Carburant automobile: biodiesel PARTIE 1

Carburant automobile: biodiesel PARTIE 1

1900 Le dernier du XNUMXe siècle sortant. Un siècle marqué par un nombre énorme d'inventions techniques importantes et d'innovations pratiques. Le temps, qui a donné une impulsion significative à l'évolution de l'humanité, avec laquelle il est encore impossible de mesurer une période. On accueille à juste titre le nouveau siècle avec une nouvelle confiance en soi, et l'exposition technique à Paris est une sorte de vitrine de l'essor universel. Cette exposition est de loin le plus grand événement du genre ...

PREMIÈRE PARTIE

Parmi les nombreuses inventions et innovations techniques importantes et peu précieuses à Paris, on peut trouver l'un des premiers véritables moteurs de Rudolf Diesel - déjà suffisamment sophistiqué pour être démontré au public.

Ici, nous ne raconterons pas le mystérieux halo autour de cet homme qui a créé la création fondamentale du monde moderne, nous vous épargnerons une explication du génie de l'idée technique sous-jacente à son projet, mais nous ferons plutôt attention au carburant avec lequel Rudolph Diesel conduit le Paris ". Le carburant est en fait ... du beurre de cacahuète!

À cette époque, beaucoup assumaient déjà la grande importance des voitures pour l'avenir de l'humanité, mais aucun des nombreux créateurs de génie de l'époque ne savait ce qui alimenterait réellement les moteurs des voitures du futur. De nombreux scientifiques à l'époque pensaient que l'alcool était le carburant le plus approprié pour le moteur d'Otto. Cette idée fausse appartient à Rudolf Diesel et aux gens qui l'entourent, qui croient fermement qu'ils sont devenus une nouvelle source puissante de revenus pour les agriculteurs du monde entier. Comme nous le savons déjà par l'histoire, un tel développement est initialement entravé.

Avec le développement du moteur à essence et l'entrée progressive de la voiture dans la vie quotidienne (pour être précis - dans la vie des Américains, car en Europe la voiture a été pendant de nombreuses années le privilège d'un petit segment des super-riches), l'huile a réussi à asseoir sa position. Les raffineries sont de plus en plus obligées de se conformer aux demandes de leur nouveau plus gros consommateur, ce qui complique les processus de raffinage pour améliorer la production d'essence. En 1914, le craquage thermique a été inventé, ce qui a considérablement augmenté la quantité d'essence produite par unité d'huile. Les travaux se poursuivent, mais à un moment donné, les raffineries sont obstruées par une quantité excessive de distillat plus lourd rejeté comme produit résiduel de la production d'essence. Comme mentionné, en plus des grands gisements bien connus aux États-Unis et en Russie, qui étaient des acteurs majeurs dans l'arène pétrolière au tournant du siècle, de l'or noir a déjà été découvert en Perse, au Venezuela et au Mexique. De plus en plus d'opérations de forage sont menées au Texas et en Californie, de sorte que le monde s'oriente clairement vers une phase de saturation en pétrole. Le surplus de carburant distillat que nous venons de mentionner s'avère être un carburant approprié pour les moteurs diesel qui sont entrés dans l'industrie et la vie quotidienne partout. Certains d'entre eux (par exemple, ceux sur les navires caspiens des frères Nobel qui ont acheté une licence pour un moteur diesel) commenceront à utiliser du pétrole brut comme carburant, d'autres moteurs diesel à faible vitesse se contenteront de fioul beaucoup plus lourd, et d'autres utiliseront du pétrole pompé directement dans le charbon. fours de chaudières à vapeur.

La combinaison de ces circonstances décrit assez clairement le tableau énergétique de l'époque et explique pourquoi le moteur diesel n'a plus besoin de produits agricoles comme carburant. La vérité est qu'à cette époque, les graisses animales et surtout végétales étaient non seulement incroyablement chères par rapport à l'huile bon marché, mais également pas tout à fait adaptées à une utilisation dans un moteur diesel.

En principe, les graisses et huiles végétales peuvent être utilisées dans la machine à haute compression nouvellement inventée car elles ont une composition organique similaire à celle de la fraction diesel, mais d'un autre côté, ont un poids moléculaire beaucoup plus élevé. Ces similitudes ne sont pas surprenantes étant donné que la théorie la plus courante de l'origine de l'huile est organique et que la graisse elle-même est l'une des substances qui sont entrées dans les entrailles de la terre et sont devenues une partie de la matière organique qui a donné naissance à «l'or noir».

Constructeur mystérieux

Non, nous ne parlons pas de Rudolph Diesel ici. Il s'agira de l'aura non moins mystérieuse d'un autre Allemand, qui a commencé à planer autour du moteur diesel après la mort de son inventeur - une aura qui n'appartient pas moins exotique que Diesel lui-même, une personne engagée dans l'amélioration de son ingénieuse découverte et qui a apporté la plus grande contribution à la création d'un moteur diesel après son créateur. L'entreprise, fondée par le même homme, est toujours leader dans la production de machines diesel spécifiquement conçues pour travailler avec des huiles végétales. Le nom de cet homme est Ludwig Elsbet, et sa vie s'est terminée il y a plusieurs années quand il a eu exactement 90 ans.

Un an avant le début de la Première Guerre mondiale, le petit Ludwig est né dans une petite ferme près de la toute petite ville de Salz en Basse-Franconie. Comme la plupart des personnages de nos histoires, il a adoré la technologie dès son plus jeune âge et a appris à réparer les machines agricoles dont il s'occupe le plus souvent - un destin très similaire à celui d'Henry Ford. Ludwig a obtenu son diplôme en génie mécanique et en 1937 a commencé à travailler dans les usines Junkers à Dessau en tant que chef du département de recherche sur les moteurs à essence. D'ailleurs, c'est dans ce département que les premiers systèmes d'injection directe d'essence ont été développés, utilisés sur les avions de combat allemands, mais c'est une autre histoire. À la fin de la guerre, les Alliés ont brisé le dos de l'économie allemande, larguant des tonnes de bombes aériennes sur d'importants centres industriels - à la suite de plusieurs bombardements de Dessau, seuls des tas de gravats restaient des usines Junkers, et Ludwig Ellsbet et sa grande famille ont réussi à s'échapper. L'armée russe s'échappe à vélo. Immédiatement après la guerre, il a commencé à travailler pour la société automobile Salzinger, d'abord en assemblant des tracteurs avec des moteurs d'avion qui avaient survécu à la guerre, puis en assemblant des voitures à partir de matériel militaire recyclé. jeep.

En 1951, le monde de la technologie a été frappé par le châssis Ellisbett X dévoilé au Salon international de l'automobile de Berlin. Cependant, la principale raison de l'enthousiasme des spécialistes n'est pas dans le cadre, mais dans le moteur présenté par Elsbet. Le magazine "Auto, Motor und Sport" écrit avec surprise. La machine Elsbeth avec son moteur diesel radial à quatre cylindres à deux temps en alliage léger a suscité le plus grand intérêt lors du salon. Le design est à la fois très léger et simple. Il est vraiment révolutionnaire et peut à juste titre être qualifié de chef-d'œuvre technique de l'industrie automobile allemande. La société d'Elsbeth, quant à elle, dépose le bilan, et il en achète la plupart lui-même et devient un fabricant indépendant de moteurs diesel à deux temps. En 1956, il a développé un moteur diesel «refroidi intérieurement», créant le premier du genre sans chemise d'eau et flux de refroidissement en circulation, dans lequel toute la chaleur, à l'exception du rayonnement émis sous forme de perte de chaleur, est transférée aux gaz d'échappement.

En 1959, Elsbeth a rejoint MAN, améliorant le soi-disant «processus M» et ainsi plus que doublant la présence de l'entreprise sur le marché. En 1973, Ellsbett a développé des injecteurs spéciaux et créé un moteur diesel à injection directe basé sur un moteur six cylindres en ligne. BMW... Le moteur a montré d'excellentes performances, mais BMW et Bosch, qui sont impliqués dans la mise en œuvre du système d'alimentation en carburant, n'ont pas été en mesure de traduire ce projet en une réalité de production. De toute évidence, Bosch a été influencé par l'opinion de nombreux experts de l'époque, qui ont déclaré qu'il était techniquement impossible de créer un moteur diesel fiable pour un véhicule à injection directe à ce stade. BMW a finalement abandonné cette technologie et ce n'est que 15 ans plus tard que Ferdinand Piech a imposé ce concept à Audi - Elsbet redessiné, mais complètement nouveau et créé sans l'aide de Bosch.

Parallèlement à ce développement fondamental, Elsbet a développé de nombreuses autres technologies intéressantes, telles que le soi-disant "Duoterm Combustion Piston", dans lequel la combustion est isolée des parois du cylindre et, avec des pistons spéciaux à double fond, entraîne des économies de carburant importantes. En collaboration avec Nixdorf, Ellsbet a développé le premier système d'injection à commande électronique, ainsi que le système «d'injection intégrée», qui est le prédécesseur direct des systèmes modernes à rampe commune et à «injecteurs unitaires».

À première vue, la biographie complète d'Ellsbet qui vient d'être présentée n'a pas sa place dans ce récit et semble s'écarter considérablement du sujet principal du carburant. Cependant, Ellsbet est une partie si unique du progrès technologique moderne, et ses inventions sont si importantes qu'il serait impensable de manquer son nom et sa contribution. C'est sur la base de ses idées que lui et les concepteurs de sa société Elsbett créent des systèmes qui sont absolument applicables dans la pratique pour alimenter les moteurs diesel avec des huiles végétales. Veuillez noter - pas avec du biodiesel, mais avec des huiles végétales. Elsbett développe à la fois des moteurs pour machines agricoles qui fonctionnent exclusivement avec des huiles végétales, ainsi que des systèmes d'installation supplémentaires qui permettent l'utilisation d'huiles végétales comme carburant pour les moteurs diesel standard. Les moteurs diesel spéciaux ont des buses spéciales, des chauffages, des bougies de préchauffage modifiées et un certain nombre d'autres dispositifs spécialisés qui permettent d'utiliser des huiles végétales comme carburant sans problème.

De la friteuse - directement dans le récipient

Pour commencer, il convient de préciser qu'un moteur diesel peut fonctionner avec de l'huile végétale ordinaire. Par conséquent, nous allons d'abord vous y présenter, puis un carburant secondaire connu sous le nom de biodiesel et obtenu par un processus chimique relativement simple à base d'huiles végétales comme matières premières.

L'un des principaux problèmes des huiles végétales est leur poids moléculaire significativement plus élevé et leur densité significativement plus élevée que le diesel pétrolier, ils doivent donc être préchauffés avec des dispositifs spéciaux pour les préparer à les traverser. buses spéciales qui veillent à leur pulvérisation correcte.

Tout cela semble assez simple, mais ne soyez pas trop rapide pour tirer des conclusions positives. Le fait est qu'il n'y a pas de source faisant autorité concernant les carburants alternatifs pour les moteurs diesel qui puisse se prononcer catégoriquement pour ou contre l'adéquation de ces fluides comme carburant. De nombreuses voitures en Amérique et en Europe utilisent les systèmes Elsbett, et deux ou trois autres entreprises les fabriquent pour être utilisées dans d'autres moteurs de véhicules, mais personne ne dit catégoriquement que l'utilisation d'une alternative au diesel est un festin sans fin. Au contraire, un certain nombre de sources d'information et de participants aux sites de discussion notent qu'ils ont eu des problèmes de corrosion des pompes à carburant, des problèmes d'usure des segments de piston et des cylindres, ainsi que la décomposition de certains éléments polymères de divers systèmes et ensembles moteurs. Parce que le carburant ne s'évapore pas ou ne brûle pas complètement par temps froid, des dépôts se forment sur les injecteurs et les culasses, ce qui entraîne une réduction de la puissance, une efficacité moindre, une augmentation des émissions et une durée de vie du moteur réduite.

Le système Elsbett et certains autres systèmes d'huile végétale ont deux réservoirs de carburant. Le moteur est démarré avec du diesel ordinaire ou du biodiesel et le réservoir d'huile végétale est chauffé à 700 C. Lorsque la température est atteinte, le moteur passe à l'huile végétale et la procédure inverse est effectuée quelques minutes avant l'arrêt.

Bien que les propriétés de nombreuses huiles végétales soient similaires à celles des carburants diesel, la plupart d'entre elles ne peuvent pas devenir assez rares même avec un échauffement important et conduire à l'accumulation susmentionnée de dépôts dans les réservoirs de carburant, de filtres obstrués, d'un mauvais allumage et de dépôts. carbone pur sous forme de suie sur les segments de piston à la suite de la pyrolyse, pour la dilution de l'huile et d'autres effets négatifs similaires.

En 1997, l'Américain Joshua Tykle a visité l'Amérique dans sa camionnette diesel, la remplissant d'huile végétale usagée provenant de friteuses de restaurants en bord de route tels que KFC et McDonalds. Les médias ont prêté une attention particulière à cette transition, mais plus par curiosité, et beaucoup ont trouvé cette entreprise une cible commode pour le ridicule ... Cependant, en 2007, un tel ridicule est devenu de plus en plus hors de propos, travail sur la création de technologie pour les moteurs fonctionnant avec un tel carburant. absorbe de plus en plus d'investissements et il existe déjà un grand nombre de machines de construction et agricoles aux États-Unis qui utilisent de l'huile végétale comme carburant.

Le biodiesel

De tout ce qui a été dit jusqu'à présent, il est clair qu'en fait l'utilisation de moteurs utilisant des moteurs non traités chimiquement et non soumis à d'autres traitements que la filtration des huiles végétales peut difficilement trouver une place permanente au soleil. L'utilisation du biodiesel comme carburant semble être beaucoup plus prometteuse.

En pratique, les mêmes huiles végétales sont utilisées comme matières premières pour sa production, mais sont principalement traitées par un processus chimique appelé transestérification. Le biodiesel a un indice de cétane plus élevé que le carburant diesel à base de pétrole - sa valeur varie de 45,8 à 56,9 selon la matière première pour sa production. Cependant, les technologies modernes des raffineries ont déjà permis de rapprocher le carburant diesel de pétrole du biodiesel par ce critère, atteignant le nombre de 50 à 55 indice de cétane.

Un certain nombre d'études sur les propriétés du biodiesel ont commencé pendant la Seconde Guerre mondiale, comme la plupart des autres formes d'énergie alternatives, mais à ce stade précoce, elles n'ont pas atteint le niveau d'un facteur industriel significatif. Avec les premières crises pétrolières des années 70, peu de choses ont changé, et le biodiesel a de nouveau été évoqué, et les usines destinées à sa production n'ont commencé à apparaître qu'au début des années 90.

Cependant, contrairement à l'éthanol, qui est principalement utilisé aux États-Unis et au Brésil, l'Europe joue un rôle de premier plan dans la technologie du biodiesel, qui, pour un certain nombre de raisons, est son principal producteur et consommateur en tant que carburant pour les voitures. Ces raisons sont de nature purement régionale - le moteur diesel est beaucoup plus pertinent pour les Européens, et la production agricole locale est une condition préalable pour obtenir plus de matières premières grasses que d'alcool. Aux États-Unis, par contre, ils utilisent beaucoup moins de biodiesel produit sur leur territoire pour propulser les autobus, les camions et les machines agricoles. Dans le même temps, cependant, les Américains apprécient le rôle du biodiesel comme moyen idéal et rapide d'augmenter le niveau de cétane dans le carburant diesel produit dans les raffineries américaines - le biodiesel est un carburant sûr et peut être utilisé dans n'importe quelle proportion dans un mélange avec du carburant diesel à base de pétrole.

Il est généralement connu que le carburant diesel étranger est un carburant de qualité plutôt médiocre avec une forte teneur en soufre et un faible indice de cétane, car les procédés de craquage et de reformage visent à obtenir des fractions d'essence à indice d'octane plus élevé.

Chimie

Ce qui fait du biodiesel une source d'énergie intéressante et rentable, c'est qu'il peut être produit à partir de nombreuses sources végétales différentes telles que le soja, le canola, la noix de coco, le lin, les graines de chanvre et de tournesol, les arachides et bien d'autres. Chacune de ces matières premières est largement distribuée dans différentes parties du monde - le soja en Amérique, le colza en Europe et la noix de coco en Malaisie. Le dénominateur commun de toutes ces matières premières est leur teneur élevée en graisses végétales. Les graisses en question, également appelées triacylglycérols, sont des composés organiques et, comme les fiouls, contiennent de l'hydrogène, du carbone et de l'oxygène (dans ce cas en grande quantité). La forme de la molécule de glycérol est similaire à la lettre E, à laquelle trois chaînes d'acides gras sont attachées comme un squelette - précisément parce que les molécules qui les composent sont assez grosses, l'utilisation d'huiles végétales comme source de carburant est si difficile. Le biodiesel est produit dans un processus de transestérification dans lequel la structure en question réagit avec l'alcool (éthyle ou méthyle), ce qui entraîne la séparation des acides gras longs de la structure de base et la conversion en trois molécules d'ester distinctes (plus les molécules de la structure de base). Les produits finaux du procédé sont la glycérine et l'ester méthylique (ou éthylique) d'acide gras, puisque les esters sont le principal composant du biodiesel.

Les principaux avantages du biodiesel par rapport au carburant diesel sont qu'il est produit à partir de sources renouvelables, ne dépend pas des caprices et des chocs politiques, ne contient pas de soufre et d'hydrocarbures aromatiques polycycliques, brûle mieux que le carburant diesel et émet moins d'émissions nocives. (monoxyde de carbone et hydrocarbures) en raison de la présence d'oxygène dans sa composition chimique. De plus, le biodiesel est biodégradable, c'est-à-dire qu'en présence de certaines conditions et de certaines bactéries, il peut se dégrader complètement sans effets nocifs sur l'environnement. On suppose également que ce carburant est neutre vis-à-vis du dioxyde de carbone - l'oxyde consommé lors de la photosynthèse des matières premières pour sa production est égal aux émissions issues de la combustion du carburant. Beaucoup plus complexe est la question des prix des carburants, qui dépendent largement de la taille et de la forme des subventions gouvernementales pour l'agriculture et les usines de biodiesel.

Europe

L'Europe est le plus grand producteur de biodiesel et les voitures européennes sont utilisées par la majorité des véhicules qui utilisent ce carburant. La production est concentrée dans les pays où les prix de ce type de carburant sont formés en raison d'allégements fiscaux importants, et le plus important d'entre eux est l'Allemagne. Viennent ensuite la France, l'Italie, l'Autriche, la Suède et le Royaume-Uni, mais la production de biodiesel a récemment augmenté dans certains pays d'Europe de l'Est comme la Pologne et la République tchèque. Depuis 1992, la production de matières premières pour la production de biodiesel a considérablement augmenté après que la Commission européenne a mis en place des mécanismes pour réglementer l'utilisation des terres pour les cultures non alimentaires exclusivement pour la production d'énergie et cofinancé les premières usines d'estérification. Selon ces mécanismes, la part de biocarburants ajoutée au principal carburant non pétrolier devrait atteindre 5,75% en 2010. D'une manière générale, la volonté de l'Union européenne de chercher, quoique très lentement, une issue à la situation de hausse constante des prix du pétrole et, finalement, de leur remplacement complet par une «production locale» similaire est impressionnante. La même proposition établit également un cadre juridique pour stimuler la production grâce à certains taux d'imposition réduits sur les biocarburants.

Il existe actuellement plus de 1600 1 stations-service de biodiesel en Allemagne, c'est pourquoi les discussions sur les problèmes liés à son utilisation sont particulièrement bruyantes et féroces. Cependant, malgré les critiques, il est un fait que les Allemands maintiennent une vision environnementale moralisatrice et déterminée, et on ne peut nier que plus d'un million d'hectares de terres agricoles sont actuellement plantés avec des cultures destinées à la production de biocarburants dans ce pays.

Aussi étrange que cela puisse paraître, les principaux consommateurs de biodiesel sont les sociétés pétrolières et les sociétés de produits pétroliers, suivies des transports publics et des taxis. Les compagnies pétrolières considèrent le biodiesel comme un additif au principal mazout qu'elles produisent pour de très bonnes raisons. Tout d'abord, il possède d'excellentes propriétés lubrifiantes, et comme les compagnies pétrolières ont récemment dû produire de plus en plus de carburant diesel à faible teneur en soufre et à faibles propriétés lubrifiantes, le biodiesel est une alternative idéale pour compenser cet inconvénient - d'autant plus que ce biocarburant ne contient pas de composés soufrés. Parmi les plus gros consommateurs de biodiesel figurent les sociétés pétrolières TotalFinaElf, Agip et Shell, cette dernière ajoutant récemment une partie de son carburant diesel et 5% de carburant diesel synthétique produit à partir de gaz naturel à son carburant diesel. Pour l'avenir, il convient de noter que l'alternative la plus probable aux carburants pétroliers classiques actuels est un mélange de substances similaires, obtenues de différentes manières. En Amérique, BP et Chevron ont commencé à vendre du biodiesel, alors que la consommation augmente à un rythme incroyable.

Alors que les avantages du biodiesel ressemblent à de la poésie et que les carburants à base de plantes sont largement vantés par les écologistes comme une alternative à l'épuisement du pétrole, le biodiesel a également de nombreux problèmes - de la réticence des moteurs à l'accepter sans résistance à de graves pénuries d'infrastructure. sa production, sa distribution et sa consommation. Certains fabricants ont même reculé à cet égard et n'offrent toujours pas de systèmes alimentaires alimentés au biodiesel, cherchant l'excuse pour des valeurs limites d'émission non réglementées et peu claires. En pratique, le vrai problème est qu'ils n'acceptent pas les garanties XNUMX% sur les éléments du système de carburant en raison de la qualité toujours différente du biodiesel proposé sur le réseau.

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