5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Альтернативное автомобильное топливо — плюсы и минусы

Плюсы и минусы водородного топлива

Водородное топливо уже давно занимает ведущие позиции среди других источников энергии. Обладающий уникальными свойствами, водород по праву называют топливом ближайшего будущего. По сравнению с дизельным и бензиновым топливом, у него больший КПД, а также экологичность. Попытаемся разобраться, почему его до сих пор не используют?

Водородный коктейль

Хотя водород обладает чудесными характеристиками, его почти не применяют на автотранспорте потому, что люди привыкли использовать бензин, хотя он и дорожает с каждым днем. Также ведущие автокомпании постоянно откладывают сроки перехода на водородное топливо, мотивируя это тем, что установки для получения водорода появятся только к 2030 году. Европейские и американские аналитики могут быть правы в этих подсчетах, но есть множество доказательств экстренного перевода на водород целого автопарка, причем буквально за 10 -12 дней!

История двигателя внутреннего сгорания на водороде

Применение водорода в качестве топлива началось еще в XIX веке, когда французский изобретатель Франсуа Исаака де Риваз в 1806 году разработал самый первый в мире ДВС, потребляющий водородное топливо. Необходимую электрическую энергию он получал методом электролиза воды. Позже бельгийский изобретатель Жан Жозеф Этьен Ленуар заставил самоходный экипаж двигаться с помощью энергии водорода. Так бы водород и служил бы человечеству в качестве основного топлива, но в 1870 году в ДВС стали применять бензин, сведя на нет первые опыты с водородным топливом.

Водородное топливо в блокадном Ленинграде

О водороде вспомнили только в блокадном Ленинграде в конце 1941 года, благодаря военному технику Б. И. Шелищу, который предложил использовать отработанный водородный газ для заправки автотранспорта. От налетов вражеской авиации Ленинград защищался зенитными орудиями, а также заградительными аэростатами, наполненными водородом, чтобы помешать прицельной бомбардировке города.

Когда водородные аэростаты спускались на землю, их использовали в качестве альтернативного источника топлива. Всего лишь за неделю группа техников переоборудовала на водородное топливо 600 грузовиков ГАЗ. После войны об этом изобретении снова забыли, перейдя опять на бензин.

В 1970 годах, когда произошел энергетический кризис, люди опять оценили необходимость альтернативных источников энергии. Так, Украинским ИПМ был переоборудован весь свой автомобильный парк водородное топливо, отлично справившись с топливным кризисом. Об успешных экспериментах снова забыли после распада советского союза.

Современные автомобили на водороде находятся пока в стадии проектирования, а вернее выпускать серийно опытные модели пока не собираются из-за неразвитой инфраструктуры заправок автотранспорта водородным топливом. В промышленных масштабах получить водород электролизом воды недешево, поэтому автокомпании пока не спешат на него переходить, ожидая более дешевый и простой способ получения топлива.

Преимущества водородных ДВС

Главное неоспоримое преимущество автомобилей на водороде – это высокая экологичность, так как продуктом горения водорода является водяной пар. Конечно, при этом сгорают еще различные масла, но токсичных выбросов гораздо меньше, чем у бензиновых выхлопов.

Отсутствие дорогостоящих систем топливоподачи, которые к тому же опасны и ненадежны.

КПД электродвигателя на водородном топливе намного выше, чем у ДВС.

Недостатки

Имеются и недостатки у автомобилей на водородном топливе:

Дорогой и сложный способ получений топлива в промышленных объемах.

Отсутствие водородной инфраструктуры заправок автотранспорта.

Не разработаны стандарты транспортировки, хранения и применения топлива на водороде.

Несовершенство технологий хранения такого топлива.

Дорогие водородные элементы.

Большой вес транспорта. Работа электродвигателя на водородном топливе требуют водородные преобразователи тока и мощные аккумуляторные батареи, которые весят не мало, а также обладают внушительными габаритами.

Существует опасность возгорания и взрыва при работе водорода с традиционным топливом.

Ознакомившись с достоинствами и недостатками водородного топлива можно понять, почему до сих пор откладывается серийный выпуск водородных автомобилей. Однако из-за ухудшающейся экологии этот альтернативный источник энергии может оказаться единственным решением проблемы.

Производители транспорта на водородном топливе

Мировые производители все же проводят испытание в этой сфере и даже выпускают автотранспорт на водородном топливе:

Toyota — модель Toyota Highlander FCHV;

Ford Motor Company проводит испытания с концептом Focus FCV;

Honda со своей моделью Honda FCX;

Hyundai выпускает Tucson FCEV;

Daimler AG отвечает за модель Mercedes-Benz A-Class;

Перспективы развития

Все же водород является единственной приемлемой экологической энергией с огромным будущим. От ученых зависит только разработать инфраструктуру, обнаружить способ добычи водорода, наладить порядок в инструкциях по эксплуатации топлива, и тогда навсегда уже забыть о выхлопных газах, нефтяных вышках и других проблемах бензиновой зависимости.

Альтернативные виды топлива: плюсы и минусы

Традиционные виды топлива, по сути, получают из невозобновляемых ресурсов, а это значит, что рано или поздно они закончатся. Поэтому человечество нашло им альтернативу. Однако у каждой такой альтернатива могут быть свои преимущества и недостатки, рассмотрим их на конкретных примерах.

Биотопливо из масличных культур

Еще Рудольф Дизель, создатель дизельного двигателя, в 1900 году предложил получать топливо из растительного сырья, он даже продемонстрировал проект двигателя, который мог работать на арахисовом масле. Сегодня подтверждено, что в основу для такого топлива можно положить: рапс, сою, хлопок, ятрофу (бутылочное дерево). Кстати, использовать для производства можно даже пищевые отходы, которые скапливаются в предприятиях общественного питания.

  1. сырье возобновляемое,
  2. выбросы СО2 в атмосферу ниже на 50–80% по сравнению с традиционными видами топлива,
  3. в процессе получения такого биотоплива производят еще несколько полезных побочных продуктов,
  4. государства, где нет собственных запасов нефти, могут за счет этого обеспечить себе топливную независимость.
  1. пока что высокая себестоимость производства,
  2. меньшая мощность двигателей на таком топливе, больший расход,
  3. необходимость больших площадей под выращивание нужных культур.

Синтетическое горючее из отходов

В 2003 году корпорация DaimlerChrysler разработало первое в мире синтетическое дизельное топливо из древесных отходов. Назвали его BIOTROLL. Когда оно сгорает, углекислый газ не попадает в атмосферу. Изготавливать подобное топливо можно не только из отходов деревообработки, но и из бытового мусора, сельскохозяйственных отходов. Только пока такое своеобразное биотопливо используют в смеси с соляркой, улучшая тем самым экологические показатели двигателей.

  1. низкие выбросы вредных веществ,
  2. переработка отходов,
  3. неисчерпаемые запасы сырья.
  1. необходимы значительные финансовые вложения, чтобы организовать весь процесс: сбор и подготовку сырья, производство синтетического горючего, создание системы распространения.

Водород

Как оказалось, водород может быть альтернативным топливом, например, для тех же автомобилей. Причем использовать его можно по-разному: смешивать с традиционными видами, применять только его, использовать водород в топливных элементах.

  1. высокие энергетические свойства,
  2. относительная экологичность сгорания, по сравнению с бензином,
  3. нелимитированная сырьевая база
  1. сегодня производство водородного топлива в 4 раза дороже, чем бензина,
  2. несмотря на то что углекислый газ при сгорании водорода не выделяется, некоторые ученые указывают на образование других газов, которые вредят озоновому слою,
  3. сложно будет организовать «водородную инфраструктуру.

Ученые на сегодня придумали достаточное количество альтернативных видов топлива, но все они имеют значительные минусы, чтобы полностью перейти на их использование.

Традиционные виды топлива, по сути, получают из невозобновляемых ресурсов, а это значит, что рано или поздно они закончатся. Поэтому человечество нашло им альтернативу. Однако у каждой такой альтернатива могут быть свои преимущества и недостатки, рассмотрим их на конкретных примерах.

Биотопливо из масличных культур

Еще Рудольф Дизель, создатель дизельного двигателя, в 1900 году предложил получать топливо из растительного сырья, он даже продемонстрировал проект двигателя, который мог работать на арахисовом масле. Сегодня подтверждено, что в основу для такого топлива можно положить: рапс, сою, хлопок, ятрофу (бутылочное дерево). Кстати, использовать для производства можно даже пищевые отходы, которые скапливаются в предприятиях общественного питания.

  1. сырье возобновляемое,
  2. выбросы СО2 в атмосферу ниже на 50–80% по сравнению с традиционными видами топлива,
  3. в процессе получения такого биотоплива производят еще несколько полезных побочных продуктов,
  4. государства, где нет собственных запасов нефти, могут за счет этого обеспечить себе топливную независимость.
  1. пока что высокая себестоимость производства,
  2. меньшая мощность двигателей на таком топливе, больший расход,
  3. необходимость больших площадей под выращивание нужных культур.

Синтетическое горючее из отходов

В 2003 году корпорация DaimlerChrysler разработало первое в мире синтетическое дизельное топливо из древесных отходов. Назвали его BIOTROLL. Когда оно сгорает, углекислый газ не попадает в атмосферу. Изготавливать подобное топливо можно не только из отходов деревообработки, но и из бытового мусора, сельскохозяйственных отходов. Только пока такое своеобразное биотопливо используют в смеси с соляркой, улучшая тем самым экологические показатели двигателей.

  1. низкие выбросы вредных веществ,
  2. переработка отходов,
  3. неисчерпаемые запасы сырья.
  1. необходимы значительные финансовые вложения, чтобы организовать весь процесс: сбор и подготовку сырья, производство синтетического горючего, создание системы распространения.

Водород

Как оказалось, водород может быть альтернативным топливом, например, для тех же автомобилей. Причем использовать его можно по-разному: смешивать с традиционными видами, применять только его, использовать водород в топливных элементах.

Альтернативное автомобильное топливо — плюсы и минусы

Статья об альтернативных видах топлива для машин, плюсы и минусы разных видов. В конце статьи — интересное видео об альтернативных видах автомобильного топлива.

Лишь за 1 квартал 2017 года электромобилей было продано почти на 30% больше, а машин с двигателями, работающими от природного газа, на 10%. Активнее всего на альтернативное топливо переходят испанцы, немцы и англичане, а вот россияне пока категорически отвергают подобную инженерную затею. Почему в отличие от прогрессивных европейцев отечественные автолюбители скорее пойдут на нефтяной кризис, чем пересядут на гибриды?

Гибридные автомобили в России

Следует сразу прояснить – назначением гибридных автомобилей является комфортное движение, но никак не покорение скоростей. Поэтому почти все они имеют программные ограничения по скорости, до уровня которой электромотор не будет дополнительно задействовать ДВС (двигатель внутреннего сгорания).

Несомненными преимуществами таких моторов являются:

  • экономия топлива от 15 до 40% в зависимости от модели автомобиля;
  • практически мгновенный разгон электромотора даже без переключения передач;
  • увеличение проходимого без дозаправки расстояния. Если закончится топливо в одном из двигателей, то можно дотянуть до заправки на следующем;
  • снижение выбросов углекислого газа в атмосферу;
  • гибриды и электромобили попадают под государственную программу налоговых льгот.

Хотя в Европе владельцев таких машин либо весьма существенно освобождают от налога, либо полностью.

Если все так радужно, то почему россияне не спешат их приобретать?

  1. Цена, которая выше любой другой популярной модели на 25-30%, что сразу отпугивает потенциальных покупателей. Стоит ли новомодный автомобиль таких средств?
  2. Количество автозаправочных станций и сервисов в России слишком мало, поэтому в случае поломки или во время длительного переезда водитель может столкнуться с серьезными проблемами по обслуживанию машины.
  3. В тех же сервисах, которые существуют, благодаря их дефицитному характеру, цены на услуги таковы, что проще самому разобраться в механизме.
  4. Каждые 6-7 лет придется менять аккумуляторную батарею, стоимость которой вкупе с самими работами выльется в цену небольшого бюджетного автомобиля. А российский климат и перепады температур могут еще больше сократить его жизненный срок. Кроме того, использованный аккумулятор придется соответствующим порядком утилизировать.
  5. Из-за отсутствия спроса на гибриды не существует и вторичного рынка. Таким образом, после приобретения такого автомобиля владельцу придется ездить на нем до самой старости, своей или машины.
Читать еще:  Как правильно выбрать аудиосистему в салон автомобиля

В совокупности все эти факторы на данный момент делают любой автомобиль, кроме бензинового и дизельного, не практичным и недоступным для России.

Альтернативные виды топлива

Суть поиска иных источников топлива — в сохранении невозобновляемых ресурсов планеты. Исследования в данном направлении ведутся уже давно в совершенно разнообразных направлениях. Может быть, на газовых и электрических автомобилях научный прогресс и не остановится.

Масличное топливо

Еще сам Рудольф Дизель, создавший одноименный двигатель, на заре XX века предложил использовать растительное сырье в качестве топлива. Он разработал модель двигателя, работающего на арахисовом масле.

Сейчас официально подтверждено, что идея жизнеспособна, а сырьем для топлива способны послужить не только арахис, но и соя, рапс, семена подсолнечника, хлопок и даже пищевые отходы. По своим техническим качествам биотопливо ничем не отличается от традиционного дизельного, зато является абсолютно экологичным и биоразлагаемым после использования.

В Евросоюзе и Америке фермеры уже не одно десятилетие сами выращивают и используют биомассу как топливо для собственной сельскохозяйственной техники. Таким топливом можно без риска заправлять полный бак дизельного автомобиля, а также смешивать его с классическим дизелем в любой пропорции.

Достоинства:

  • универсальность для любого дизельного мотора;
  • идентичные условия хранения со стандартным топливом;
  • продление жизни двигателю благодаря высоким смазочным характеристикам;
  • удобство транспортировки, хранения и применения с связи с пониженной воспламеняемостью;
  • отсутствие классических выхлопных газов;
  • возможность непрерывно производить сырье;
  • минимальный уровень выброса углекислого газа;
  • безотходность производства;
  • топливная независимость для стран, не имеющих нефтяных источников.

Недостатки:

  • пока производство биотоплива не столь широко распространено, его продуцирование в больших объемах обходится дороже классического топлива;
  • расход биотоплива существенно выше, а производимая автомобилем мощность – ниже;
  • экономисты многих стран уверены, что задействование больших площадей для выращивания сырья для биотоплива приведет к мировому голоду.

Топливо из отходов

Компания Daimler Chrysler стала одной из первых, разработавших и выпустивших под собственным лейблом синтетический дизель из древесных отходов.

Изучение процесса термического растворения древесины начали еще столетие назад страны без собственных нефтяных ресурсов. А сейчас и лесопромышленные предприятия России, располагающиеся в отдаленных регионах и испытывающие дефицит топлива, начали собственные разработки. При содействии Государственного центра лесопромышленного комплекса был создан проект минизавода, который будет утилизировать отходы лесозаготовок. Это поможет снизить топливную зависимость от централизованных поставок и одновременно избавиться от неиспользуемых древесных отходов.

Аналогичным способом можно производить топливо не только из опилок, но и любых отходов сельского хозяйства и человеческой жизнедеятельности. Пока данное биотопливо смешивают с соляркой для повышения экологичности двигателей.

Преимущества:

  • может использоваться как самостоятельное топливо или в качестве присадки;
  • очень низкий уровень вредных выбросов;
  • переработка отходов;
  • огромные запасы сырья.

Недостатки:

  • больший расход при меньшей мощности;
  • на данный момент необходимы большие финансовые вложения для организации достаточного количества производств.

Водородное топливо

Уже сейчас GM, Honda, Hyundai, Mercedes-Benz, Toyota постепенно готовят к выпуску автомобили, функционирующие на водородном топливе. Пока весь процесс тормозит стоимость внедрения технологии, так как для набора топливных элементов нужна сверхдорогая платина в качестве катализатора.

Сам же водород планируется добывать разнообразными способами: Honda делает его путем солнечных станций, отделяющих водород от кислорода от, другие автопроизводители рассматривают варианты получения его из сельскохозяйственных отходов или посредством электролиза. Однако все признают, что внедрение новой технологии на данном этапе повысит стоимость любого бюджетного автомобиля до люксовой версии.

Преимущества:

  • высочайшие энергетические свойства;
  • не абсолютная экологичность, но более высокая по сравнению с бензином;
  • бесшумность двигателя;
  • бесконечная сырьевая база.

Недостатки:

  • стоимость получения водородного топлива в разы выше, чем бензина;
  • дороговизна и сложность устройства автомобильных водородных заправок;
  • несовершенство технологий применения, транспортировки и хранения топлива такого рода;
  • высокая стоимость и вес элементов, необходимых для работы двигателя на водородном топливе;
  • опасность возгорания при соприкосновении с обычным топливом.

Само по себе изменение конструкции автомобиля для установки газобаллонного оборудования – процедура дорогостоящая и серьезная, в ряде случаев лишающая автовладельца гарантии на машину.

С другой стороны, экономия становится очевидна уже на первых же километрах, преодоленных на газу. Это наиболее возможная альтернатива бензину и дизелю из всех вышеперечисленных. Сейчас на газу – пропане или метане — ездит довольно много коммерческого автотранспорта, частники переходят на него менее активно. Отличие между двумя видами газов таковы:

  • метан дешевле на 10-15%;
  • метан имеет меньше примесей;
  • оборудование для пропана более технологично и стоит в 2-3 раза дешевле;
  • жидкий пропан можно использовать для бензинового оборудования;
  • пропановый баллон в разы компактнее;
  • заправки для пропана более распространены;
  • дозаправка на пропане потребуется в 3-4 раза реже, чем на метане.

Преимущества:

  • наиболее очевидное достоинство – снижение расходов на заправку в 2 раза;
  • если газовое топливо внезапно закончится, автомобиль будет способен преодолеть еще несколько километров;
  • бесшумность двигателя;
  • повышение срока жизни двигателя, поршней и свечей за счет отсутствия отложений;
  • снижение расходов на масло за счет его меньшего разжижения под воздействием газа;
  • отсутствие выхлопных газов.

Недостатки:

  • высокая стоимость установки соответствующего оборудования;
  • общее утяжеление автомобиля и уменьшение полезного пространства в багажном отделении;
  • более высокий расход газового топлива;
  • снижение мощность автомобиля и затрудненный пуск при низких температурах.

Многолетние беспрерывные исследования и разработки в части альтернативных видов топлива вселяют определенный оптимизм, заставляя надеяться на сохранение столь важных природных ресурсов. К сожалению, пока можно наблюдать осторожность водителей в переходе на уже опробованные автомобильные варианты и большие трудности во внедрении новых технологий.

Смогут ли ученые совершить технологический прорыв, а автовладельцы — распрощаться с бензином? Пожалуй, в текущем десятилетии мы этого не увидим.

Видео об альтернативном топливе:

Биотопливо: альтернатива есть

Питательную энергию для двигателей внутреннего сгорания можно не только выкачивать из истощенных недр, но и выращивать на поле или даже брать из компостной кучи.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

Несмотря на отчаянные усилия конструкторов электрифицировать все, что движется, автомобилю в ближайшем будущем без традиционного двигателя не обойтись. Беда в том, что на большей части планеты его меню состоит лишь из невозобновляемых ресурсов — нефти и газа. Однако мотор не прочь питаться и разбавленным горючим. А потому нехитрый бизнес героя фильма «Джентльмены удачи» за 40 лет сделал не один шаг вперед.

АЛКОГОЛИКИ — НАШ ПРОФИЛЬ

На первом месте по популярности — добавление в бензин биоэтанола, то есть спирта из растительного сырья. Около 90% его производства приходится на Бразилию и США. Южноамериканцы гонят спирт из сахарного тростника, северные соседи — преимущественно из кукурузы. Сгодятся и другие растения с высоким содержанием крахмала или сахара, а также целлюлоза.

В некоторых странах добавление от 5 до 15% этанола установлено законодательно. Стандартному двигателю не повредит, если ему в бензин плеснут до 10% спирта. На колонки со смесями, содержащими более десятой доли этанола, обязательно наносят предупреждение об этом: старым двигателям такой рацион может не понравиться.

Бразильцы практикуют езду на биотопливе еще со времен нефтяных кризисов 70‑х годов прошлого века. Сейчас в стране нет в продаже бензина, в котором этанола менее 20% (Е20). Альтернатива этой смеси — только чистый Е100 (95–96% спирта и 4–5% воды). В Швеции и США распространена смесь Е85. Заправлять ими можно только «гибкотопливные» (flex-fuel) автомобили. Их система питания настроена под этанол — чистый или в сочетании с бензином в любой пропорции. Кроме того, октановое число спирта выше, чем у бензина, поэтому обычно требуются еще и переделки по железу, чтобы поднять степень сжатия до 12…13,5:1. Отсюда — более высокий КПД, лучшие мощностные показатели и меньшее количество выбросов. С другой стороны, теплотворная способность E85 ниже, чем у бензина, — если двигатель заправить такой смесью, он потеряет примерно четверть прежних сил.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

ВЕГЕТАРИАНСКОЕ МЕНЮ

По нестандартным рецептам готовят и дизельное топливо. Сырьем служат рапс, соя, различные масла и жиры. Такое топливо маркируют буквой В и цифрами, соответствующими доле растительных компонентов в смеси. Цетановое число топлива выше, чем у обычного: 51 против 42–45. Горючее отлично разлагается, не нанося вреда окружающей среде, и практически не содержит серы. Из значимых недостатков — недолгий срок хранения.

Биодобавки к дизельному топливу пока не получили такого широкого распространения, как биоэтанол. Тем не менее его производят во многих странах. Есть страны, где пятипроцентное содержание «био» узаконено и не требует упоминания при продаже.

КОМАНДА «ГАЗЫ»

Из биомассы получают и газообразное топливо, также отлично подходящее автомобилям. Например, метан — один из основных компонентов природного и так называемых попутных газов, получающихся при перегонке нефти. Столь полезное ископаемое с легкостью заменит никому не нужная гора органического мусора — от банального навоза до отходов рыбного, мясного, молочного и овощного производств. Этой биомассой и питаются бактерии, вырабатывающие биогаз. Очистив его от газа углекислого, получают так называемый биометан. Его главное отличие от обычного метана, на котором работают многие серийные модели, — он не является полезным ископаемым. Уж что-что, а навоз и растения раньше конца жизни на планете не иссякнут.

Читать еще:  Peugeot Traveller 2017

Схема производства биометана (все схемы и таблицы открываются в полный размер по клику мышки):

Схема производства биометана

Биомасса служит и для получения другого автомобильного газа — водорода. Его выделяют, нагревая сырье до высоких температур без доступа кислорода или опять-таки призывают на работу бактерии. В ход идет все — от древесины до водорослей. Впрочем, этот газ пока не особенно актуален для рядовых потребителей. В перспективе его хотят использовать как горючее в топливных элементах, которые появятся в серийном производстве (по самым оптимистичным прогнозам концерна «Даймлер») не раньше чем через пять-семь лет. И еще через столько же — адекватные доходам цифры на ценнике.

ПЛЮС НА МИНУС ДАЕТ…

Все перечисленные альтернативы традиционному нефтяному топливу, увы, не лишены недостатков. Например, у наиболее распространенного биоэтанола — затрудненный пуск в зимнее время. Чтобы побороть недуг, автомобили, работающие на смесях Е85 и Е100, дополнительно оснащают подогревателем двигателя или небольшим баком с чистым бензином для холодного пуска. В Швеции предлагают зимний (по аналогии с дизтопливом) состав смеси — в холодное время содержание этанола снижают с 85 до 75%.

НЕОБХОДИМЫЕ ДОРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ НА БИОЭТАНОЛЕ

Существует и сугубо российская проблема. По давней традиции наше государство считает спирт веществом антисоциальным и оберегает от него граждан налогами и ограничениями. При таком раскладе стоимость спиртового горючего едва ли будет привлекательнее, чем привычного бензина. И разрешат ли продавать этанол круглосуточно.

Есть и препятствия глобального масштаба. Одно из них — отсутствие единых стандартов и требований к биотопливу. Где гарантии, что, например, колесящему по Германии многотопливному «Опелю» понравится биобензин в соседней Франции, изготовленный из другого сырья? Поэтому современные модели, работающие на биотопливе, обычно не брезгуют бензином или дизтопливом.

ТИПЫ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЭТАНОЛА

Любимый аргумент инициаторов активного распространения биотоплива — независимость от невозобновляемых природных ресурсов. Сразу возникает несколько «но». Во-первых, страны-экспортеры нефти и газа приложат все усилия, чтобы воспрепятствовать этому. Для них расстаться с основной (иногда единственной) статьей доходов — катастрофа. Во-вторых, чтобы производить в больших объемах биоэтанол или биодизель, понадобятся огромные участки плодородной земли для выращивания сырья. Можно, конечно, потеснить на полях картошку или пшеницу, — но кто даст гарантию, что доселе благополучные страны не окажутся на пороге продовольственного кризиса?

Пока запасы нефти и газа достаточны, а цены на их добычу и переработку не поднялись на запредельную высоту, биотопливу суждено оставаться лишь добавкой, а не весомой альтернативой основным источникам энергии. Хотя стартовая площадка для взлета неплохая: технологии отработаны, производство совершенствуется с каждым днем. Да и получаемые киловатты обходятся сравнительно дешево. А потому биотопливо — пожалуй, один из наиболее серьезных конкурентов углеводородному горючему. Как подтверждение — миллионы серийных автомобилей, работающих или готовых работать на топливе с приставкой «био». А что до остальных трудностей, сдерживающих развитие этой отрасли, то они вполне разрешимы.

Биотопливо: альтернатива есть

Питательную энергию для двигателей внутреннего сгорания можно не только выкачивать из истощенных недр, но и выращивать на поле или даже брать из компостной кучи.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

Несмотря на отчаянные усилия конструкторов электрифицировать все, что движется, автомобилю в ближайшем будущем без традиционного двигателя не обойтись. Беда в том, что на большей части планеты его меню состоит лишь из невозобновляемых ресурсов — нефти и газа. Однако мотор не прочь питаться и разбавленным горючим. А потому нехитрый бизнес героя фильма «Джентльмены удачи» за 40 лет сделал не один шаг вперед.

АЛКОГОЛИКИ — НАШ ПРОФИЛЬ

На первом месте по популярности — добавление в бензин биоэтанола, то есть спирта из растительного сырья. Около 90% его производства приходится на Бразилию и США. Южноамериканцы гонят спирт из сахарного тростника, северные соседи — преимущественно из кукурузы. Сгодятся и другие растения с высоким содержанием крахмала или сахара, а также целлюлоза.

В некоторых странах добавление от 5 до 15% этанола установлено законодательно. Стандартному двигателю не повредит, если ему в бензин плеснут до 10% спирта. На колонки со смесями, содержащими более десятой доли этанола, обязательно наносят предупреждение об этом: старым двигателям такой рацион может не понравиться.

Бразильцы практикуют езду на биотопливе еще со времен нефтяных кризисов 70‑х годов прошлого века. Сейчас в стране нет в продаже бензина, в котором этанола менее 20% (Е20). Альтернатива этой смеси — только чистый Е100 (95–96% спирта и 4–5% воды). В Швеции и США распространена смесь Е85. Заправлять ими можно только «гибкотопливные» (flex-fuel) автомобили. Их система питания настроена под этанол — чистый или в сочетании с бензином в любой пропорции. Кроме того, октановое число спирта выше, чем у бензина, поэтому обычно требуются еще и переделки по железу, чтобы поднять степень сжатия до 12…13,5:1. Отсюда — более высокий КПД, лучшие мощностные показатели и меньшее количество выбросов. С другой стороны, теплотворная способность E85 ниже, чем у бензина, — если двигатель заправить такой смесью, он потеряет примерно четверть прежних сил.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

ВЕГЕТАРИАНСКОЕ МЕНЮ

По нестандартным рецептам готовят и дизельное топливо. Сырьем служат рапс, соя, различные масла и жиры. Такое топливо маркируют буквой В и цифрами, соответствующими доле растительных компонентов в смеси. Цетановое число топлива выше, чем у обычного: 51 против 42–45. Горючее отлично разлагается, не нанося вреда окружающей среде, и практически не содержит серы. Из значимых недостатков — недолгий срок хранения.

Биодобавки к дизельному топливу пока не получили такого широкого распространения, как биоэтанол. Тем не менее его производят во многих странах. Есть страны, где пятипроцентное содержание «био» узаконено и не требует упоминания при продаже.

КОМАНДА «ГАЗЫ»

Из биомассы получают и газообразное топливо, также отлично подходящее автомобилям. Например, метан — один из основных компонентов природного и так называемых попутных газов, получающихся при перегонке нефти. Столь полезное ископаемое с легкостью заменит никому не нужная гора органического мусора — от банального навоза до отходов рыбного, мясного, молочного и овощного производств. Этой биомассой и питаются бактерии, вырабатывающие биогаз. Очистив его от газа углекислого, получают так называемый биометан. Его главное отличие от обычного метана, на котором работают многие серийные модели, — он не является полезным ископаемым. Уж что-что, а навоз и растения раньше конца жизни на планете не иссякнут.

Схема производства биометана (все схемы и таблицы открываются в полный размер по клику мышки):

Схема производства биометана

Биомасса служит и для получения другого автомобильного газа — водорода. Его выделяют, нагревая сырье до высоких температур без доступа кислорода или опять-таки призывают на работу бактерии. В ход идет все — от древесины до водорослей. Впрочем, этот газ пока не особенно актуален для рядовых потребителей. В перспективе его хотят использовать как горючее в топливных элементах, которые появятся в серийном производстве (по самым оптимистичным прогнозам концерна «Даймлер») не раньше чем через пять-семь лет. И еще через столько же — адекватные доходам цифры на ценнике.

ПЛЮС НА МИНУС ДАЕТ…

Все перечисленные альтернативы традиционному нефтяному топливу, увы, не лишены недостатков. Например, у наиболее распространенного биоэтанола — затрудненный пуск в зимнее время. Чтобы побороть недуг, автомобили, работающие на смесях Е85 и Е100, дополнительно оснащают подогревателем двигателя или небольшим баком с чистым бензином для холодного пуска. В Швеции предлагают зимний (по аналогии с дизтопливом) состав смеси — в холодное время содержание этанола снижают с 85 до 75%.

НЕОБХОДИМЫЕ ДОРАБОТКИ СИСТЕМ АВТОМОБИЛЯ ДЛЯ РАБОТЫ НА БИОЭТАНОЛЕ

Существует и сугубо российская проблема. По давней традиции наше государство считает спирт веществом антисоциальным и оберегает от него граждан налогами и ограничениями. При таком раскладе стоимость спиртового горючего едва ли будет привлекательнее, чем привычного бензина. И разрешат ли продавать этанол круглосуточно.

Есть и препятствия глобального масштаба. Одно из них — отсутствие единых стандартов и требований к биотопливу. Где гарантии, что, например, колесящему по Германии многотопливному «Опелю» понравится биобензин в соседней Франции, изготовленный из другого сырья? Поэтому современные модели, работающие на биотопливе, обычно не брезгуют бензином или дизтопливом.

ТИПЫ СМЕСЕЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ БИОЭТАНОЛА

Любимый аргумент инициаторов активного распространения биотоплива — независимость от невозобновляемых природных ресурсов. Сразу возникает несколько «но». Во-первых, страны-экспортеры нефти и газа приложат все усилия, чтобы воспрепятствовать этому. Для них расстаться с основной (иногда единственной) статьей доходов — катастрофа. Во-вторых, чтобы производить в больших объемах биоэтанол или биодизель, понадобятся огромные участки плодородной земли для выращивания сырья. Можно, конечно, потеснить на полях картошку или пшеницу, — но кто даст гарантию, что доселе благополучные страны не окажутся на пороге продовольственного кризиса?

Пока запасы нефти и газа достаточны, а цены на их добычу и переработку не поднялись на запредельную высоту, биотопливу суждено оставаться лишь добавкой, а не весомой альтернативой основным источникам энергии. Хотя стартовая площадка для взлета неплохая: технологии отработаны, производство совершенствуется с каждым днем. Да и получаемые киловатты обходятся сравнительно дешево. А потому биотопливо — пожалуй, один из наиболее серьезных конкурентов углеводородному горючему. Как подтверждение — миллионы серийных автомобилей, работающих или готовых работать на топливе с приставкой «био». А что до остальных трудностей, сдерживающих развитие этой отрасли, то они вполне разрешимы.

Альтернативное топливо для автомобилей

Дата публикации: 31 августа 2015

В данной статье рассмотрена целесообразность использования различных видов
альтернативного моторного топлива в России. Это различные спирты, водород, этанол, метанол, рапсовое масло, биогаз и др. Приведены состав и отличительные особенности альтернативных топлив. Среди этих топлив стоит выделить биогаз. Биогаз является альтернативным источником энергии, в настоящее время его так же можно использовать в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Сейчас в большинстве стран мира решается задача поиска заменителей топлива нефтяного происхождения, запасы которого резко сокращаются, а потребности в топливе растут. В последние время потребление углеводородных топлив в общем энергетическом балансе мира увеличилось в 4,2 раза.

Читать еще:  Антикоррозийная обработка кузова

Решение проблемы значительного сокращения потребления моторного топлива автомобилями, за счет совершенствования рабочего цикла ДВС, вряд ли может быть достигнуто. Это связано с тем, что известные способы улучшения экономичности, такие как совершенствование топливных систем и систем зажигания, в том числе применение микропроцессорных систем управления двигателем (МСУД), управление процессом газообмена, применение наддува, рециркуляция отработавших газов, недостаточно эффективны для кардинального решения проблемы.

Применение альтернативных топлив может значительно помочь решению этой задачи, а также в решении проблемы загрязнения автомобилями окружающей среды. В связи с этим во всех промышленно развитых странах мира широко развернуты работы по поиску эффективных заменителей топлив нефтяного происхождения. Несколько программ перевода ДВС на альтернативные топлива разрабатываются в США. Так, в начале 2003 г. более чем 520 тыс. автомобилей в США работали на этаноле, метаноле и биогазе, в Швеции начался выпуск автомобиля Volvo S80 BiFuel, который работает как на бензине, так и на биогазе. Но наибольших успехов в этом направлении достиг Китай, где 80% сельских и 60% городских перевозок осуществляются на биогазе. Кроме того, Китай экспортирует специальные ДВС, работающих на биогазе, в 20 стран мира.

Анализируя состояние с моторными топливами, делаем вывод, что такими топливами уже в ближайшее время могут быть: этанол, метанол, рапсовое масло, биогаз.

Все альтернативные топлива можно классифицировать по следующим признакам:

  • по составу — углеводородные, углеводно-кислотные спирты, водородные, спирты, угольный порошок и др.;
  • по агрегатному состоянию — жидкие, газообразные, твердые, смешанные;
  • по калорийности — высококалорийные, среднекалорийные, низкокалорийные;
  • по способу применения — в виде добавок к нефтяным топливам;
  • по источникам сырья — полученные из угля, торфа, сланцев, биомассы, воды и др.;
  • по технологическим процессам получения — пиролиз, гидрогенизация, каталитическая конверсия, газификация, электролиз и др.

Применение альтернативных топлив осуществляется в двух вариантах:

  • частичная замена, то есть применение в качестве добавок;
  • полная замена основного топлива.

В ряде стран уже широко используются добавки спиртов к бензину, что позволяет значительно уменьшить потребление последнего. Проводятся исследования по производству синтетических бензинов из угля, сланцев и нефтяных песков, проводится также исследование возможности использования в качестве топлива смеси бензина с 15 % метанола и 7 % изобутилового спирта, добавляется в качестве стабилизатора.

Перспективным считается применение метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в качестве присадки к бензину вместо токсического тетраэтилсвинца. Несмотря на то, что теоретически и экспериментально доказана целесообразность использования в качестве моторного топлива водорода, он пока дорог. Кроме того, не до конца решена проблема его рационального хранения на борту автомобиля.

Газовые топлива первыми получили распространение как моторные топлива, составляющих альтернативу традиционным. Известно несколько видов альтернативных топлив, которые можно и целесообразно использовать в России как автомобильные топлива, а именно: нефтяной газ, природный газ, генераторный газ, водород, биогаз, этанол и рапсовое масло.

Свойства наиболее перспективных альтернативных топлив

Нефтяной газ (бутан-пропановая смесь) используется преимущественно в сжиженном состоянии (СНГ). Ее октановое число составляет 90-100 ед., низшая теплота сгорания 24800 кДж/кг. Применение ее вместо бензина значительно уменьшает содержание вредных веществ в ОГ автомобиля СО — в 2 раза, CnHn — в 1,3…1,9 раза, NOx — в 1,2 раза.

Природный газ достаточно популярен. Автомобилестроители уже разработали и построили значительное количество автомобилей, работающих на природном газе. Это объясняется, прежде всего, тем, что современные ДВС для перевода на природный газ требуют лишь небольшие конструктивные изменения в системе питания топливом, в установке угла опережения зажигания и в системе смазки. Для обеспечения достаточного запаса газа на борту автомобиля он предварительно должен быть компринован (КПГ) или сжиженным (СПГ). Октановое число природного газа составляет 100-110 единиц, низшая теплота сгорания — 32-36 мДж/кг. При эксплуатации двигателей на природном газе существенно уменьшается токсичность по СО — в 4-6 раз, по CnHn — в 1,3-1,9 раза, по NOx — в 1,3 раза; в газодизеле — дымность на 50-70 % меньше, чем в дизелях, содержание канцерогенных веществ уменьшается в 5-7,5 раз, NOx остается на том же уровне, что и в дизеле, но в газодизеле больше выбросов CnHn и альдегидов.

Необходимость быстрого перехода на газовые альтернативные топлива, связана с переоборудованием топливной аппаратуры существующих транспортных средств (ТС), которая дает возможность работать на двух видах топлива — бензине и газе (в зависимости от их наличия). Но при этом ухудшаются энергетические показатели ТС на 15-20%. Для сокращения таких расходов необходимо изготавливать ДВС, предназначенные только для газового топлива.

Во многих странах мира (США, Канада, Новая Зеландия, Аргентина, Нидерланды, Франция, Китай и др.) перевод ТС на работу на газовом топливе поднят до ранга государственной политики как путь к экологизации автотранспорта. Для этого разработаны и внедряются нормативно-законодательные базы: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. Такая политика дает ощутимые результаты. Так, в Нидерландах 50 %, в Италии — более 20%, в Австрии — 95 %, в Дании — 87 % автобусного парка работает на газовом топливе. США планируют в 2010 году довести использование природного газа на ТС до 57 %, а пропан-бутановой смеси — до 31 %.

Генераторный газ или синтез-газ (ГГ). Его получают на борту транспортного средства в реакторе (генераторе) в результате преобразования в газовое состояние твердого топлива: древесного угля, каменного угля, торфа, древесины и др. Состоит из 50 % водорода и 50 % оксида углерода. Отличительной особенностью его является то, что его получают из возобновляемых источников энергии, а для его хранения на борту ТС требуются значительно меньшие емкости, что значительно увеличивает грузоподъемность этого ТС. Для продуцирования ГГ на борту ТС привлекается энергия системы охлаждения, которая в обычном ТС рассеивается в окружающую среду, то есть уменьшается тепловое загрязнение атмосферы и частично утилизируется теплота сгорания.

По сравнению с природным газом ГГ сгорает медленнее и имеет более низкую теплоту сгорания 16,8…21,0 мДж/кг. Его октановое число составляет 90-95 единиц, т.е. работа на нем связана с крупнейшими потерями технико-экономических показателей ДВС.

Водород — наиболее экологически чистое топливо с неограниченными запасами в природе. Н2 входит в состав 90% компонентов, имеющихся в окружающей среде, и более, чем в треть компонентов на поверхности земли. Его основные недостатки в качестве топлива при применении на ТС: высокая энергия, которая нужна для его сжатия, и очень низкая удельная энергоемкость. Есть проблемы и с хранением его на борту автомобиля, особенно в криогенных баках, но главная проблема — высокая стоимость его получения.

Более перспективным является применение водорода на ТС в виде топливных элементов, особенно с применением протонных обменных мембран (Proton exchange membrane). Первые автомобили с топливными элементами уже продемонстрировали фирмы Toyota, Honda, Volkswagen, BMW, Nissan, Hyundai, но для наладки их промышленного производства требуется время.

Биогаз — сравнительно новое, перспективное, экологически чистое и экономически выгодное моторное топливо для транспортных установок. По данным шведских и швейцарских ученых, биогаз на 75% чище дизельного топлива и на 50 % чище бензина.

В состав биогаза входит метан СН4 (60-70%), диоксид углерода СО2 (до 30%), а также в малых количествах оксид углерода СО, водород Н2, азот N2, кислород О2, воздух, водяной пар Н2О, и сернистый водород Н2S.

Перед применением в ДВС биогаз лучше подвергать обогащению до уровня метана 95%, очистке, сушке и компримировать. Энергетический эквивалент биогаза составляет 9-10 (кВт•ч/м3). Физико-химические и экологические свойства обогащенного и очищенного биогаза и природного газа практически идентичны, поэтому для них может применяться одна и та топливная аппаратура. Есть только одно отличие между природным газом и биогазом: при сгорании последнего в атмосферу выбрасывается такое же количество СО2, которое было из него удалено при переработке. Еще биогаз считается абсолютно сбалансированным биологическим топливом.

Согласно европейским планам, биогаз будет использоваться прежде всего на автотранспорте, который обслуживает сельские и пригородные районы. Кстати, в Западной Европе биогазом уже отапливается не менее половины птицеферм, причем сырьем для отопительных установок являются обычные отходы тех же птицеферм. Благодаря биогазу потребности западноевропейского животноводства в топливе за последние десять лет сократились более чем на треть.

Лидером по использованию биогаза является Китай, который еще в 70-е годы XX в. совершил «большой биогазовый скачок», в результате которого более 60% всего автобусного парка страны, в том числе в сельской местности, сейчас работает на биогазе. Производство биогазовых двигателей в Китае к концу 80-х годов XX в. было засекречено. Сейчас Китай экспортирует их более чем в 20 стран мира.

Ученые подсчитали, что только в мировом сельском хозяйстве накапливается столько отходов, что их энергопотенциал может дважды покрыть общемировой спрос на энергию.

Этанол — одно из наиболее практичных альтернативных топлив. Чистый этанол или смеси этанола и бензина могут применяться в ДВС, предназначенных для работы на бензинах, например Chevrolet Suburban/Tahoe, GMC Wicon и др. В США сейчас объем потребления этанола и бензиновой смеси составляет до 10 % от общего объема использования бензина.

Главные преимущества топлива на базе этанола: во-первых, при сгорании образуется меньше токсичных веществ, во-вторых, при сгорании снижается содержание озона в воздухе. Недостатками этанола в качестве моторного топлива является его низкая энергоемкость, более высокая стоимость по сравнению с бензином и меньшая продолжительность пробега на одной заправке.

Наконец, рапсовое масло. Среди стран Европы рапсу уделяют наибольшее внимание Германия, Франция, Бельгия, Италия, Польша. При сгорании топлива из рапсового масла выхлопные газы содержат на 20-25% меньше вредных веществ, значительно меньше серы, а круговорот СО2 значительно уменьшает угрозу парникового эффекта.

Свойства МЭСМ (метиловые эфиры соевого масла) отличаются от аналогичных свойств дизельного топлива (меньшее значение Hu, большие плотность, коэффициент поверхностного натяжения и проч.). Поэтому для эффективного использования МЭСМ в качестве биотоплива необходимо изменить некоторые конструктивные и регулировочные параметры дизеля.

Л.Б. Ларионов, П.А. Болоев, Н.В. Степанов
Материалы IV международной научно-практической конференции
КЛИМАТ, ЭКОЛОГИЯ, СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ЕВРАЗИИ

Вам нужно войти, чтобы оставить комментарий.

Источники:

http://www.monsterauto.ru/techno/plyusy-i-minusy-vodorodnogo-topliva/
http://theecology.ru/interesnoe/alternativnye-vidy-topliva
http://fastmb.ru/autonews/autonews_mir/1901-alternativnoe-avtomobilnoe-toplivo-plyusy-i-minusy.html
http://www.zr.ru/content/articles/428905-biotoplivo_alternativa_jest/
http://www.zr.ru/content/articles/428905-biotoplivo_alternativa_jest/
http://altenergiya.ru/apologiya/alternativnoe-toplivo.html

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector