷值急剧下降,导致发动机启动不良而表现不佳。 因此,在这种情况下,必须混合增加十六烷值的点火增强添加剂。 另外,添加汽油会降低植物油的润滑性能,这会导致喷射泵的损坏。 这是添加二冲程油有帮助的地方。 59%油,39.5%汽油,1%二冲程油和0的混合物,

存储
植物油应尽可能保存在阴凉处。 储存可以在地上和地下储罐设施中轻松完成,由于其相对恒定的低温地下设施具有优势。

植物油的良好生物降解性的优点与耐老化性差并且使保质期变差。 细菌攻击,氧化和积水是主要问题。 因此,在储存植物油时,必须注意防止化学反应,这会恶化植物油的质量,例如

氧化,
水解,
聚合和
酶促降解。

因此,储存必须是黑暗,凉爽(在5到10°C之间),干燥并且与大气氧气的接触面很小。 储罐,管道和配件必须由不锈钢(不含催化合金成分,如铜)或不透明塑料(如HDPE)制成,并包含一个用于通风的分水过滤器。 由于通常存储温度低,地球坦克便宜。 应定期清洁储罐,因为杂质沉积物加速了化学反应导致的质量恶化(见上文)。

在油厂的植物油生产中,以下轴承组合很常见:

第一罐储存来自当前生产的植物油
第二储罐储存植物油,其样品被检查质量
第三个罐装有植物油,经质量认证后可以交付给最终客户。

职业安全
变性植物油可能闻到或味道不愉快。 壳牌,戴姆勒 – 克莱斯勒,大众汽车和联邦农业研究中心德国生物燃料工业协会资助的一项研究得出的结论是纯菜籽油动力柴油卡车发动机的排放量与传统的柴油动力柴油发动机相比发动机的致癌性约为30倍。 联邦环境局的专家参考了这项研究,声称卡车不再使用纯菜籽油。 特别是,卡车维修店的员工面临风险。 这些声明后来被技术与促进中心(TFZ),施特劳宾和奥格斯堡的bifa环境研究所最近的一项研究所驳斥。

这项研究表明:

与柴油排放相比,使用bioltec技术时,植物油排放显示出大致减半的致突变效应。 诱变效应是衡量废气致癌潜力的指标。
与纯柴油操作相比,使用依赖于负载的限定植物油/柴油混合物时,细粉尘排放量减半。
在调查中使用不同的测量和对照测量多次确认结果。

质量标准
植物油的性质根据获得的植物而不同。 例如,亚麻荠油比菜籽油更长。 虽然柴油燃料可以保证统一的质量标准,但植物油并不容易。 它不作为标准化液体存在,并且仍然没有大规模市场,其依赖于中央处理并且将允许不同来源的油的受控混合并因此具有恒定的质量。

为了为常用的菜籽油制定统一的质量标准,2000年5月23日,“LTV工作组分散植物油生产,Weihenstephan”制定了“菜籽油作为燃料的质量标准(RK质量标准)”。 这被DIN 51605取代:2010-09植物油适用发动机燃料 – 菜籽油燃料 – 要求和试验方法:

性质/成分 单元 范围 测试方法
最大
密度在15°C kg /m³ 900 930 EN ISO 3675,EN ISO 12185
闪点根据P.-M. C 220 EN 2719
热值 千克/千克 36000 DIN 51900-1,-2,-3
运动粘度在40°C mm²/ s 36.0 EN ISO 3104
温度行为 旋转
粘度测定(测试条件开发)
可燃性(十六烷值) 39 (测试方法开发)
碳残留物 尺寸 – % 0.40 EN ISO 10370
碘值 g / 100克 95 125 EN 14111
硫含量 mg / kg 10 ISO 20884/20864
完全污染 mg / kg 24 EN 12662
酸值 mg KOH / g 2.0 EN 14104
在110℃下的氧化稳定性 H 6 EN 14112
磷含量 mg / kg 3 EN 14107
mg / kg 1 EN 14538
mg / kg 1 EN 14538
灰分含量 尺寸 – % 0.01 EN ISO 6245
含水量 尺寸 – % 0075 EN ISO 12937
这些值代表了迄今为止的标准草案 。

柴油和菜籽油燃料的体积消耗和性能特征大致相同。 然而,随着燃烧进行得更慢,植物油燃烧有点“更软”。 作为一个问题,发动机制造商可以看到焦炭残留物,因此植物油没有或几乎没有释放。 此外,植物油与机油添加剂的组合倾向于聚合,即形成固体化合物和团块。 这是由于未燃烧的植物油不可避免地通过汽缸壁进入发动机油,特别是在短距离驾驶期间。

市场和成本
仅在德国,根据最近对VCD的估计,大约有2万辆由植物油驱动的车辆。 在植物油加油站或油厂,纯植物油的价格包括。 税收成分通常与常规加油站的柴油价格水平相似。

与传统燃料不同,菜籽油仅在德国的几百个加油站可用。 此外,有许多供应商和油厂提供共同的植物油加油量。

从1升的零售瓶中加入植物油是最有可能的(食品精炼油符合DIN 51605),但不舒服。 此外,人们有义务稍后向税务局支付由此产生的税款。 因此,许多植物油经营者在私人财产(农场加油站)上操作带有泵的水库。 通常的尺寸约为1m³。 小型储罐已售价约50欧元。

对于农业生产者来说,菜籽油比农业柴油便宜。 2001年,消费者保护部启动了560万马克“100拖拉机计划”。 共有111台来自不同制造商的农用拖拉机,其发动机符合欧洲I和欧盟II排放标准的技术标准,是为了获得经验而改装的操作。 该项目于2001年4月至2005年10月进行,由罗斯托克大学能源与环境工程研究所监督。

根据方法,转换金额的成本(包括增值税)从360欧元(1罐)或1,500欧元(2罐)到每辆发动机或车辆或固定集料4,000欧元。 对于自行安装者,可提供260欧元(1罐)或600欧元(2罐)的套装。 在某些地区,公共补贴也提供高达净转换成本的一半。

环境影响
植物油作为燃料的使用具有生态优点和缺点,这些优点和缺点不能总是相互抵消。 德国联邦环境局(UBA)在1999年表示:“从环境保护的角度出发,出于经济原因,仍然没有提倡在菜单中推广使用菜籽油和RME。” (Lit.Kraus等,第21页)。 2007年3月,UBA关于“生物柴油”主题的网站指出:“生物柴油或油菜籽的种植可以为保护化石能源和气候保护作出一点贡献。”

气候保护
从广义上讲,植物油作为燃料的使用不是二氧化碳中性的。 确实,在燃烧过程中,仅释放了植物通过大气光合作用释放的CO 2量。 然而,在生产(压制)本身中,消耗了大部分电力或矿物燃料,因此实际上释放出少量的二氧化碳。 此外,种植面积的排序,包括肥料或喷雾剂(杀虫剂和疾病,害虫和杂草控制剂)和收获物的提取和后勤的能量成本需要能量,这也导致二氧化碳释放。

与原油相比,使用天然产生的能源在长期和长期内导致较低的CO 2污染。 燃烧过程中产生的二氧化碳再次被可再生的生产工厂吸收并转化为新能源。

资源保护
鉴于化石资源枯竭,能源生产和化学工业的原材料越来越重要,这些原材料越来越多地由农业生产。石油公司也将这一发展考虑在内并投资于适当的研究。

防水
植物油与传统石油基燃料相比,水(包括地下水)污染的风险并不大。 不用作食物或饲料的植物油是否被认为对水有害取决于组成。 植物油的主要存货是标识号。 “水危害物质管理条例”(VwVwS)附件1第760条,因此“对水无害”:甘油三酯(技术上未经处理或氢化,脂肪酸基团饱和和不饱和,具有均匀,无支链的C链和C数≥ 8)。 由于植物油不是纯物质,而是物质的混合物,因此VwVwS的混合规则适用。 之后z。 例如,水危害等级1的组分可能仅含有少于3%的物质,将该物质归类为“对水无害”。因此,根据植物种类和采油方法,如果含有过多的甘油三酯与短链脂肪酸,过多的游离脂肪酸(如果这些不符合附录中的第661号法规),则油可能对水有害。 1个VwVwS)或其他污染物。 联邦环境署于2007年6月就“通过生物油的水危害”这一主题进行了技术讨论。 因此,联邦政府建议的评估对水有害物质的委员会已经确定生物油在WGK 1中被归类为对水有轻微危害,前提是不会发生其他危险特性。

天然物质也会破坏河流,湖泊和地下水。 因此,“水法”第5条要求“根据具体情况采取必要的护理,以避免水质的不利变化”。 “对水无害”这一分类仅仅意味着“水资源法”第62和63条的特殊要求及其后颁布的规定不适用。

防火
与柴油或燃油EL相比存在着火的危险,因为它在常温下是易燃的,因为闪点为220°C(见下面的质量标准章节)并且不能形成爆炸性气体/空气混合物。

农业和区域影响
植物油燃料也可以由农业生产者附近的小型油厂以相对简单的方式生产。 随着需求的增加,废弃农业土地的重新种植提供了。 从生产者到消费者的运输路线相对较短。 即使是生产的副产品,油或压饼,也可以作为动物饲料的高品质蛋白质和能量载体使用。 近几年销售市场一直在急剧下滑。 如果它在2007年达到80万吨,那么到2009年它将急剧下降到10万吨。在2009/2010生物燃料报告中如果用生物柴油的竞争情况来解释这一点,协会就会看到生物燃料政策中的原因。政府默克尔二世,不进一步推广现有的纯燃料。

分化栽培方法的效果
生态平衡以及植物油使用的盈利能力的核心重要性是培养形式。 您可以在这里区分两种类型:

用矿物肥料单作栽培
生物肥料与混合培养
大多数科学论点(例如UBA的意见)是基于这样的假设:必须数量的植物油只能通过在肥料和农药使用量高的单一栽培中进行油菜种植而在集约化农业中生产。

自1997年以来,公众所熟知的是在巴伐利亚州进行的有机农业混合作物种植试验。 通过在同一领域同时培养不同作物的混合物可以理解。 当带有茎的带叶植物,带有甜菜根的深根或具有不同营养需求的植物在一个田地中一起生长时,它们相互补充。 因此,已经证明了用豌豆,小麦或大麦对亚麻荠或油菜产生了有利的效果。 混合栽培需要较少的肥料(豌豆提供氮)并且不需要使用除草剂来防止杂草。在谷物中,相同的面积产量是由于用较高质量的谷物获得较低的杂草压力,每公顷额外产量为约80至150升植物油。

生物方法的核心是广泛使用所有资源。 由于植物的相互偏爱,除了农药之外,还可以省去肥料。 作物的分类直接在收割机中进行。 剩余的植物材料可以作为纤维材料的基础或作为生物质加工成能量。 从油压饼获得的物质可以用作动物饲料,然后最终用作生产沼气的液体肥料。 然后可以将消化的残余物再次作为肥料施用。 倡导者在此指出,种植含有物质和能量有价值的副产品的石油植物可能不会简单地排除。 在这种整体方法下,现代生物技术与矿物油产品相比的优越性变得清晰。

根据支持者的说法,另一种可能性是广泛种植富含芥酸的天然油菜,它比现在种植的不含芥酸的油菜(所谓的OO品种,具有良好的食用油)更适合作为燃料。生产潜力)。

支持者进一步认为,在讨论中,在德国广泛使用的其他油料品种将作为向日葵,花园火箭,萝卜,芥末,芜菁油菜,假亚麻,亚麻籽或大麻进行耕种,不足以考虑。
法律影响

燃料税
SVO / PPO作为公路燃料的税收因国家而异。 许多国家的税收部门可能甚至没有意识到它的使用,或者认为它对立法来说太微不足道了。 德国曾经有0%的税收,导致它成为大多数燃料使用发展的领导者。