ГлавнаяРазноеАльтернативные виды топлива для автомобилей

Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей (стр. 1 из 3). Альтернативные виды топлива для автомобилей


Альтернативные виды топлива

Альтернативные виды топлива

Эпоха двигателей внутреннего сгорания приближается к своему концу. И на это есть две существенных причины. Первая — запасы нефти неуклонно истощаются, что вызывает стабильный рост ее стоимости. Специалисты считают, что после 2020 года добыча нефти пойдет на убыль. И вторая — растущие выбросы углекислого газа, который создает в атмосфере парниковый эффект, вызывающий глобальное потепление. Поэтому ученые, а вместе с ними и автопроизводители находятся в лихорадочном поиске новых источников энергии.

Биоэтанол

У этого вида топлива есть как приверженцы, так и ярые противники. Неоспоримым его достоинством, которое признают все, является существенное снижение выброса вредных веществ, что позволяет укладываться с запасом во все существующие экологические нормы. Самыми крупными потребителями этанола являются США и Бразилия, в Европе — Швеция. Американцы производят его из кукурузы, бразильцы — из сахарного тростника. В этих же странах распространены и Flex-Fuel (FFV) автомобили, которые могут работать и на бензине, и на его смеси с этанолом в любом соотношении.

Этанол в автомобилях применяется не в чистом виде, а в смеси с бензином в разных пропорциях. Топливо Е-10 содержит 10% этанола и 90% бензина, топливо E-85 соответственно 85% этанола и 15% бензина. Все современные автомобили могут без переделок заправляться Е-10. При большей концентрации этанола необходимы изменения в двигателе и системе питания: другие топливный бак и топливопроводы; уплотнения, устойчивые к воздействию не только бензина, но и спирта; требуется перепрошивка блока управления; более стойкие клапана и их седла. Этанол гигроскопичен, то есть легко впитывает воду, что может привести к коррозии деталей топливной системы. Если автомобиль эксплуатируется при низких температурах, в топливной системе может образоваться лед. Поэтому FFV автомобилям необходим предварительный предпусковой подогрев топлива.

Сторонники этанола утверждают, что при его использовании работа двигателя улучшается: снижается риск детонации, так как октановое число этанола выше, чем у бензина; двигатель не перегревается; форсунки не загрязняются. Противники заявляют, что мощность двигателя, работающего на этаноле, снижается, так как при его сгорании в цилиндрах выделятся на треть меньше энергии, чем при сгорании бензина. А это значит, что неизбежно возрастет расход топлива — и экономии не выйдет, получите только «зеленый» эффект.

А возможен переход на биоэтанол в мировом масштабе? Вряд ли. Для получения такого количества топлива необходимо будет засеять дополнительно огромные площади. В Бразилии, например, для этого вырубаются леса Амазонки. А что будет в масштабе всей планеты? При производстве этанола в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа — к чему же тогда огород городить? Ну, и последний аргумент противников биоэтанола звучит более чем убедительно: если все сельское хозяйство планеты будет производить сырье для топлива, то что же тогда мы станем есть? Поэтому, скорее всего, биоэтанол останется топливом «регионального», а не мирового применения.

Биодизель

А что же с дизелем, спросят сторонники этого типа ДВС? Не волнуйтесь, для вас тоже существует биотопливо, которое так и называется – биодизель. Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще всего служат рапс, соя или подсолнечник. Немногие, кстати знают, что первые двигатели, изготовленные Рудольфом Дизелем, работали вовсе не на солярке, а на арахисовом масле.

На автомобилях биодизель применяется в смеси с соляркой. Обозначения такого топлива зависят от процентного содержания в нем биодизеля. Например: В-20 – 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола для применения биодизеля нет необходимости в доработке двигателя и топливной системы. Такое топливо имеет более высокое цетановое число, лучшие смазочные свойства и меньшее содержание серы, чем обычная солярка. Все эти достоинства способствуют увеличению ресурса двигателя. Ну, и главным достоинством биодизеля является снижение выбросов вредных веществ в атмосферу – ради этого ведь все и затевалось!

А недостатки? Их тоже немало. Мощность двигателя при использовании биодизеля снижается, а расход топлива увеличивается. При низких температурах в топливной системе образуются отложения воска. Биодизель более агрессивен к резиновым деталям. Срок его хранения – не более 3 месяцев, иначе он разлагается.

Но самый большой недостаток — то, что производство биодизеля существенно нагружает окружающую среду. Масличные культуры сильно истощают почву. Поэтому приходится увеличивать количество вносимых удобрений, остатки которых загрязняют подземные воды. Кроме того, как и в случае с биоэтанолом, сторонники биодизеля должны задать себе вопрос: что важнее – экологичная солярка в баке, или еда на столе?

Биогаз

Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения, к которым относится и биогаз. Биогаз — это продукт переработки различных видов пищевых и сельскохозяйственных отходов, навоза и другого мусора. Не зря его еще называют «канализационный газ». Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении.

К достоинствам биогаза относят низкую концентрацию вредных веществ в выхлопных газах, высокую антидетонационную стойкость. Также утверждается, что газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, увеличивая тем самым ресурс двигателя.

Недостатки — низкая теплотворная способность, а, значит, повышенный расход; необходимость заправки в тяжелые баллоны. Поэтому основная область его применения — общественный и грузовой городской транспорт.

Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко. В отличие от сырья для первого и второго поколений, водоросли можно выращивать на землях и в водоемах, непригодных для сельского хозяйства или. Также для их выращивания могут использоваться и закрытые фитобиореакторы. По мере роста водоросли накапливают жиры и биомасла, имеющие молекулярную структуру, аналогичную традиционной нефти. Причем рост происходит посредством естественного фотосинтеза, для которого требуется солнечный свет, вода и углекислый газ, а также питательные вещества. Растущие водоросли потребляют углекислый газ, обеспечивая снижение объемов парниковых газов в атмосфере. Водоросли вырабатывают больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занимаемых площадей, чем источники биотоплива на базе сельскохозяйственных культур. Водоросли могут вырабатывать более 2000 галлонов топлива с акра занимаемых площадей в год. Примерный выход топлива, получаемого из других источников, намного ниже: пальма – 650 галлонов, сахарный тростник – 450 галлонов, кукуруза – 250 галлонов, соя – 50 галлонов.

Перспективы биотоплива

Каковы перспективы использования биотоплива? Если еще не так давно они были довольно радужными, то с началом массового производства биодизеля и биоэтанола возникли социальные, экономические и даже экологические проблемы. Основные из них — рост цен на продовольствие; истощение почв энергетическими культурами; вырубка лесов с целью создания новых посевных площадей для «топливных» культур, и, как следствие, изменение климата; продвижение генномодифицированных культур как сырья для биотоплива.

Все сказанное относится, главным образом, к биотопливам первого поколения. Производство топлива второго поколения еще не набрало достаточных промышленных масштабов и поэтому судить о возможных рисках еще рано. В любом случае ясно, что человечество не перейдет в мировом масштабе на биотопливо, а его доля в общей структуре потребления вряд ли превысит 5%.

avtonov.info

Альтернативные виды топлива для автомобилей

Разнообразие альтернативного топлива для автомобилей растёт из года в год. Многие авто-производители, учёные и обычные граждане каждый день ищут новые уникальные способы заправки автомобилей, чтобы уменьшить мировую зависимость от ископаемого топлива.

Альтернативное топливо - это любой вида топлива произведенный не из нефти. Рассмотрим некоторые из них.

Топливо на спиртовой основе - этанол и метанол. Этанол производится из ферментированного и дистиллированного зерна и кукурузы. Это один из наиболее широкодоступных альтернативных видов топлива в настоящее время. Этанол используется в качестве альтернативного топлива для самолетов. Авиационный этанол был стандартом топлива для поршневых двигателей самолетов со времен второй Мировой Войны. Этанол имеет широкое применение в промышленности, в личной гигиене и в бытовой химии. Преимущества использования топлива на основе этанола:

  • имеет высокое октановое число, что приводит к увеличению КПД двигателя;
  • на нём автомобиль может проехать большее расстояние, чем на бензине;
  • может использоваться как добавка в бензин в количестве до десяти процентов;
  • широко используется в качестве альтернативного топлива для нужд сельского хозяйства.

Сжатый природный газ является еще одним распространенным альтернативным топливом. Данный вид топлива состоит из природного газа сжатого под высоким давлением. Многие транспортные средства сегодня работают на газе и все больше автомобилей и публичных транспортных средств переводятся на газ. Природный газ поступает из газовых скважин и требует переработки, прежде чем он может быть использован в качестве топлива для автомобилей или домов. Хотя это форма ископаемого топлива не считается возобновляемым ресурсом, однако рассматривается в качестве альтернативного топлива, потому что сгорает намного чище, чем бензин или дизель. Преимущества использования природного газа:

  • снижает выбросы углерода;
  • снижает выбросы углекислого газа;
  • снижает выбросы оксидов азота;
  • выбрасывается меньше токсичных и канцерогенных загрязнителей.

Также как и сжатый природный газ, пропан также используется в качестве альтернативного топлива. Пропан - это побочный продукт производства газа при переработке нефти. Пропан используется в качестве альтернативного топлива с 1912 года и является наиболее распространенной формой топлива во многих странах. Энергетическая эффективность пропана составляет около восьмидесяти процентов по сравнению с бензином. Это означает, что автомобиль на пропане проедет на двадцать процентов меньше, чем на том же количестве бензина.

Электричество как движущая сила для электромобиля потребляется из аккумуляторных батарей. Такие машины обладают электрическим двигателем, который производит меньше выбросов, чем бензиновые и дизельные. Некоторые электромобили ограничены в скорости и расстоянии, на которое можно путешествовать. Длительность поездки зависит от мощности аккумуляторных элементов. Современные электромобили доступны в разнообразных комплектациях, в том числе исполнены и в спортивных вариантах, что позволяет развить скорость до 100 км/ч всего за три секунды. Конечно, стоимость электромобилей также широко варьируется. Основную стоимость электромобиля  составляет аккумуляторная батарея. Также, у производителей существуют программы, которые позволяют заменить автомобильные отработанные аккумуляторные батареи на новые с доплатой. Многие известные производители автомобилей применяют гибридные технологии для движения автомобиля - электродвигатели сочетают с бензиновыми.

Водород также используется в качестве топлива для автомобилей. Большинство водорода производится из природного газа, но он также может быть произведён и из воды. Химическая реакция водорода с кислородом производит такие продукты как электричество и воду. Произведенная электроэнергия используется для движения транспортного средства. Многие из таких автомобилей находятся в стадии разработки для того, чтобы сделать их более доступными и более безопасными в использовании. Преимуществом водородного топлива является то, что не производит почти никаких выбросов, так как он выпускает только водяной пар в воздух. С таким невероятным преимуществом в качестве топлива, еще пока рано говорить о широком практическом применении. Происходит это потому, что имеются существенные проблемы, которые необходимо преодолеть, прежде чем водородные топливные элементы могут заменить бензин в качестве основного источника топлива. Основной проблемой является безопасность бортового хранения топлива.

Биодизельное топливо похоже на дизельное топливо, но производится оно из растительных масел (пальмового, подсолнечного) или животных жиров. Биодизель сгорает чище, чем дизельное топливо на основе нефти. Он является также биологически разлагаемым и нетоксичным видом топлива. Новые модели легких и тяжелых дизельных транспортных средств могут работать на биодизельном топливе. Также такое топливо может быть смешано с нефтяным дизельным топливом, чтобы создать биодизельную смесь. Можно использовать в дизельном двигателе смесью из двадцати процентов биодизеля и восьмидесяти процентов нефтяного дизельного топлива без какой-либо модификации двигателя. Работа двигателя в результате производит меньше несгоревших углеводородов и окиси углерода. Биодизельные смеси могут также быть использованы в стандартном отопительном котле, что делает его альтернативным источником топлива для отопления жилых домов.

Альтернативные виды топлива продолжает развиваться, поскольку компании и исследователи работают над поиском новых способов преобразования энергии. Расширение вариантов заправки автомобилей крайне важно и необходимо сегодня. Зависимость от ископаемого топлива истощают их и затраты на добычу и переработку неустанно растут. Глобальное потепление также является одной из крупнейших проблем. Существует настоятельная необходимость перехода от использования токсичных ископаемых топлив к более чистым видам топлива. Многие из таких новых видов топлива являются экологически чистыми и доступными для реализации в ближайшие годы. Широкое применение альтернативных источников топлива зависит от стоимости и доступности новых автомобилей.

 

Вы можете подать объявление куплю автомобильные отработанные аккумуляторные батареи.

mirothodov.ru

Альтернативные экологичные виды топлива для автомобилей

Автомобильный транспорт как источник загрязнения окружающей среды. Причины образования токсичных компонентов в отработанных газах ДВС

В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания двигателей. Выпускные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) состоят в основном из безвредных продуктов сгорания топлива – углекислого газа и паров воды. Однако в относительно небольшом количестве в них содержатся вещества, обладающие токсическим и канцерогенным действием. Это окись углерода, углеводороды различного химического состава, окислы азота, образующиеся в основном при высоких температуре и давлении.

При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси. В двигателях с принудительным воспламенением концентрация окиси углерода достигает больших значений из-за недостатка кислорода для полного окисления топлива при их работе на богатой топливом смеси.

При движении автомобилей в городе и на дорогах с переменным уклоном и часто меняющимися скоростями с включенной передачей и открытой дроссельной заслонкой двигателям приходится около 1/3 путевого времени работать в режиме принудительного холостого хода. На принудительном холостом ходу двигатель не отдает а, напротив, поглощает энергию, накопленную автомобилем. При этом нерационально расходуется топливо, усиленное всасывание которого приводит к наибольшему выбросу токсичных газов СО и СН в атмосферу.

Автомобильные выхлопные газы — смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды—не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу—до 6,9%.

Основными эксплуатационными факторами, влияющими на уровень вредных выбросов двигателей, являются факторы, характеризующие состояние деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Повышенный износ деталей ЦПГ и отклонения от их правильной геометрической формы являются причиной увеличения концентрации токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) и картерных газах (КГ).

Базовой деталью ЦПГ, от которой зависит работоспособность и экологичность двигателя, является цилиндр, т. к. герметичность камеры сгорания зависит от уплотняющей способности кольца в сопряжении с цилиндром. От технического состояния цилиндров и поршневых колец главным образом зависит интенсивность роста зазоров между кольцами и канавками поршней. Таким образом, контроль и регулировка зазора между кольцом и цилиндром в процессе эксплуатации являются существенным резервом снижения количества вредных примесей в ОГ и КГ посредством улучшения условий сгорания топлива и снижения количества масла, оставшегося в надпоршневом пространстве.

Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы. С ними поступает в атмосферу около 40% токсичных примесей от общего выброса. Содержание углеводородов в отработавших газах зависит от технического состояния и регулировок двигателя и на холостом ходу колеблется от 100 до 5000% и более. При общем небольшом количестве картерных газов равном 2-10% отработавших газов в общем загрязнении атмосферы, доля картерных газов составляет около 10% у мало изношенных двигателей и вырастает до 40% при эксплуатации двигателя с изношенной цилиндропоршневой группой, т.к. концентрация углеводородов в картерных газах в 15-10 раз выше, чем в отработавших двигателя. Количество КГ, а так же их химический состав зависят от состояния деталей ЦПГ, осуществляющих уплотнение камеры сгорания. От величины зазоров между трущимися деталями ЦПГ зависит проникновение газов из цилиндра в картер и обратно. При этом увеличивается доля углеводородов с канцерогенными свойствами из-за повышенного угара масла и увеличенного расхода картерных газов через замкнутую систему вентиляции картера.

К достижению предельного износа двигателя выбросы увеличиваются в среднем на 50%. На примере ускоренных испытаний, проведенных в НАМИ, установлено что износ двигателя увеличивает выбросы ОГ углеводородов в 10 раз. Основная масса двигателей с повышенной дымностью ОГ приходится на двигатели, прошедшие капитальный ремонт.

Степень разуплотнения камеры сгорания зависит от износа деталей ЦПГ, отклонения их макрогеометри от правильной геометрической формы. При увеличении неплотностей камеры сгорания происходит возрастание СО и СН и снижение СО2 в результате ухудшения условий сгорания топлива. Кроме снижения качества организации рабочего процесса, зазоры между кольцом и цилиндром, а также зазоры между кольцом и канавкой поршня приводят к увеличению количества масла, попавшего в надпоршневое пространство, к увеличению отклонения от заданной динамики тепловыделения в процессе сгорания, а, следовательно, - к увеличению общей массы токсических выбросов. Масло составляет 30-40% твёрдых частиц ОГ.

Базовой деталью ЦПГ является цилиндр, от которого зависит экономическая и экологическая целесообразность эксплуатации двигателя. Износ гильз цилиндров имеет выраженную форму овала, большая ось которого расположена в плоскости качания шатуна. Причиной образования овальности цилиндров главным образом является увеличенная нагрузка поршней на гильзы именно в плоскости качания шатунов. На овальность цилиндров влияет также несовершенство технологии сборки блока цилиндров. Изменение макрогеометрии цилиндров (овальности и конусности) после сборки двигателя также приводит к ухудшению прилегания поршневых колец к зеркалу цилиндра. Известно, что при установке гильз в блоки различных марок ДВС, овальность в цилиндрах увеличивается в 2-3 раза.

Очень важно отметить, что характер искажения макрогеометрии гильз цилиндров после сборки и в процессе эксплуатации одинаков для большинства конструкций блоков цилиндров с “мокрыми гильзами”. Большая ось овала цилиндра, образующегося при сборке, в зоне остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мёртвой точке поршня имеет такую же направленность, как и большая ось овала, образующегося при эксплуатации. Такой характер деформации цилиндров объясняется большей деформацией блока в местах между расточками под гильзы.

Снижение овальности цилиндров способствует снижению интенсивности износа колец и канавок поршней, что в целом способствует улучшению работы поршневых колец и улучшению уплотнения камеры сгорания. Известно, что замена маслосъёмных колец после выработки предельного ресурса в некоторой степени восстанавливает средний уровень токсичности двигателя. Бесспорно, если при замене колец произвести регулировку овальности цилиндров до уровня предельной величины на изготовление новых гильз, то эффект будет намного значительнее.

Разработка новых способов смешения и растворения и математического описания воздействия соответствующих присадок и добавок в нефтяном топливе позволит значительно сократить время на разработку новых составов альтернативных топлив и предсказания их физико-химических свойств, что позволит довести рабочий процесс двигателя при использовании новых альтернативных топлив.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что развитие перехода на новые виды топлива будет проходить три основных этапа. На первом этапе будет использоваться стандартное нефтяное топливо, спирты, добавки водорода и водородсодержащих топлив, газовое топливо и различные их сочетания, что позволит решить проблему частичной экономии нефтяного топлива. Второй этап будет базироваться на производстве синтетических топлив, подобных нефтяным, производимых из угля, горючих сланцев и т.д. На этом этапе решатся проблемы долгосрочного снабжения существующего парка двигателей новыми видами топлива. На заключительном, третьем этапе будет характерен переход к новым видам энергоносителей и энергосиловых установок (работа двигателей на водороде, использование атомной энергии).

Перевод ДВС на водород и водородсодержащее топливо представляет собой сложный социально-экономический процесс, для осуществления которого потребуется крупная перестройка ряда отраслей промышленности, поэтому на первом этапе наиболее приемлемым вариантом является работа дизелей с добавками водородсодержащих топлив. Крайне ограниченные сведения в литературе об особенностях горения углеводородного топлива с добавками водорода и аммиака в дизелях не позволяют однозначно ответить на вопрос о влиянии водородсодержащих топлив на показатели рабочего процесса дизеля.

Также крайне слабо исследован вопрос о применении в дизелях синтетического жидкого топлива (СЖТ), вырабатываемого из угля. Различные литературные данные не позволяют дать однозначную оценку влияния СЖТ на рабочий процесс, в связи с тем, что его физико-химические свойства очень сильно зависят от исходного сырья и технологии переработки.

Наиболее вероятным источником моторного топлива могут служить спирты, однако следует учесть их крайне плохие моторные свойства в случае использования их в дизелях. Применяемые способы использования спиртовых топлив требуют дополнительного усложнения конструкции (установка карбюраторов, свечей зажигания или второй топливной системы), либо удорожания топлива (использование добавок, повышающих цетановое число). Наиболее оптимальным в этой ситуации может служить способ использования растворов этанола или метанола с дизельным топливом в дизелях.

mirznanii.com

Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей

Содержание

Часть I

1.1 Альтернативные виды топлив для автомобильных двигателей

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 - рапса, конопли, бананов, бобовых, цитрусовых. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%.

До конца XX столетия двигатель внутреннего сгорания остаётся основной движущей силой автомобиля. В связи с этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта – это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и др.

Нефть сегодня - основной и наиболее востребованный энергоресурс.

В последнее время большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами.

Альтернативные виды топлива можно классифицировать следующим образом:

- по составу: углеводородно-кислотные (спирты), эфиры, эстеры, водородные топлива с добавками;

- по агрегатному состоянию: жидкие, газообразные, твердые;

- по объемам использования: целиком, в качестве добавок;

- по источникам сырья: из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа, электроэнергии и др.

К альтернативным видам топлива относятся:

1) 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 компримированного, сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefiedpetroleumgas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжиживается при давлении 6-8 бар. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на LPG.

2) 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.

3) диметилэфир

Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.

В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.

4) э танол и метанол

Этанол (питьевой спирт), обладающий высоким октановым числом и энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах.

Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина.

Метанол как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его широкое применение на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки - метилтретбутилового эфира, который в настоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.

5) с интетический 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 синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных.

6) э лектрическая 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, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей.

7) 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 водородосодержащего топлива, как правило, используется либо сжатый

водород, либо метанол. к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенную взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных условий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода.

8) биодизельное топливо

Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей (города, реки, леса, открытые разработки угля (руды), помещения парников и т.п.) - cодержание серы в биодизельном топливе составляет 0,02%.

9) биогаз

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. Предназначен для улучшения технико-эксплуатационных и экологических показателей работы двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и стационарных энергоустановок. Биогаз, представляющий собой продукты брожения отходов биологической деятельности человека и животных, содержит приблизительно 68% СН4, 2% Н2 и до 30% СО2. После отмывки от углекислоты этот газ является достаточно однородным топливом, содержащим до 80% метана с теплотворной способностью более 25 МДж/м3. Применение биогаза в качестве топлива для ДВС осуществляется путем использования серийно выпускаемой топливной аппаратуры для природного газа с коррекцией соотно-шения “топливо-воздух”.

10) 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 высокоочищенные (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.

11) в одород 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 (например, добавка 1% пропилена делает Н2 безопасным).

12) с пирты

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 КПД рабочего процесса, недостаток – пониженная теплотворная способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Кроме того, из-за плохой испаряемости метанола и этанола затруднён запуск двигателя.

mirznanii.com

Альтернативные виды топлива для автомобилей

Продукты перегонки нефти идеально подходят для использования в качестве автомобильного топлива: они легко воспламеняются, выделяют огромное количество энергии, процесс их горения легко контролировать. Однако человечеству известно, что нефть является невозобновляемым ресурсом, который, к тому же быстро иссякает. Поэтому альтернативные виды топлива являются одной из наиболее перспективных разработок современности. Причём речь идёт не только об уменьшении объёмов добычи нефти, но и о защите окружающей среды, поскольку продукты горения традиционного топлива наносят ей немалый ущерб. На сегодняшний день уже активно применяется несколько видов альтернативного горючего, а ещё они считаются перспективными.Альтернативные виды топливаИзучение альтернативных видов топлива для автомобилей сегодня получает всё большее распространение

Современность

Конечно, очень приятно помечтать об альтернативном топливе, которое полностью изменит жизнь человечества, но заправлять свой автомобиль нужно уже сегодня. И сейчас наука может предложить несколько интересных вариантов. Откуда могут получать энергию автомобили, мы рассмотрим далее.

Пар

Ещё до начала продаж настоящих автомобилей в Европе можно было увидеть паровые телеги, которые предназначались для перевозки тяжёлых грузов, а также для развлечения обеспеченных людей. Схема действия такого альтернативной вида энергии до предела проста. После закипания вода постепенно преобразовывается в пар и устремляется через заранее подготовленный канал. Она может вращать турбину либо приводить в движение специальный плунжер. В последнем случае применяется механизм Ватта, который преобразовывает поступательное движение в прямолинейное.Автомобиль с паровым двигателемМногие могут посчитать паровой двигатель устаревшим, но не команда энтузиастов из Великобритании. В 2009 году они построили паровой болид с 12 котлами, развивающими 360 лошадиных сил в сумме. Автомобиль достиг скорости в 247 км/ч, питаясь смесью мазута с газолином — такой альтернативный источник энергии оказался намного дешевле бензина. Также ещё в начале XX века существовали своеобразные «гибриды», использующие альтернативное горючее — паровая турбина в них вращала генератор, поставлявший электроэнергию для моторов, установленных в колёсах. Преимущество парового двигателя заключается в его универсальности — при минимальных доработках агрегат может использовать следующие виды топлива:
  • Бензин, дизель, газ;
  • Дрова, уголь, топливные пеллеты;
  • Мазут, газолин, отходы крекинга нефти.

Электричество

Старая, как сам автомобиль, идея приводить транспортное средство в движение электричеством получила новый виток развития. Преимущества налицо — не нужно никакого топлива, нет выхлопа, отсутствует опасность возгорания, стоимость эксплуатации машины снижается до минимально возможных сумм. Единственный недостаток заключается в необходимости откуда-то брать альтернативную энергию. Для этого используются достаточно крупные батареи, которые сейчас называют единственным препятствием к производству массовых электромобилей.Автомобиль с электродвигателемОднако наука, занимающаяся альтернативными видами топлива, не стоит на месте — уже давно громоздкие и неэффективные свинцовые либо никель-металлгидридные аккумуляторы заменены компактными литий-ионными, подобными тем, что применяются в телефонах и ноутбуках. Кроме того, китайская компания BYD недавно заявила о новом прорыве в альтернативной энергии, представив литий-фосфатные батареи. Ёмкость их немного меньше, однако ресурс выше в несколько раз, эффект памяти отсутствует, устойчивость к перегреву и воздействию низких температур также на высоте. Ведётся доработка гелевых источников питания и прочих источников энергии, способных заменить традиционное топливо в автомобилях — поэтому электромобили могут быть намного ближе, чем мы предполагаем.

Альтернативный источник энергии используется также гибридными автомобилями, в которых двигатель внутреннего сгорания дополнен электрическим приводом. Подобная компоновка позволяет экономить топливо даже без доступа к внешнему источнику питания. Если же гибридный автомобиль подзаряжать от стационарной электросети (схема Plug-in), можно добиться феноменальных результатов. Альтернативная энергия используется и другим видом гибридов, находящимся ближе к электромобилям. Они называются Extended Range, поскольку двигатель, использующий нефтяное топливо, используется только для подзарядки аккумуляторов в крайнем случае.

Газ

Вовсе не обязательно использовать продукты переработки нефти, поскольку существует множество горючих углеводородов, которые могут стать альтернативным видом топлива. Наиболее распространён так называемый нефтяной газ — пропаново-бутановая смесь, которую получают при выработке нефтяных месторождений. Главное преимущество такого источника энергии заключается в относительной дешевизне, а также в возможности быстрого переоборудования мотора. Кроме того, уже давно существует инфраструктура, способствующая широкому использованию такого альтернативного топлива — заправки, специализированные ремонтные мастерские, магазины газового оборудования.

Несмотря на широкое распространение пропан-бутана в странах СНГ, в Европе и США возлагают надежды на иное альтернативное топливо, представленное природным газом или метаном. Для его использования требуется более серьёзная доработка двигателя, однако себестоимость самого горючего меньше. Конечно, при использовании метанового топлива приходится сталкиваться с некоторыми проблемами:

  • Повышенная взрывоопасность;
  • Серьёзное снижение мощности мотора;
  • Ускоренный износ компонентов двигателя;
  • Большие расходы на доработку автомобиля;
  • Немалые размеры баллонов.
Автомобиль с ГБОНо инженеры ведущих производителей — Mercedes, Volkswagen, Chevrolet, Chrysler уже смогли приблизить технические характеристики и потребительские качества моторов на метане к пропаново-бутановым агрегатам.

Интересно, что газ можно производить… прямо в автомобиле! Во время Великой Отечественной войны страна испытывала острую нехватку нефтяного топлива, что привело к появлению так называемых газогенераторов. В качестве альтернативного топлива использовались дрова, солома, отходы пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства. Они насыпались в катализаторный бак, где происходило брожение биомассы, сопровождающееся выделением большого количества метанового топлива. Такое альтернативное топливо используют и некоторые прототипы современных автомобилей, однако расход биомассы пока очень велик, мощность двигателя существенно снижается, а запас хода редко превышает 100 километров.

Спирт

Как известно, широко распространённые в обиходе спирты неплохо поддерживают горение и могут являться топливом, использующимся в различных целях. Почему бы не использовать их в качестве альтернативного источника энергии для автомобилей? Наибольшее распространение топливо на базе этанола получило в Бразилии, а также прочих странах Латинской Америки — здесь его изготавливают из сахарного тростника, а также древесной биомассы. Примерно четверть коммерческого транспорта в этом регионе использует именно спиртовое альтернативное топливо, что приносит существенную прибыль перевозчикам и снижает зависимость государств от нефти.

В некоторых европейских странах вовсю продвигается идея использования метилового спирта, который получают из деревьев хвойных пород, нехарактерных для Южной Америки. Такое топливо имеет большее октановое число, дешевле обходится в производстве и имеет меньше областей применения, чем этиловый спирт. Подобные виды альтернативного топлива уже давно продаются на заправках — метиловый спирт обозначают буквой М, а этиловый — Е. Однако не следует думать, будто цифры, следующие за буквами, обозначают октановое число топлива — они выражают процентное содержание спирта, тогда как остальная доля приходится на бензин. Следует быть внимательным с альтернативным спиртовым топливом, поскольку для Е100 и М100 двигатель нужно переоборудовать, тогда как для использования Е85 достаточно корректировки угла зажигания, которую инжекторный мотор осуществляет самостоятельно.

Будущее

Сразу стоит сказать, что перечисленные ниже источники топлива пока не используются в коммерческих целях, поскольку их эффективность оставляет желать лучшего на этом этапе научного развития. Однако специалисты прогнозируют, что к середине века уже 30–40% транспортных средств не будут использовать нефтяное топливо. Какое именно альтернативное горючее получит наибольшее распространение — пока неизвестно, однако мы можем сделать некоторые предположения, внимательно изучив преимущества каждого.

Водород

Идею использования «гремучего газа» в качестве автомобильного топлива развивали ещё в начале XX века. Однако тогда она не получила серьёзного распространения, поскольку дешёвого способа производства чистого водорода попросту не существовало. Теперь же ситуация изменилась, и завод с себестоимостью около 250–400 тысяч долларов может вырабатывать недорогое альтернативное топливо с минимальным количеством примесей.

Естественно, вначале возникло предложение сжигать водород по аналогии с углеводородным топливом. Очень много времени у инженеров ушло на то, чтобы сделать реакцию горения контролируемой, а затем они были озадачены равномерной подачей топлива в цилиндры ДВС. Полученный результат удивил экологов выхлопом в виде чистого водяного пара и шокировал инженеров чрезвычайно малой мощностью двигателя. Сейчас двигатели, сжигающие такое альтернативное топливо, имеют больший КПД, но стоит сказать, что водородная BMW 7 потеряла 200 лошадиных сил мощности, начала расходовать на 15 литров больше горючего. Кроме того, для хранения большого объёма топлива понадобился криогенный бак, а двигатель нужно было оснастить огромным количеством дополнительного оборудования — в результате цена возросла до 1 миллиона долларов.Автомобиль на водородеОднако учёные отметили, что при реакции водорода с кислородом, в результате которой создаются молекулы воды, вырабатывается тепло и небольшой заряд электроэнергии. Это открытие помогло создать топливные ячейки, используемые электромобилями. Однако их заправка оказалась очень сложной — выполнять её можно только в фабричных условиях. Единственным вариантом использования электрохимической энергии альтернативного топлива оказалась полная замена ячеек на заправке. Но пока что сами автомобили и инфраструктура для использования подобного вида топлива оказываются непомерно дорогими.

Японские специалисты также предложили использовать в качестве альтернативного топлива для автомобилей обычную воду. Суть заключается в обычном процессе — электролизом её молекулы расщепляются, в результате чего образуется горючее и чистый кислород. Оба газа используются в процессе горения — получается, что ДВС действительно едет на воде. Однако проблема заключается в необходимости использования дорогого катализатора и достаточно большого запаса электроэнергии в аккумуляторе. Пока прототипы, использующие воду в качестве альтернативного топлива, могут проезжать не больше 50–80 километров с малой скоростью.

Экзотика

Ещё одна идея, кажущаяся безумной на первый взгляд, была выдвинута учёными из Индии. Транспортное средство, созданное ими, использует энергию… сжатого воздуха! Такое альтернативное топливо не требует никаких вложений — достаточно подключить автомобиль к насосной станции и подождать некоторое время, пока баки не наполнятся. Соответственно, выхлоп отсутствует, расходы на создание инфраструктуры минимальны, да и вес автомобиля получится небольшим.

Однако у такого альтернативного топлива есть свои нюансы — в частности, много кинетической энергии от воздуха получить не удаётся, поэтому скорость автомобиля ограничивается на уровне 60 км/ч, а пробег — 20–40 км. Кроме того, большую часть транспортного средства занимают баллоны, хранящие запас сжатого воздуха. Поэтому серийное производство автомобилей, использующих подобный источник альтернативной энергии, пока не началось, несмотря на многочисленные обещания.Биодизельная колонкаБиодизель не получил распространения по объективным причинам

В Европе уже получает широкое распространение производство биодизеля, который представляет собой топливо на основе растительных масел. Однако такое альтернативное горючее приходится получать из рапса — сельскохозяйственной культуры, которая пагубно влияет на плодородную почву. Поэтому масштабного будущего у такого источника энергии быть не может. Тем не менее недавно японцы совершили кругосветный пробег на внедорожнике Land Cruiser, адаптированном под использование… отработанного подсолнечного масла из ресторанов. Мощность мотора упала втрое, да и на переработку растительного масла требовалось 8 часов, но факт официально признан — использовать рапсовое сырьё вовсе не обязательно.

О газогенераторах вспомнили в Восточной Европе, где традиционно сильно сельскохозяйственное производство. Однако, учитывая низкую эффективность ранних образцов силовых установок, использовавших этот альтернативный источник энергии, решили применить иную компоновку. В качестве топлива в автомобилях применяются специальные пеллеты, произведённые из соломы, древесной биомассы и… коровьего навоза. При реакции с недорогим катализатором выделяется достаточно много метана, использующегося двигателем автомобиля. Однако некоторые проблемы остались прежними — хотя мощность почти не изменилась в сравнении с бензиновым мотором, запас хода сократился, да и заводить двигатель можно только спустя час после заправки.

До сих пор не утихают споры о том, может ли считаться альтернативным источником энергии миниатюрный ядерный реактор. Создать такую установку несложно — стоит вспомнить автомобиль Ford Nucleon, построенный ещё в конце 50-х годов. Однако возникает множество вопросов — самый важный касается герметичности капсулы с радиоактивным альтернативным топливом при серьёзным ДТП. К тому же пришлось бы открывать свободный доступ к радиоактивным материалам, что позволило бы террористам легко получать их, создавая угрозу всему человечеству. Хотя расчётный результат, полученный инженерами Ford — машина могла бы проезжать порядка 10 тысяч километров без дозаправки и развивать скорость до 180 км/ч.

Прощай, нефть?

Непрекращающиеся исследования в области альтернативных видов топлива заставляют специалистов делать всё более смелые и уверенные прогнозы относительно уменьшения роли нефти в автомобильной промышленности. Однако мы видим, что пока единственной альтернативой углеводородам служат газ и спирт, а также электроэнергия, вырабатываемая атомными станциями. Причём все эти варианты имеют свои недостатки и нуждаются в дополнительных доработках. Поэтому, как и прогнозировалось раньше, серьёзный технологический прорыв мы сможем увидеть только в середине века, и только в конце столетия сможем окончательно распрощаться с нефтью.

smotr.net