Кратко и по делу — сравнение трансэтерификации растительного масла (производство FAME/biodiesel) и гидрогенизации/гидродеоксигенирования жирных кислот (HEFA / renewable diesel).
1) Краткие реакционные уравнения и выходы
- Трансэтерификация (упрощённо): триглицерид + $3$ метанол $\to$ $3$ FAME + глицерин. Массово глицерин ~$\approx 10\%$ от массы исходного масла.
- Гидрогенизация / гидродеоксигенирование (упрощённо, механизм HDO): RCOOH + $x$ H${}_2$ $\to$ R–H (углеводород) + вода (или при декарбоксилировании — CO${}_2$). Путь HDO требует существенного потребления водорода; часть углерода теряется при декарбоксилировании.
2) Энергетическая эффективность
- Трансэтерификация:
- Низкотемпературный процесс: типично $60\text{–}70^{\circ }\text{C}$, атмосферное/низкое давление.
- Энергозатраты в основном — нагрев, разделение/регенерация метанола, очистка и обработка сточных вод. Операционная энергетическая нагрузка сравнительно низкая.
- Энергетическая плотность топлива ниже: FAME $\approx 37\text{–}39\text{MJ/kg}$ против дизеля $\approx 43\text{MJ/kg}$.
- Гидрогенизация / HEFA:
- Высокотемпературный и высокодавлениеный процесс (гидроочистка): типично сотни градусов и десятки бар; критично потребление H${}_2$.
- Основная энергозатрата — производство и потребление водорода. Если H${}_2$ из природного газа (SMR) — большая доля энергии и CO${}_2$. Если H${}_2$ зелёный (электролиз) — энергозатраты электрические высоки, но GHG меньше.
- В общем энергетические операционные затраты выше, часто примерно в $2\text{–}5\times$ по сравнению с трансэтерификацией (в значительной мере из‑за H${}_2$).
3) Побочные продукты и отходы
- Трансэтерификация:
- Крупный побочный продукт — сырая глицеринa ($\approx 10\%$ массы). Требует очистки/реализации.
- Сторонние продукты: мыла при высоком содержании FFA, растворимые органические загрязнения, щёлочные сточные воды (при использовании NaOH/KOH).
- Катализатор (основанный на щёлочи) незначителен, но образуется загрязнённая вода.
- Гидрогенизация / HEFA:
- Продуктовые газы: вода (при HDO) или CO/CO${}_2$ (при декарбоксилировании/декарбонилировании).
- Образуется сажа/кокс на катализаторе; истощённые катализаторы содержат металлы (Ni, Mo, Co, иногда следы S) — опасные отходы.
- Меньше жидких органических сточных вод по сравнению с трансэтерификацией.
4) Экологические риски и выбросы
- Общие (для обеих): риск ИЛУЧ/изменения землепользования при использовании пищевого масла; водопользование; удобрения/пестициды в цепочке поставок.
- Трансэтерификация:
- Низкие технологические выбросы CO${}_2$ на стадию переработки; основная GHG нагрузка — производство сырья.
- Проблемы со сточными водами (щёлочи, метанол), возможная токсичность метанола при утечках, пожароопасность.
- Гидрогенизация / HEFA:
- Если водород — ископаемый, то значительные CO${}_2$ эмиссии на стадию переработки; при «зелёном» H${}_2$ — GHG понижаются.
- Риск аварий при работе под давлением и с H${}_2$ (взрывопожароопасность).
- Утилизация отработанных катализаторов требует контроля над тяжелыми металлами и серой.
- Готовый продукт ближе к нефтяному дизелю — ниже выбросы органических кислых компонентов и предельных кислородсодержащих примесей при сгорании, обычно лучшие эксплуатационные характеристики и меньшие выбросы PM.
5) Топливные свойства и эксплуатация
- FAME: содержит кислород, хорошая смазываемость, но меньшая энергоёмкость, худшие холодные свойства (высокая температура помутнения), гигроскопичен, лимиты смешивания/совместимости с некоторыми системами.
- HEFA (гидроочищенный): продукт «drop‑in», близок к парафиновому дизелю по энергоёмкости и стабильности, лучшая холодная характеристика и долговечность топлива.
6) Вывод / рекомендации
- Если приоритет — простота, низкие капитальные и операционные расходы и меньшая энергозависимость — трансэтерификация предпочтительна (при готовности решить проблему глицерина и сточных вод).
- Если цель — «drop‑in» топливо с высокой совместимостью с существующей инфраструктурой и лучшие эксплуатационные характеристики — гидрогенизация/HEFA предпочтительна, при условии доступности низкоуглеродного водорода; иначе GHG‑эффект и энергетическая эффективность могут оказаться хуже.
- Ключевой фактор: источник водорода. С низкоуглеродным H${}_2$ HEFA даёт лучший конечный продукт и потенциально лучшие жизненные циклы эмиссий; с ископаемым H${}_2$ — трансэтерификация часто экологически выгоднее по балансу энергии/CO${}_2$.
Если нужно, могу привести примерный упрощённый массовый/энергетический баланс для заданного объёма сырья (например, на $1$ т масла) и оценить потребление H${}_2$ и тепловую энергию.