Tarp daugelio augalinės kilmės variklinių degalų rapsų metilo esteris yra populiariausias. Pavyzdžiui, Vokietijoje pastaraisiais metais pastatyta daugiau kaip 1 000 biodegalais prekiaujančių degalinių. Dyzelinių variklių maitinimui vokiečių mokslininkai bando naudoti netgi gryną rapsų aliejų.

Rapsų metilo esteris turi paklausą dėl kelių priežasčių: dėl gerokai didesnio deguonies kiekio (10,8 proc.) riebiosiose augalinės kilmės rūgštyse veikiančiame variklyje jis geriau sudega; rapsų metilo esteryje beveik nėra (0,04-0,002 proc.) sieros, todėl degimo metu nesusiformuoja sulfatų, ir kietųjų dalelių emisija sumažėja apie 24 proc.

Palyginti su dyzeliniais degalais, rapsų metilo esterio ir gryno rapsų aliejaus šilumingumas yra 12,7-13,5 proc. mažesnis. Tačiau rapsų metilo esterio ir rapsų aliejaus tankis yra atitinkamai 5,1 ir 9,2 proc. didesnis. Laisvosios rinkos sąlygomis labiausiai konkurencingas būtų grynas rapsų aliejus, nes jo gamybos ir transportavimo išlaidos apie 25-50 proc. mažesnės. Tuose gyvulininkystės ūkiuose, kur iš auginamų rapsų spaudžiamas aliejus ir gautomis išspaudomis šeriami gyvuliai, o likusio aliejaus nėra kur realizuoti, jį būtų galima panaudoti vietoj dyzelinių degalų. Tokiu būdu ūkis nebūtų priklausomas nuo fiskalinės Vyriausybės politikos (aliejui akcizo nėra). Be to, vanduo nebūtų teršiamas esterifikacijos procese išskiriamais teršalais. Nedidelės galios šalto spaudimo sraigtiniai presai, rapsų aliejaus sedimentacijos ir pirminio valymo įranga, visų pirma, turėtų būti įrengiama kaimo vietovėse. Taip būtų sukuriamos naujos darbo vietos.

Pagrindinės gryno rapsų aliejaus naudojimo dyzeliniuose varikliuose problemos siejamos su aukštesne šalto filtro užsikimšimo temperatūra (+15oC) ir apie dešimtį kartų didesne kinematine klampa (75 mm2/s). Dėl mažesnio cetaninio skaičiaus ( 44) ir apie 4-5 kartus aukštesnės rapsų aliejaus plyksnio temperatūros (145-200oC) gali blogėti degiojo mišinio savaiminio užsiliepsnojimo, degimo ir šilumos išsiskyrimo procesai. Tai ypač aktualu varikliui dirbant nedideliu sukimosi dažniu ir maža apkrova, kai įpurškiamo aliejaus porcijos nedidelės ir temperatūra cilindre gerokai žemesnė. Didesnės klampos rapsų aliejaus išpurškimas ir netolygus jo paskirstymas visame degimo kameros tūryje, taip pat mažesnis šilumingumas ir nevisiškas sudegimas, esant nepalankiems darbo režimams, gali keisti variklio galios ir efektyvumo rodiklius.

Vokietijoje biologinės kilmės degalų gamybos projektai priskiriami prie svarbiausių mokslinio tyrimo krypčių. Žurnalo „The Furrow“ (2003 m.) duomenimis, vokiečių mokslininkai vykdo šešių 160 AG John Deere traktorių, modernizuotų dirbti grynu rapsų aliejumi, eksploatavimo bandymus. Šie tyrimai įtraukti į pagrindinių mokslinių tyrimų programą, kurią finansuoja Vokietijos žemės ūkio ministerija. Rapsų aliejus, kaip alternatyvūs degalai, išgaunamas šaltuoju spaudimo būdu. Taip gaunamos vertingos rapsų išspaudos, turinčios 10-12 proc. aliejaus. Pastarosios yra geras ir palyginti pigus baltyminis gyvulių pašarų priedas, mažinantis bendrąsias išlaidas ir aliejaus gamybos savikainą.

Alersbergo (Allersberg) mieste (Vokietija) įsikūrusio Augalinio aliejaus technologijų centro inžinieriai šiek tiek patobulino John Dere variklių konstrukciją (1 pav.). Kad dyzeliniai varikliai galėtų veikti su klampesniu rapsų aliejumi, teko modernizuoti degalų tiekimo sistemą ir panaudoti naujos konstrukcijos cilindrų galvutės sandarinimo tarpiklius. Be to, siekiant pagerinti rapsų aliejaus čiurkšlių išpurškimo kokybę, tradiciniai keturių srautų degalų purkštuvai buvo pakeisti šešių skylučių purkštuvais. Šios techninės naujovės iš dalies išsprendė klampaus aliejaus tiekimo, išpurškimo ir degiojo mišinio ruošimo problemas. Tačiau esant šaltesniam orui, natūralus augalinis aliejus pradeda tirštėti. Tokiu atveju, pusvalandį iki traktoriaus paleidimo, įjungiamas elektrinis variklio šildytuvas. Degalų bakas nešildomas.

Modernizuotuose traktoriuose ūkininkai aptinka keletą neesminių skirtumų. Netoli Augsburgo (Augsburg) miestelio ūkininkaujantis Jozefas Štraubas (Josef Straub) rapsų aliejumi varomu John Deere 6920S traktoriumi atlieka kultivavimo ir sunkius transporto darbus. Jis teigia, kad su pertvarkytu traktoriumi nuosavame 250 ha ūkyje per tris mėnesius išdirbo 180 motovalandų. Ūkininkas tvirtina, kad grynu rapsų aliejumi varomas traktorius išvysto tą pačią efektyviąją galią, o jo degalų sąnaudos iš esmės nepakinta. Didžiausią įspūdį palieka tai, kad paleidžiant traktorių iš kamino veržiasi neįprastai balti dūmai, o veikiantis variklis kelia mažesnį triukšmą. Dr. Georgo Gruberio (Georg Gruber) manymu, variklis dirba tyliau dėl augalinio aliejaus degimo savybių. Tačiau paleisti šaltą variklį yra truputį sunkiau. Tai paaiškinama aukštesne rapsų aliejaus savaiminio užsiliepsnojimo temperatūra, viršijančia 300oC.

Pagal Augalinio aliejaus technologijų centro informaciją, modernizuoti John Deere variklį dirbti augaliniu aliejumi be šildytuvo kainuoja beveik 20 000 Lt (apie 5 750 eurų), o su šildytuvu – 22 700 Lt (6 600 eurų). Tai iš tiesų nepigu, tačiau sparčiai auganti dyzelinių degalų kaina pasaulinėje rinkoje ir Europoje skatina vokiečių ūkininkus traktoriuose naudoti augalinį aliejų. Ateityje šis verslas gali tapti pelningas. Naudojant aliejų, variklio alyvą ir degalų filtrus tenka keisti dažniau - kas 250 motovalandų. Dvigubai dažniau reikia tikrinti purkštuvų techninę būklę: purkštukų pasidengimą degenomis ir aliejaus išpurškimo kokybę (maitinant RME - kas 1 000 motovalandų).

Lietuvos žemės ūkio universiteto Transporto ir jėgos mašinų katedros laboratorijose vykdomų bandymų tikslas yra ištirti praktines galimybes panaudoti gryną rapsų aliejų kaip alternatyvius degalus tiesioginio įpurškimo dyzeliniams varikliams varyti, įvertinti santykinius efektyviųjų darbo rodiklių pokyčius bei degalų tiekimo sistemos patikimumą ir variklio veikimą.

Kadangi daugelis Lietuvos ūkininkų vis dar perka pigius MTZ 82 traktorius, bandymus buvo nuspręsta atlikti visiškai sukomplektuotu 59/80 kW/AG dyzeliniu D-240 varikliu. Rapsų aliejus buvo tiekiamas elektriniu rotorinio tipo siurbliu ir pašildomas specialiame šilumokaityje, į kurį šiluma patekdavo iš variklio aušinimo sistemos. Rapsų aliejaus temperatūrą reguliavome čiaupu, keisdami pro šilumokaitį pratekančio aušinimo skysčio intensyvumą. Aliejui valyti buvo panaudoti du lygiagrečiai sujungti smulkaus valymo degalų filtrai. Dėl šių techninių priemonių buvo galima sumažinti aliejaus klampą, padidinti jo skvarbumą ir pro filtrus pratekantį srautą. Į variklį pakaitomis tiekiant dyzelinius degalus ir rapsų aliejų, elekrodinaminiu bandymų stendu buvo registruojamos apkrovos charakteristikos. Alkūninio veleno sukimosi dažnį keitėme 200 min-1 intervalais (n = 1 400-2 200 min-1 ribose).

Prasiskverbdamas pro smulkaus valymo degalų filtrus, rapsų aliejus savaime pašildavo iki 35oC temperatūros. Tai truputį sumažino jo klampą. Neatlikus jokių išankstinių degalų tiekimo sistemos reguliavimų, grynu rapsų aliejumi dirbančio variklio efektyvioji galia sumažėjo vidutiniškai 4-5 proc. Tai galima paaiškinti mažesniu rapsų aliejaus šilumingumu. Antra vertus, sekcijiniu siurbliu tiekiant klampų rapsų aliejų, ciklinis degalų padavimas sumažėjo 4,7-11,7 proc. Tai nustatyta anksčiau atliktais tyrimais.

Bandymo rezultatų analizė rodo, kad varikliui dirbant vardiniu režimu (n = 2 200 min-1) ir apkrova (pe = 0,678 MPa) dyzeliniais degalais ir po to grynu rapsų aliejumi, variklio lyginamosios efektyviosios energijos sąnaudos yra atitinkamai 13,0 ir 12,5 MJ/kWh. Įjungus maksimalią (100 proc.) apkrovą ir esant maždaug vienodam oro ir degalų santykiui cilindre, į variklį D-240 tiekiant gryną rapsų aliejų, vidutinis efektyvusis slėgis pe, kuris tiesiogiai proporcingas sukimo momentui, padidėja 3,1 proc. Tuo tarpu lyginamosios efektyviosios energijos sąnaudos be sumažėja 4,9 proc. ir deginių dūmingumas – 8 proc. (2 pav.). Tai reiškia, kad šilumos konversija, dirbant rapsų aliejumi, yra efektyvesnė, ir variklis gali išvystyti vardinę (59 kW) galią. Tačiau, palyginti su dyzeliniais degalais, maksimalia galia veikiantis variklis per valandą sudegina vidutiniškai apie 0,5 l aliejaus daugiau. Deja, dirbant vardiniu režimu, variklio D-240 išmetamų deginių dūmingumas, į variklį tiekiant ir rapsų aliejų, ir dyzelinius degalus, viršija leistiną 45 proc. lygį.

Varikliui veikiant maksimalaus sukimo momento režimu (n = 1 600 min-1), teigiamas rapsų aliejaus panaudojimo efektas netgi labiau pastebimas. Esant vienodam oro pertekliui cilindre, efektyvusis slėgis didėja 4,6 proc., o lyginamosios energijos sąnaudos ir deginių emisija sumažėja atitinkamai 5,5 proc. ir 11 proc. Tikriausiai taip yra dėl to, kad rapsų aliejuje yra daugiau deguonies (10,8 proc.). Dėl papildomo deguonies, rapsų aliejus geriau sudega, ypač kai oro pertekliaus koeficientas priartėja prie dūminimo ribos. Žinant, jog maksimali dyzelinių variklių galia ES šalyse ribojama, kad jie neviršytų griežtų dūmingumo reikalavimų, augaliniais aliejais bei jų metilo esteriais varoma technika yra pranašesnė.

Teigiama rapsų aliejaus įtaka išlieka ir variklį perkrovus (n = 1 400 min-1). Tačiau prie pastebėtų problemų reikėtų priskirti nepakankamą gryno rapsų aliejaus šiluminę konversiją, tiesioginio įpurškimo varikliui dirbant maža apkrova, nedideliu sukimosi dažniu ir tuščiąja eiga. Išorinei apkrovai sumažėjus iki tam tikros ribos (pe 0,15 MPa), palyginti su dyzelinių degalų sąnaudomis, be padidėja 6,6 proc. ir daugiau. Labai sumažėjęs dūmingumo lygis šiuo atveju gali liudyti apie tai, kad stambesni rapsų aliejaus lašeliai, esant žemai temperatūrai degimo kameroje, nevisiškai sudega, ir kai kurie iš jų pro išmetimo vamzdį kartu su deginiais pašalinami laukan. Naudojami angliavandenilių matavimo prietaisai šių medžiagų nefiksuoja. Išmetamų deginių temperatūra, esant mažai variklio apkrovai, iš tiesų labai žema – 160oC.

Siekiant pagerinti nedidele galia veikiančio variklio rodiklius ir nustatyti optimalią rapsų aliejaus pašildymo temperatūrą, buvo atlikti specialūs bandymai, esant skirtingiems sūkiams (n = 1 400-2 200 min-1) ir nedidelei apkrovai. Į variklį tam tikrą laiką tiekėme natūraliai iki 35oC pašilusį rapsų aliejų, vėliau - pašildytą iki 60 ir 90oC. Nustatyta, kad, esant mažiems sūkiams (n = 1 400-1 600 min-1), be galima labai (10-12 proc.) sumažinti, tiekiant iki 60oC pašildytą rapsų aliejų. Tačiau, esant didesniems sūkiams (n = 1 800-2 000 min-1), aliejaus pašildymo įtaka yra gerokai mažesnė, o dirbant vardiniu režimu (n = 2 200 min-1), šildyti aliejaus iš anksto nereikia.

Siekiant ištirti rapsų aliejaus įtaką purkštukų patikimumui, degalų tiekimo įrangai ir cilindrų darbui, sekcijinis degalų siurblys buvo modernizuotas tokiu būdu, kad pirmoji ir antroji sekcijos į atitinkamus variklio cilindrus tiekė gryną rapsų aliejų, o trečioji ir ketvirtoji – dyzelinius degalus. Norint kompensuoti mažesnį rapsų aliejaus šilumingumą ir išvengti variklio trūkčiojimo, pirmųjų dviejų siurblio sekcijų ciklinį padavimą (purkštukai 1 ir 2) reikia padidinti 7 proc. (pagal tūrį). Tokiu būdu buvo pasiektos absoliučiai identiškos efektyviosios galios atžvilgiu dyzeliniais degalais ir rapsų aliejumi maitinamų variklio cilindrų darbo sąlygos. Po kiekvienos bandymų serijos purkštukai buvo nuimami nuo variklio, elektroniniu fotoaparatu nufotografuojami ir tiriama jų išvaizda. Be to, išanalizuotas ir anglies degenų formavimasis ant smaigalio, o pagal pradinį adatos pakilimo slėgį bei išpurškimo kokybę spręsta apie jų tinkamumą toliau dirbti.

Pagal bandymų programą, iš pradžių variklis dirbo mažu sukimosi dažniu (n = 950 min-1) ir nedidele apkrova (Me = 18 Nm), vėliau maksimalaus sukimo momento sūkiais (n = 1 600 min-1) ir vidutine apkrova (Me = 69 Nm), pagaliau artimu vardinei galiai režimu (n = 2 050 min-1 ir Me = 245 Nm). Po visų bandymų rapsų aliejumi dirbusių purkštukų paviršius atrodė gerokai apdegęs ir padengtas laku bei anglies nuodegomis (3 pav.). Tačiau pagal pradinį adatos kilimo slėgį ir degalų išpurškimo kokybę purkštukai techninius reikalavimus tenkino.

Dyzelinius variklius galima varyti ne tik rapsų, bet ir kitų aliejinių augalų aliejais, tačiau būtina atkreipti dėmesį į tam tikrus ypatumus. Pavyzdžiui, šalto presavimo būdu gautą saulėgrąžų aliejų be didelių problemų galima naudoti, esant ne žemesnei kaip -15oC aplinkos temperatūrai. Tuo tarpu linų aliejų, kuris fizinėmis ir cheminėmis savybėmis artimesnis rapsų aliejui, rekomenduojama naudoti iki -10oC. Daugiausia problemų gali iškilti į variklius tiekiant sojų aliejų, nes aplinkos oro temperatūrai nukritus žemiau nulio, jis greičiau drumsčiasi ir tirštėja.

Šiandien dar sunku numatyti galimas ilgalaikio augalinio aliejaus naudojimo dyzeliniuose varikliuose pasekmes. Tačiau vokiečiai, kaip didžiausi šios mokslo srities entuziastai, jau turi sukaupę vertingą lengvųjų automobilių ir sunkvežimių, naudojančių augalinį aliejų, eksploatavimo patirtį. Pasak dr. Georgo Gruberio, nuo 1993 metų Vokietijoje augaliniais aliejais be didelių problemų dirba daugiau kaip 1 500 automobilių. Pastaruoju metu ir Lietuvoje vis aktyviau vykdomi atsinaujinančių energetinių augalų tyrimai, siekiant išspręsti perteklinės žemės ūkio produkcijos realizavimo klausimus, skatinti gamybos plėtrą, mažinti kaimo žmonių nedarbo lygį ir priartinti daugelio ūkininkų svajonę į traktoriaus baką įpilti pigesnio pačių užauginto rapsų aliejaus.

Pavasarį vykusioje žemės ūkio technikos parodoje „Ką pasėsi…2003“ demonstravome pirmąjį MTZ-82 markės traktorių, pritaikytą dirbti grynu rapsų aliejumi (4 pav.). Naujove domėjosi rapsų augintojai ir produkcijos perdirbėjai. Daugelį domino, kaip veikia rapsų aliejumi varomas variklis, jo paleidimo sąlygos ir darbo rodikliai, patikimumo ir ekonominiai aspektai.

Variklis paleidžiamas dyzeliniais degalais, truputį pašildomas ir perjungiamas dirbti rapsų aliejumi. Šaltas variklis šiek tiek skleidžia šviesius garus ir maloniai kvepia. Papildoma traktorių įranga (4 pav.) – šilumokaitis (1), degalų valymo filtrai (2), rotorinio tipo degalų siurblys (3) su elektrine pavara, aliejaus temperatūros jutiklis (4), elektromagnetinis degalų rūšies perjungimo vožtuvas (5), traktoriaus kabinoje įrengtas elektroninis valdymo blokas, tvirtinimo detalės. Visa tai ir įrangos montavimo darbai kainuoja apie 800 Lt. Degalų rūšis kol kas perjungiama rankiniu būdu, tačiau ateityje, įvertinus aliejaus pašildymo temperatūrą, variklio sukimosi dažnį ir apkrovą, maitinimo sistemos darbą numatoma visiškai automatizuoti.