Вопрос 9. Альтернативные виды топлив. Преимущества, особенности.

Чем больше в мире производится автомобилей, тем значительнее интерес к альтернативным бензину видам топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья

Альтернативные топлива - это природный газ, нефтяной углеводородный газ (пропан-бутановый), спирты, синтетическое топливо, водород, генераторный газ и др. Каждый вид топлива по сравнению с обычными нефтяными топливами имеет как преимущества, так и недостатки.

Природный газ.Природный газ в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного топлива. Природный газ в качестве моторного топлива может применяться как в виде сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде жидкого, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение жидкого газа (пропан-бутан). В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на жидком газе. Преимущество: автомобиль на природном газе производит меньшее количество вредных выхлопов.Недостатки: При добычи природного газа выделяется метан, который в 21 раз губительнее для экологии, чем СО₂ .

Газообразные топлива. К этому виду топлив относятся сжиженные и сжатые газы.

Сжиженные газы и сжатые газы используют в качестве топлива для газобаллонных автомобилей, двигатели которых работают по тому же принципу, что и карбюраторные.

Применение газообразного топлива для автомобильных двигателей позволяет экономить более дорогое жидкое топливо. Газообразное топливо по сравнению с другими видами топлив имеет ряд существенных преимуществ: сгорает при небольшом избытке воздуха, образуя продукты полного горения без дыма и копоти, не дает твердых остатков; удобно для транспортировки по газопроводам на большие расстояния и позволяет простейшими средствами осуществлять сжигание в установках самых различных конструкций и мощностей. Газообразное топливо делится на естест-венное и искусственное. Естественное в свою очередь делится на природ-ное и нефтепромысловое.

Элементарный состав твердого или жидкого топлива - процентное содержание в топливе горючих веществ: углерода (С), водорода (Н), летучей серы (S_Л) внутреннего балласта: кислорода (О) и азота (N) и внешнего баласта: минеральных примесей (А) и влаги (W).

Состав газообразного топлива - процентное содержание в топливе горючих соединений: водорода (Н₂), метана (СН₄),низкомолекулярных летучих углеводородов (СН), сероводорода (Н₂S), оксида углерода (СО) и небольшого количества негорючих газов: кислорода (О₂), азота (N₂), диоксида углерода (СО₂) и водяных паров (Н₂О).

Газовый конденсат. Использование газовых конденсатов в качестве моторного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного расхода топлива.

Шахтный метан.В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны.

Синтетический бензин. Сырьем для его производства могут быть уголь, природный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа. Из 1 м³ синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетического моторного топлива из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы "Мобил" из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т моторных топлив. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных.

Спирты.Среди альтернативных видов топлива в первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства - высокая детонационная стойкость и хороший коэффициент полезного действия рабочего процесса, недостаток - пониженная тепловая способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Кроме того, затруднён запуск двигателя из-за плохого испарения метанола и этанола.

Этанол (питьевой спирт), обладающий высокой энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий коэффициент полезного действия и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Использование спиртов в качестве автомобильного топлива требует незначительной переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно отрегулировать карбюратор, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитывая то, что чистый метанол ядовитый, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливной системы автомобиля. Пары метанола более токсичны, чем пары бензина и вызывают сильные отравления при попадании в организм человека, слепоту и даже летальный исход.

А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12-14, чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива.

Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С.

Электрическая энергия. Заслуживает внимания применение электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально решается вопрос, связанный с токсичностью отработанных газов, появляется возможность использования нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость и высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей.

Топливные элементы. Топливные элементы - это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства. В процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический ток. В качестве топлива содержащего водород, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить стоимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть. В настоящее время стоимость зарубежного экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 1 млн долл. США. Кроме того, к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенную взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных условий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода.

Биодизельное топливо. Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением вредных веществ в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей. Биодизель это альтернативное топливо на основе растительных масел или животных жиров, включая даже те, которые были в использовании у ресторана и остались после приготовления пищи. Двигатель авто может работать и на чистом биодизеле, и в вместе с обычным дизельным топливом.

Преимущества: биологическое, безопасное, снижает загрязнение воздуха, связанное с автомобильными выхлопами: СО, СО₂ и твердыми частицами.

Недостатки: ограниченность массового производства и не налаженный сбыт.

Биогаз.Он представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов. Биогаз как альтернативный энергоноситель может служить высококалорийным топливом. Он предназначен для улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания. Применение биогаза в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания позволяет снизить выбросы, а также улучшить топливную экономичность.

Отработанное масло. В настоящее время на ряде предприятий различных стран мира весьма эффективно работают установки, преобразующие отработанное масло (моторное, трансмиссионное, гидравлическое, индустриальное, трансформаторное, синтетическое и т. д.) в состояние, которое позволяет полностью использовать его в качестве дизельного или печного топлива. Установка подмешивает очищенные (в установке) масла в соответствующее топливо, в точно заданной пропорции, с образованием навсегда стабильной, неразделяемой топливной смеси. Полученная смесь имеет более высокие параметры по чистоте, обезвоживанию и теплотворной способности, чем дизельное топливо до его модификации в установке.

Водород как альтернативное топливо. Водород является эффективным аккумулятором энергии. Применение водорода в качестве топлива возможно в разнообразных условиях, что может дать существенный вклад в мировую энергетику, когда ресурсы ископаемого топлива будут близки к полному истощению. По сравнению с бензином и дизельным топливом водород более эффективен и меньше загрязняет окружающую среду. Взрывоопасность водорода резко снижается с применением специальных присадок. Преимущество: полностью экологическое, без вредных выбросов.

Недостатки: стоимость.