Проблема нехватки и постоянного роста цен на нефтепродукты, а также их негативное влияние на экологическую ситуацию актуальна для всех экономически развитых стран. Эта проблема вынуждает ученых искать альтернативную сырьевую базу для изготовления смазочных материалов.
В последние годы значительно возросла доля растительных базовых масел – пальмового, рапсового, соевого и других – в мировом производстве смазочных материалов. В настоящее время мировой рынок потребляет около 44 млн. т растительных масел, и в будущем прогнозируется рост объемов потребления. К примеру, в Германии ежегодно потребляется 35/40 тыс. т смазочных материалов на основе рапсового масла.
Известно, что Украина является крупным импортером нефтепродуктов и ежегодно потребляет более 318 тыс. т смазочных материалов и 25 тыс. т присадок, при этом около 50% от этого количества потребляется сельским и лесным хозяйствами.
Три исследовательских центра Харькова: Харьковский национальный технический университет сельского хозяйства им. П. Василенко, Институт растениеводства им. Юрьева УААН и Институт масел и жиров УААН, объединили свои усилия для разработки автомобильного масла на основе биосырья.
Область применения
По словам д.т.н. Виктора Войтова, проректора по научной роботе ХНТУСХ им. П. Василенко, основной задачей разработчиков является создание «базового» растительного масла для получения следующих продуктов:
- Технических жидкостей для гидравлических систем или индустриальных масел (рабочих жидкостей). К примеру, экскаватору требуется 50/100 л «рабочей жидкости».
- Рабочих жидкостей для гидростатических приводов самоходных машин (зерноуборочной техники, отгрузочнопогрузочной техники). Объем масел, необходимых для такой техники, составляет также около 50/100 л.
- Масел для редукторов, коробки передач, трансмиссии.
- Моторных масел.
Именно в такой последовательности и ведутся исследования. Разработать базовое сырье для производства моторного масла – это самая сложная задача. В данном случае в качестве базовых масел используются масла из рапса с различным содержанием эруковой кислоты и масла из подсолнечника.
Сырьевая база
В Украине основным сырьем для получения масел служит подсолнечник, что объясняется традициями потребления – ориентацией украинцев на подсолнечные масла. На протяжении долгого времени подсолнечник занимал более 90% в структуре валового сбора всех масленичных культур, и только с 2004 года появилась тенденция постепенного снижения его доли. На арену вышли новые масленичные культуры, прежде всего рапс и соя.
Но с учетом наших климатических условий существуют определенные трудности при выращивании рапса. Наиболее благоприятными условиями для выращивания рапса обладают Полесье и Западная лесостепь. Не подходящими по агрометеорологическим условиям является Степь, АР Крым и Закарпатье.
По словам заместителя директора по научному обеспечению АПП Института растениеводства им. Юрьева УААН Виктора Тимчука, подсолнечник служит хорошей альтернативой рапсу. По количеству масел, которое можно получить с 1 га посевной площади, подсолнечник превосходит рапс (таблица 1).
Внедрение в производство
Институт растениеводства им. Юрьева УААН с помощью селекции разработал новый гибрид подсолнуха с различным содержанием высокомолекулярных кислот: олеиновой, пальмитиновой, линоленовой. В ближайшем будущем можно заменить большое количество нефтяных масел, которые применяются в гидравлических системах, на масла растительного происхождения.
По данным Ukroil, среди отечественных производителей, которые занимаются смазочными материалами на растительной основе, можно выделить завод «Ариан».
«Ариан» провел исследования по применению рапсового масла при производстве гидравлических, индустриальных и трансмиссионных масел. На основании проведенных исследований завод не рекомендует использовать в производстве моторных масел рапсовое масло как компонент. Причина – при повышенных температурах может произойти нежелательное разложение и деструкция.
Согласно аналитическим материалам, представленным на сайте ukroil.com.ua, при производстве моторних масел высших серий заводом используются смеси полиальфаоленовых и нефтяных компонентов. Кроме того, «Ариан» выполнил определенные исследования по использованию рапсового масла как компонента в гидравлических, индустриальных (МГ-30У, ГТ-50, ИСПи-25, Ирп-75), трансмиссионных (АК-15, ТС-14,5, ТАп-15В, ТАД-17и, Тэп-15, ТСп-15к) маслах. Масла на основе рапса на 10/15% дороже их нефтяных аналогов. Но при этом они имеют лучшие смазочные свойства и более высокий индекс вязкости.
Трансмиссионные масла марки Тап-15В и ТАД-17И изготавливаются из смеси рапсового масла и нефтяного остаточного компонента. В испытуемых образцах масел используются присадки, идентичные тем, которые используются при производстве известных марок товарных масел. Индекс вязкости образцов Тап-15В и ТАД-17И достигает значения 170-175. Высокий индекс вязкости особенно важен для всесезонных масел. Исследованные масла МГЕ-46В и ГТ-50 показали повышенный индекс вязкости – 130-145, что имеет важное значение для надежной и эффективной работы гидравлических систем в холодное время года. Также, по данным сайта компании «Ариан», известно, что завод занимается разработкой масел с добавками рапсового масла для автоматических коробок передач.
Свойства
Сейчас на базе Харьковского национального технического университета сельского хозяйства им. П. Василенко ведется работа по «Обоснованию эксплуатационных требований к использованию жидких масел на основе растительных жиров». Цель работы – обосновать эксплуатационные требования к биомаслам на основе подсолнечника и рапса для сельскохозяйственной техники, а также исследовать закономерности изменения физико/химических свойств в процессе эксплуатации и хранения.
На следующем этапе разработки производится подбор пакета присадок в выбранные базовые масла. Присадки вводятся для обеспечения необходимых свойств и характеристик (антиокислительных, противоизносных, антикоррозионных). При этом нужно учитывать, что нельзя создать универсальный базовый состав масла. Здесь необходим «индивидуальный подход» в зависимости от его назначения.
При использовании растительных жиров в качестве смазочных материалов нужно учитывать не только биоразлогаемость и отсутствие токсичности, но и физико/химические и эксплуатационные свойства. Несмотря на то что биомасла при высоких температурах обладают низким уровнем стабильности, однако по трибологичным свойствам биомасла опережают нефтепродукты – это показывают лабораторные исследования.
Основным барьером, который препятствовал широкому применению растительных жиров в качестве смазочных материалов, до настоящего времени была их относительно высокая стоимость и низкая термическая (антиокислительная) стабильность. Однако постоянство и возобновляемость сырьевых источников, экономические преимущества по сравнению с минеральными и синтетическими продуктами становятся сейчас важнейшими факторами, обусловливающими целесообразность применения жиров в качестве компонентов или самостоятельных смазочных материалов.
Самое главное преимущество использования растительной основы – то, что такой тип сырья можно улучшать и добиваться необходимых свойств с помощью селекции. Сегодня достижения биотехнологии позволяют получать масла и жиры оптимального жирнокислотного состава для производства биомасел.
Особенности биомасел
По некоторым физико-химическим показателям раслительные масла лучше нефтяных и даже синтетических. При сравнении нефтяного масла М 10 Г 2K для автомобиля КАМАЗ и биомасла был установлен ряд преимуществ последнего.
По результатам лабораторных исследований, биомасла без присадок по ряду характеристик превосходят нефтяные масла с присадками. Например, индекс вязкости растительных масел составляет 160-180 единиц. Для сравнения, у нефтяных масел этот показатель составляет – 90-100 единиц, а у синтетических масел – 140/160 единиц.
Как мы видим, кроме преимущества автомобильных биомасел по ряду технических характеристик, они имеют также важный плюс с точки зрения экологии. Ведь при разливе биомасла на поверхность воды или почвы не образуется загрязнения. По прогнозам специалистов, моторные биомасла растительного происхождения могут стать оптимальным и безальтернативным вариантом для применения на моторных лодках, для бензопил и другой техники в лесных хозяйствах. Это можно объяснить их «экологичностью».
Замена нефтяных масел на растительные также целесообразна, когда срок работы нефтяных масел ограничен. Например, в двухтактных бензиновых двигателях. Хорошо зарекомендовали себя подобные масла и в строительном, горнодобывающем оборудовании, работающем в условиях высокой запыленности.
Кроме того, растительные масла могут служить основой для приготовление специальных средств для временной зашиты от коррозии. К примеру, при зимнем открытом хранении техники в сельском хозяйстве, лесной и строительной промышленности.
Заключение
Несмотря на то что в настоящее время себестоимость растительных компонентов выше, чем у их нефтяных аналогов, при дальнейшем росте цен на нефтепродукты биомасла будут не дороже «черного золота». Кроме того, стоимость масел может быть снижена за счет повышения урожайности сельскохозяйственных культур и совершенствования самой технологии производства растительных масел, т.е. уменьшение количества отходов.
Украина стоит на втором месте в Европе после России по наличию пахотных земель – 33,8 млн. га (из них 44% – черноземы). Переориентация всего 2% этих площадей под масличные культуры позволит полностью удовлетворить потребности Украины (около 1 млн. т) в базовых маслах для смазочных материалов.
Таким образом, при рациональном использовании научно-технической базы и производственного потенциала Украина имеет все шансы для того, чтобы занять одно из ведущих мест на мировом рынке по производству присадок и смазочных композиций на основе биосырья. Конечно, для этого нужно соответствующее финансирование отечественных ученых и поддержка данных направлений со стороны государства.
Оксана Кихтенко, autoExpert №8’2008