Синтез БИО – дизеля. Исследования его свойств

XI Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Синтез БИО – дизеля. Исследования его свойств

Дубинин А.П. 1Сведущев В.А. 1
1МБОУ Трудармейская СОШ
Зеленская Е.А. 1
1МБОУ Трудармейская СОШ
Автор работы награжден дипломом победителя II степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Чуть больше столетия назад человечество добровольно ввергло себя в нефтяную зависимость. Сначала нам было хорошо, но к тому моменту, когда наступило окончательное привыкание, мы прочно запутались в сетях нефтеторговцев. Теперь нам становится все хуже, и мы ищем, чем заменить нефть и ее продукты, так как нас не удовлетворяют цены на продукты нефтепереработки, а также последствия от их использования.

Поэтому в последнее время способам получения энергии с помощью не традиционных и возобновляемых источников энергии уделяются все больше внимания. Большой выброс вредных газов в атмосферу традиционными источниками топлива - это экологическая проблема для всего мира, а биологическое топливо снизит уровень этих выбросов. Интерес к развитию технологий с применением, в частности, биологического топлива в последнее время постоянно растет. В этом и заключается актуальность нашей работы.

Цель: синтез БИО – дизеля, исследование его влияния на окружающую среду.

Задачи:

Изучить литературу по теме исследования;

Сделать синтез БИО - дизеля в лабораторных условиях;

Провести эксперимент по выявлению сравнительных характеристик дизеля и БИО – дизеля на окружающую среду.

Объект исследования: Биологическое топливо.

Предмет исследования: Био – дизель и его влияние на окружающую среду.

Гипотеза: БИО - дизель не оказывает вредного воздействия на окружающую среду и живые организмы.

Методы исследования: моделирование, сравнение, наблюдение, анализ, эксперимент.

1.Теоретическая часть

1.1.БИО-дизель. История создания.

БИО-дизель, или БИО-дизельное топливо — жидкое моторное БИОтопливо, представляющее из себя смесь моно-алкильных эфиров жирных кислот. БИО-дизель получают из триглицеридов (реже свободных жирных кислот) реакцией пере-этерификации (этерификации) одноатомными спиртами (метанол, этанол и др.). Источником триглицеридов могут служить различные растительные масла или животные жиры [1].

БИО-дизель имеет растительное происхождение. Подчеркнем, что он не обладает бензоловым запахом и изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, улучшающие структурный и химический состав почв в системах севооборота.

Известно, что минеральное дизтопливо при устранении из него сернистых соединений теряет свои смазочные способности. БИО-дизель же, несмотря на «обделенность» серой, характеризуется хорошими смазочными свойствами. Это обуславливается его химическим составом и содержанием в нем кислорода.

Высокая температура воспламенения. Еще один технический показатель, интересный для организаций, хранящих и транспортирующих ГСМ: точка воспламенения. Для БИО-дизеля ее значение превышает 100°С, что позволяет назвать БИО-горючее относительно безопасным веществом. В настоящее время уже 48 стран мира нормативно закрепили и активно развивают производство «чистой» энергии биологического типа. Активно используются возобновляемые источники энергии из сельхоз-сырья в США, Бразилии, Японии, Китае, Индонезия, Германия, странах ЕС [3].

История создания БИО – дизеля началась в 1826 году . Американский изобретатель Сэмюель Мори предложил модель двигателя, который работал на спирте и скипидаре.

Немецкий изобретатель Николас Отто в 1876 году создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на этаноле.

Слово "дизель" давно стало нарицательным. Немецкому инженеруизобретателю Рудольфу Дизелю человечество оказало высокую и довольно редкую в истории техники честь, начав писать его имя со строчной буквы и называя так созданный Р. Дизелем поршневой двигатель внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия. Р. Дизель предложил тип мотора, использующего в качестве топлива арахисовое масло, и продемонстрировал его работу на Всемирной выставке в Париже в 1900 году.

Американский изобретатель Генри Форд изготовил в 1896 г. свой первый автомобиль. Он носил название "Квадрицикл" (Quadricycle), двигатель которого работал на спирте. А в 1908 г. Форд выпустил в продажу знаменитую "Модель Т" - первый в истории массовый автомобиль, который мог работать на бензине, этаноле и смеси обоих видов топлива. Форд использовал этанол, исходя и из экономических соображений: он считал, что "спиртовое" автомобилестроение предоставит фермерам возможность использовать при эксплуатации автомобилей дешевое топливо [3].

В начале ХХ века на планете были обнаружены значительные запасы нефти, объемы ее добычи увеличивались, бензин дешевел. Это определило потерю интереса к БИО-топливу. Правда, эпоха его забвения длилась недолго URL: http://www.sciteclibrary.ru/ris-stat/st614/image684.gif.

Вскоре спирт подешевел, поскольку его начали изготавливать из отходов сахарной промышленности. Этанол как топливо активно использовался многими странами мира во время. Первой мировой войны (1914-1918 гг.). Уже после окончания войны, в 20-х годах, в Соединенных Штатах и многих европейских странах получают распространение смеси бензина и спирта [2].

В течение многих последующих лет этанол упорно пытался вытеснить бензин с господствующих позиций, но почти всегда проигрывал ему, окончательно исчезнув с рынка лишь после. Второй мировой войны. В данный момент применение альтернативных источников энергии все еще ограничено, поскольку существующие до сих пор технологии использования этой энергетики, по сравнению с традиционными, являются довольно дорогими и недостаточно эффективными. В глобальном масштабе роль источников альтернативной энергии пока еще очень мала.

К настоящему времени производство БИО-топлива в развитых странах фактически вступило в третий этап своего развития. На первом этапе, с 80-х годов и до конца XX века, в центре внимания науки и бизнеса находилось производство биогаза.

Производства БИО-топлива в начале XXI века заключался в производстве жидкого моторного топлива в виде БИО-этанола и БИО-дизеля, соответственно из зернового, сахаросодержащего и масличного сырья. На смену второму этапу уже идет третий, характеризующийся переходом к производству жидкого БИО-топлива в виде БИО-бутанола, БИО-нефти и других продуктов горения [1].

1.2.Сравнительные характеристики дизеля и БИО-дизеля

Дизель и БИО-дизель - это два продукта, которые могут выполнять ту же функцию, но поступают из самых разных источников. Как дизель, так и БИО-дизель могут использоваться для топлива дизельных транспортных средств, таких как автомобили, грузовики, тракторы и газонокосилки. Основным отличием этих двух источников топлива является то, что дизельное топливо поступает из нефти, невозобновляемых побочных продуктов из ископаемого топлива, тогда как БИО-дизель извлекается из растительных, семенных и животных масел. Дизель и БИО-дизель также различаются по доступности; в то время как дизельное топливо обычно является стандартным продуктом на большинстве АЗС, поставщиков БИОдизеля часто бывает мало и далеко друг от друга.

БИО-дизель является возобновляемым из дизеля, изготовленного из БИО-разлагаемых масел, таких как соевое или арахисовое масло. В сочетании с некоторыми спиртами жир в этих маслах создает длинные цепи химического вещества, известного как сложные эфиры, которые делают масло пригодным для использования в качестве топлива. БИО-дизель можно использовать практически в любом дизельном двигателе с несколькими модификациями и без повреждений двигателя. Помимо поступления из возобновляемого источника, БИО-дизель выпускает в воздух крайне незначительные уровни загрязняющих веществ URL: https://ru.qwe.wiki/wiki/Environmental_impact_of_biodiesel.

Сравнивая дизельное и БИО-дизельное топливо, легко предположить, что дизельное топливо является злом, а БИО-дизелем - чудесным, безопасным для окружающей среды продуктом. Фактически, дизель был первоначально создан для повышения эффективности двигателя, таким образом, сокращая потребление топлива. БИО-дизель, имея много преимуществ в плане сокращения загрязнения, требует отвода продовольственных культур в добычу нефти. В развивающихся странах некоторые обеспокоены тем, что утечка урожая, необходимая для производства БИО-дизеля и другого БИО-топлива, может привести к снижению предложения продовольствия и увеличению уровня голода. Хотя ни дизель, ни БИО-дизель, похоже, не дают идеальных ответов на будущее топлива, оба являются важными шагами на длинном пути к чистым, возобновляемым и эффективным источникам энергии для транспортировки.

2.Практическая часть

2.1 Синтез БИО-дизеля в лаборатории.

Реактивы и оборудование: соевое масло, этиловый спирт, гидроксид калия, вода, растение в земле, пробирки, шприц, трубка, мерный цилиндр , пустая бутылка объемом 0,5, спиртовка ,штатив , железные чашки , банки с отверстиями, вата, электронные весы (рис.1).

Рис.1 Реактивы и оборудование

В мерный стакан налили 100мл соевого масла, затем перелили в пустую бутылку объемом 500мл, далее измерили 50 мл этилового спирта и прилили к 100мл соевого масла, для перемешивания смеси встряхнули бутылку (рис.2).

Рис.2. Опыт

Перемешанную смесь нагрели до 55 °С, затем в подстывшую смесь добавили 3,75 г гидроксида калия и перемешивали до полного растворения гидроксида (рис.3).

Рис.3 Нагревание смеси и взвешивание щелочи

После перелили смесь в бутылку и в течение 2 часов перемешивали (использовали центрифугу), для осаждения глицерина смесь отстаивалась 20 часов (рис.4).

Рис.4 Переливание смеси

Уравнение проводимой реакции:

Рис.5 Темное пятно глицерина

2.2 Влияние биодизеля и дизеля на атмосферу.

В железные банки (нижняя часть конструкции) налили испытуемые образцы: дизельное топливо и биодизель. Накрыли металлической банкой с отверстиями снизу и сверху, подожгли топливо (Таблица 1).

Верхняя часть конструкции

Нижняя часть конструкции

Таблица 1.

Вывод: В результате горения на банке, которой накрывали дизельное топливо, образовался черный налет, а банка, которой накрывали биодизельное топливо, осталась чистой. Следовательно, биодизельное топливо сгорает без образования сажи и вредных веществ.

Уравнение горения биодизельного и дизельного топлива:

а ) биодизеля

б) дизеля.

Элементарные реакции горения топлива:

C+O2=CO2 – полное сгорание углерода 2C+O2=2CO – неполное сгорание углерода

2H2+O2=2H2O – горение водорода

S+ O2= SO2 – горение органической серы

2.3. Влияние БИО - дизеля и дизеля на живые организмы.

Пророщенные семена растений были посажены в 2 прозрачных стакана. В течение нескольких дней растения в стакане №1 поливали дизельным топливом, а растения в стакане №2 биодизелем (рис.6).

Рис.6 Опыт с растениями.

После 4 дней полива в стакане №1 растения завяли и засохли. В стакане № 2 не произошло негативного влияния на растения (рис.7)..

Рис.7.Влияние топлива на растения.

Следовательно, биодизель – топливо, которое не оказывает вредных воздействий на растительные организмы в отличие от дизельного топлива.

2.4 Дизель и биодизель – отношение к воде.

В химический стакан №1и № 2 налили водопроводную воду. В стакан №1 прилили дизельное топливо, в стакан №2 биодизельное топливо.

Дизельное и биодизельное топливо не смешиваются с водой, образуя на поверхности пленку (рис.8).

Рис.8. Опыт с водопроводной водой и топливом.

В стаканы с водой и с топливом поместили водоросли (рис.9).

   

Стакан №1

Стакан №2

 

Рис.9. Опыт с водорослями.

 

Через 15 дней наблюдали, что произошло с водорослями (рис.10):

   

Образец из стакана №1

Образец из стакана №1

 

Рис.10. Влияние топлива на водоросли

 

Вывод: в стакане с дизельным топливом наблюдали гибель водоросли, т.к. дизельное топливо препятствует жизнедеятельности растительных организмов. В стакане с биодизелем растение не изменилось, т.к. биодизель не оказывает пагубного воздействия на живые организмы. Что подтверждает литературные данные о том, что биодизель не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озѐр.

Заключение.

Биодизель - топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Для получения биодизельного топлива используются растительные или животные жиры. Сырьѐм могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, или любое другое масло-сырец, а также отходы пищевой промышленности.

Биодизель не содержит бензола и ароматических углеводородов, поскольку изготавливается из масел, сырьем для которых служат растения, поэтому его можно отнести к экологическим видам топлива.

Сильной стороной биодизеля так же является то, что он при сгорании выбрасывает в атмосферу гораздо меньше вредных газов (биодизель в сравнении с минеральным аналогом почти не содержит серы (< 0,001 %, тогда как минеральное дизтопливо < 0,2 %)).

Биодизель, как показали опыты, при попадании в воду не причиняет вреда растениям и животным. Кроме того, он подвергается практически полному биологическому распаду: в почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99 % биодизеля, что позволяет говорить о минимизации загрязнения рек и озѐр.

Гипотеза, выдвинутая в начале исследования нашла свое подтверждение, через проведенные опыты и эксперименты..

Литература

Альтернативное растительное сырье для производства биодизеля /С.М.Каленская [Текст ] // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. - 2013. - № 6. - С.31-39

Булатников В.В. Биодизель и проблемы экологии / В.В. Булатников [Текст ] // Стандарты и качество. -2009. - № 10. - С. 36-39

Виноградова, А.В. Биотехнология топлива: учеб. пособие / А.В. Виноградова, Г.А. Козлова, Л.В. Аникина. [Текст ] - Пермь: Изд-во Перм.

гос. техн. ун-та, 2008. - 212 с.

Интернет ресурсы: http://www.sciteclibrary.ru/ris-stat/st614/image684.gif https://ru.qwe.wiki/wiki/Environmental_impact_of_biodiesel https://econet.ru/articles/8517-ekologicheski-bezopasnoe-biotoplivo-

nachinaet-ugrozhat-dikoy-prirode

8

Просмотров работы: 71