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关于生物燃料
说到能源,大家一般想到的都是石油,或许你不相信,我们平时吃的一些食物也是一种能源。食物不仅能为我们人类提供热量,也能为发动机提供动力。在过去,因为比煤更易得,由动物油脂和油料作物制成的生物燃料曾风行一时。但石油的崛起,让生物燃料渐渐退出了舞台。尽管相对于以石油为代表的矿物燃油,生物燃油的燃烧效率更高,进而能减少因燃烧不充分而产生的碳氢化合物和一氧化碳。并且生物燃料中不含硫这种成分,所以不会产生有毒且会对大气造成污染的二氧化硫。
生物燃料有燃料乙醇和生物柴油两种,分别用来替代汽油和柴油。其实生物燃料并不神秘,制成它的原料我们随处可见。例如玉米、小麦能经液化糖化、发酵、蒸馏而制成燃料乙醇;动植物油脂、餐饮垃圾油能通过酯交换和水解制成生物柴油。前者工艺较为复杂,不适合个人加工制作,后者方法较为简单,能自己在家独立完成。今天Geek就带领大家来制作生物柴油。
材料篇
通过前面的介绍,我们知道要想制作出生物柴油,必须要有动植物油脂或餐饮垃圾油,从方便制作的角度,我们选择使用餐饮垃圾油。首先,你要用一个塑料瓶收集做菜中会产生的废油,记住!只要油,不要水。什么?混在一起的?中学化学老师没教过你,水的比重大于油,所以油会浮在水面上吗,想不起的自己翻中学课本去,Geek可没功夫帮你补习。当然,你要直接用烹调植物油,Geek也不反对,只是现在油价飞涨,你这样做有考虑到贫苦大众的心情吗?废油尽管杂质较多,却是免费的,相比之下,Geek更赞成使用废油。
由于本次制作过程以油的水解为主,对中学化学还有印象的读者应该记得油脂在要想水解,必须在强酸或强碱环境中。但是因为在碱性环境中水解产率更高,所以我们需要氢氧化钠(NaOH)来制成碱性溶液,氢氧化钠需要化学纯(CP级),化学试剂商店就有卖的,一瓶(500克)大约6元。既然说到制成溶液,那么纯净水是必不可少的,可以在各大超市采购,品牌不限。思维敏锐的可能发现问题了,油、碱和纯净水?怎么能混在一起?没错,为了让它们彻底溶合,还需要买点浓度为99%的酒精(乙醇)来做溶剂。考虑到效果建议直接购买分析纯无水乙醇(AR级),同样可以在化学试剂商店购买,一瓶(500ml)大约5元。
既然搞得跟化学实验差不多了,那么下面出场的工具应该不会让你感到惊讶了。首先需要天平来称量氢氧化钠,电子天平和托盘天平都可以。要想成功制成溶液,搅拌是必不可少的,可以用搅拌器来帮忙,如果没有,只有自己拿玻璃棒手工搅动了(需要强大的体力和毅力才能完成)。同样的,无水乙醇也需要用一个量筒来称量。要想将溶液和油混合在一起,玻璃漏斗是一个廉价而优秀的选择。此外还需要两个烧杯(250ml)来装溶液,我们也能用普通玻璃酒杯代替。为了控制反应温度,量程为0~100摄氏度的水银温度计是必不可少的。最后要大号塑料饮料瓶两个来装生物柴油,容量2升以上,可口百事的都行。看上去用到的东西很多,但都找得到替代品,实在没有的可以在化学试剂商店买,除了天平外,其他东西的单价都不会超过3元(天平问题Geek会在后面告诉你如何解决)。
制作篇
Step1
首先我们需要配制碱液。用天平准确称取3.5克固体氢氧化钠置于烧杯A中,实在找不到称量工具的,可以在化学试剂商店买氢氧化钠时请老板帮你量一下,当然,这得看你的嘴够不够甜了。接着用量筒量取20毫升纯净水迅速注入烧杯A中,并轻轻摇晃烧杯促使氢氧化钠快速溶解。由于氢氧化钠在溶解过程中会大量放热,因此烧杯壁的温度会升高,操作时请注意安全。
Step2
用量筒量取200毫升酒精,注入烧杯B中。打开搅拌器(笔者这里用的是磁力搅拌器,家用搅拌器同样可以)。然后通过玻璃漏斗,将烧杯A中的碱液缓缓加入到烧杯B中。加完以后盖上烧杯B。此时二者发生反应,杯中的液体会发热,大概反应一分钟后关闭搅拌器。最后可以得到乙醇-氢氧化钠溶液。
Step3
将收集的废油加热到55度(用温度计测量确定),置于搅拌器上,打开搅拌器并设定为低速档。然后将烧杯B中的乙醇-氢氧化钠溶液通过玻璃漏斗慢慢注入植物油中,加完以后盖上盖子继续搅拌30分钟(知道为什么说用手搅拌是件体力活了吧)。这样才能让油和溶液充分混合均匀。
Step4
把烧杯中的液体转移到大塑料瓶里,拧紧盖子,用胶带密封,找个阴凉的地方放着吧,要放24小时才能彻底反应呢!可别以为Geek是在糊弄你,我们可是有理有据的,看看这个反应的化学方程式吧。
Step5
最后瓶子中的液体会有分层现象。下层颜色较深的液体是甘油,它是反应的副产物。至于上层的浅色液体就是我们的生物燃料,小心把二者分离开,将生物燃油倒入另一个大塑料瓶,就大功告成了!最后制成的燃料颜色,由于废油成分不一样,可能颜色会和图片上的不同。
生物柴油的使用
既然名字叫生物柴油,那么很显然的,你可不能把它放到使用汽油的汽车油箱里。只有非直喷柴油发动机才能使用生物柴油,而且不能直接使用,需要和常规柴油勾兑后才行。至于勾兑比例,这得按照生物柴油的标准来严格执行。
生物柴油的国际标准是ISO 14214A,美国所采用的是ASTM D 6751标准。另外还有一个被广泛认同的是德国的DIN生物柴油系列标准,它是迄今为止最为详细系统的生物柴油标准,该标准体系针对不同的制造原料制定了不同的标准。此外奥地利、澳大利亚、捷克、法国、意大利、瑞典等国家也拟订了生物柴油燃油规范。
生物柴油的标准主要对以下成分进行考评:生产制造的整个反应过程,甘油的去除情况,催化剂的去除情况,酒精的去除情况,以及确保不含游离脂肪酸。生物柴油的生产标准评定指针包括比重、动态粘度、闪火点、硫含量、残留量、十六烷值、灰份、水分、总杂质、三酸甘油脂、游离甘油等。通过这些评判标准我们不难发现生物柴油环保的秘密。由于目前生物柴油在商用上主要以生物柴油和石化柴油的混合油的形式供应,因此,对于混合油也有标准推出。例如5%的生物柴油加95%的常规柴油的混合油需要达到2000年颁布的EN590(EN590:2000)的标准,凡是符合这一标准的混合油,都可以安全地应用于所有柴油机发动机。
在拖拉机和柴油发电机上,可以按照5%的比例勾兑生物柴油使用。如果你想在其他柴油发动机上使用更环保的混合油,请联系发动机的厂商咨询,否则自己胡乱勾兑出了问题,《Geek》可不负责任哦。