Исследователи ТПУ разработали фильтрационную колонну для очистки биодизеля, предназначенного для наземных двигательных установок, от вторичных продуктов. Каркас колонны изготовлен методом фотополимерной 3D-печати, в качестве материала для мембранных фильтров используется политетрафторэтилен, что позволяет ограничить контакт биотоплива с цветными металлами и материалами. Фильтр отделяет основное топливо от воды и частиц образовавшегося мыла в процессе производства. В случае приготовления биотоплива данные фильтры подобраны исходя из необходимости удаления мелких частиц размером до 0,22 мкм.

Проект ведется при поддержке федеральной программы «Приоритет 2030».

Биодизель на основе рапсового масла — перспективный вид экологичного топлива для наземного транспорта, относительно недорогой и несложный в производстве. Экологичный дизель на основе масел содержит воду. При определенных химических процессах это приводит к образованию мыла, что ухудшает качественные характеристики биотоплива и может вызывать технические проблемы при использовании его в качестве горючего.

Ученые Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова разработали установку для фильтрации биотоплива. Она позволяет эффективно отделять основное топливо от воды и предотвратить образование побочного продукта. Установка изготавливается методом 3D-печати и представляет собой компактный фильтр с мембраной, изготовленной из политетрафторэтилена. Вся колонна состоит из трех частей: крышки с фланцем под шланг насоса, приспособления для крепления мембраны и блока, который служит отводом для фильтрованного топлива в заранее заготовленную емкость для жидкости.

«Особенность мембранного фильтра заключается в сочетании гидрофобных и олеофильных свойств. Он задерживает воду, но пропускает масло. За счет этого происходит отделение биотоплива от воды. Фильтрующие элементы с мембраной позволяют проводить тонкую очистку от коллоидных соединений, механических и микробиологических примесей жидких технологических сред, а также мелких частиц размерами до 0,22 микрометра», — рассказывает аспирант Инженерной школы энергетики ТПУ Никита Хомутов.

Разработанный блок фильтрации удобен в использовании. За счет быстросъемного соединения частей колонны фильтры быстро заменяются, что ускоряет процесс. Использование устройства позволяет получить топливо с более высоким цетановым числом, которое влияет на его воспламеняемость. Это связано с увеличением концентрации биотоплива в составе за счет отделения водного раствора, коллоидных соединений, механических и микробиологических примесей жидких технологических сред.

«Присутствие побочных продуктов в биотопливе снижает его рентабельность по сравнению с нефтяным дизельным топливом. Фильтрационная колонна позволяет эту проблему эффективно и просто решать. После отделения глицерина от биотоплива его можно использовать для производства моющих средств. После глубокой очистки получается глицерин, который применяется в фармакологии. При добавлении фосфорной кислоты к техническому глицерину можно изготавливать фосфорные удобрения. Тем самым увеличение выхода качественного глицерина в процессе получения биодизеля может снизить себестоимость самого топлива», — отмечает доцент Научно-образовательного центра И.Н. Бутакова Максим Пискунов.

На данном этапе исследования ученые спроектировали блок фильтрации на лабораторном стенде для производства биодизеля и смесевых топлив и провели ряд лабораторных экспериментов. В 2023 году запланирован запуск пилотной установки на основе реального двигателя для отработки производственного процесса с применением фильтрационной колонны.