Альтернативные виды топлива: бензин, электричество, водород, биотопливо. За каким из них будущее? Альтернативные источники бензина


Какие альтернативные виды топлива бывают?

Персональная мобильность приближается к большому переломному моменту - в третий раз за всю историю человечества. Первый прорыв был сделан 5000 лет назад с одомашниванием вьючных животных и изобретением колеса. Человек больше не должен был полагаться лишь на себя и собственные ноги при перемещении из пункта А в пункт Б. Второй переломный момент имел место не более века назад, когда были разработаны практичные средства передвижения для повышения мобильности - автомобили. Во времена первых автомашин существовало три основные силы, которые приводили их в движение: пар, электричество и двигатель внутреннего сгорания. Паровые двигатели стали доминантными для общественного транспорта, но были слишком громоздкими для автомобилей личного пользования. В этот период электрический двигатель на время превзошел своего конкурента – двигатель внутреннего сгорания. Вскоре, однако, последний победил по ряду причин. Ими явились производительность, выгодность, ассортимент и стоимость. Как вы наверняка заметили, выбросы в окружающую среду тогда не брали во внимание. Перспектива того, что улицы наконец-то станут свободными от тонн конского навоза, брала верх!

Время определиться с альтернативным видом топлива

В XXI веке произошла переоценка приоритетов. Производительность, выгодность, ассортимент и стоимость до сих пор остаются важными факторами в автомобиле, но появился и ряд новых, с которыми нужно считаться. Это выбросы в атмосферу, сокращение природных ресурсов и охрана окружающей среды в широком смысле этого понятия. Как и в начале XX века, мы стоим перед выбором, какое топливо использовать: жидкое, электрическое или водород. В одну сторону одеяло тянут экологи, в другую - «Нострадамусы» предсказывающие скорое исчерпание нефтяных запасов земли, а в третью - экономисты, считающие нынешнюю цену на нефть приговором для развития экономики некоторых стран третьего мира.

Наименее затратный вид топлива, с большим потенциалом. О жидком топливе

Поговорим о таких нефтяных продуктах как бензин и дизельное топливо. По мнению многих, в том числе и национальных исследовательских центров, бензин до сих пор является наиболее эффективным видом топлива, но надолго ли? Он наименее затратный, купить автозапчасти на него не так трудно и у этого вида топлива до сих пор достаточно пространства для технического развития: прямой впрыск, изменение фаз газораспределения, дезактивация цилиндра, принудительная индукция. Все это - технические навороты, которые, по мнению автомобильных инженеров, еще не исчерпали свой потенциал для развития и совершенствования.Ненамного отстает от бензина дизельное топливо, которое приводит в движение большие грузовики и практически всю спецтехнику. Его беда в наибольшем загрязнении окружающей среды. Но зато в экономичности и мощности бензиновым двигателям с ним не сравнится! Не смотря на экономичность, в альтернативные виды топлива дизельное горючее включать нельзя, так как если сегодня сотрудники общества Greenpeace обливают красками шубы из натурального меха, то мы даже боимся представить, что они будут делать с автомобилями, использующими дизельное топливо в массе.

Теперь поговорим о проблемах, которые вскоре могут встать на пути развития этих самых эффективных на сегодняшний день, источников питания авто. Многие говорят, что мы уже давно пересекли ту линию «нефтяного пика», после которого мировое производство просто обязано уменьшиться. Ни для кого не является секретом тот факт, что человечество уже добыло всю «легкую нефть», то есть ту, которая была ближе всего к земной поверхности. Зато геологи утверждают, что «труднодобываемой нефти» хватите еще на 100 лет как минимум. Так, в 2011 году на семинаре Toyota Питер Уэллс, эксперт в отрасли нефти и бензина, предсказал (несколько смело, по мнению некоторых), что и в 2050 году 90% автомобилей будут по-прежнему использовать энергию от бензина и дизельного топлива.Так ли это, мы узнаем в пятидесятых, а пока поговорим о конкуренте, который дышит в затылок общепринятым видам продукта автопотребления.

Итак, это – биотопливо. Один из самых перспективных источников альтернативного топлива. Если вы не знали, то ученые уже давно научились производить такое вещество как этанол из обычной кукурузы, на котором с успехом ездят прототипы машин будущего! Более того, уже не один год та или иная компания выставляет один из таких прототипов питающийся биотопливом, на очередной выставке новых моделей, как это было на недавнем автошоу в Женеве о котором мы писали на предыдущих страницах нашего раздела Автоинфо.

 К сожалению, общество и экономика сверхдержав еще не готовы к быстрому переходу от нефтяного сырья к биорастительности. Такой резкий переход вызовет лишь очередной мировой  кризис ввиду падения цен на нефть и краха экономики таких нефтяных  держав, как Россия и ОАЭ. Однако у нас есть все основания полагать, что  однажды наука шагнет так далеко, что автомобили начнут ездить на  настойках из проса, овса, кукурузы и даже водорослей. Как вам такая  перспектива? Очень даже логично - кормить железных коней настоящим овсом!  Посему уйти от прогресса, скорее всего, не удастся, и в скором времени  вместо нефтяных вышек ЛУКОЙЛ и "Роснефть" будут засаживать кукурузные поля.

Электродвигатели – верное решение проблемы? (не путать с гибридом)

Для некоторых оптимистов, автомобили с электрическими батареями заменяющие бензиновые  двигатели, являются панацеей от всех бед с топливом. --     Высокоэффективные  электродвигатели, нулевые выбросы, надежная механика, низкие  эксплуатационные расходы, казалось бы, чего еще желать? Но всегда есть одно «но». Мы упоминали сколько стоит купить такой аккумулятор - двигатель? Нет? В настоящий момент батарея в 20-25 кВ/ч стоит 15 000 долларов США и для того, чтобы «заправиться», вам нужно будет заплатить 600-700 долларов США. Мы говорим о специализированных заправках, которые оснащены специальными розетками. Как вам такие расценки? Конечно, сторонники электромобилей утверждают, что спрос на них станет куда выше, как только стоимость запраки опустится до 200 долларов США, но стоит оценивать ситуацию трезво и признаться в том, что эта цель практически неосуществима. К тому же, «заправить» такой автомобиль не так уж и просто. Во-первых, наша инфраструктура еще не готова к этому. Тут потребуется создание сети эллектрозаправок, что весьма затратно для государства. И, во-вторых, «заправка» такого авто длится не 10 минут, и даже не час. Для того, чтобы зарядить аккумулятор полностью вам может понадобиться ночь.Более того, неправильно будет сказать, что при использовании электромобилей выбросов в атмосферу практически не будет. Существуют энергетические станции, которые производят электричество и от их работы определенный процент отходов, конечно, попадает в атмосферу. Правда, это и огромный экологический плюс - намного легче контролировать отходы нескольких электропредприятий, чем миллионов автомобилей по отдельности.

Может быть, стоит сделать ставку на гибрид?

Два взаимодействующих силовых агрегата гибрида взяли лучшее от обеих технологий – жидкого топлива и электроэнергии. Компромиссами такого автомобиля являются добавочная стоимость и добавочный вес из-за двух двигателей. В настоящее время каждая марка автомобилей имеет, по меньшей мере, один гибрид в своем арсенале. Данная технология уже хорошо освоена и не вызывает сомнений в своем дальнейшем развитии. По прогнозам специалистов, к 2016 году половина автомобилей, представленных на авторынке, будут гибриды. С каждым годом процент продаж таких автомобилей растет.

Слово о водороде как об источнике альтернативы обычному топливу

Водород является самым распространенным элементом во Вселенной. Увы, он также очень неразборчив и вступает в реакцию практически со всеми другими химическими элементами, в особенности с h3O. На самом деле, топливный элемент использует это качество для преобразования водорода и кислорода в электроэнергию, часть тепла и часть чистейшей воды.Водородные автомобили будущего – это те же самые электромобили, но гораздо усовершенствованные, они могут самостоятельно вырабатывать электроэнергию. Ведущие автопроизводители - такие, как Mercedes-Benz, Toyota, Volkswagen со своей серией UP! - планируют выпустить свои первые модели автомобилей, которые будут ездить на водороде, в 2014-2015 годах. Honda же впереди планеты всей - у нее уже есть ограниченное количество автомобилей с таким альтернативным топливом. Несмотря на то, что водород может быть очень хорошим энергоносителем, с ним все же остаются значительные проблемы. Но ученые оптимистически смотрят в будущее и считают, что оно именно за водородом.

Кому же отдать лавры победителя: водороду, электроэнергии, биотопливу или оставить все как есть?

Каждый из вышеописанных видов альтернативного вида топлива, имеет свои преимущества и недостатки. Мы можем сказать откровенно, что в данный момент нет безоговорочного лидера. Идеальным вариантом было бы совмещение всех типов топлива в одном двигателе. Но возможен ли такой вариант, или же это утопия? Время покажет, за кем будущее.

Если же вы еще не являетесь счастливым обладателем машины будущего, но зато обладаете другим более земным транспортным средством, рекомендуем опробовать нашу уникальную систему поиска автозапчастей zap-online.ru! Если вам требуются какие-либо автодетали для вашего железного коня, то заполнив форму раздела "Найти автозапчасть", либо введя название в верхнем правом углу данной страницы, вы получите десятки выгодных предложений от автомагазинов запчастей зарегистрированных у нас на сайте. Попробуйте. Это выгодно!

Ну и по традиции, в тему о гибридах предлагаем посмотреть рекламный видео - ролик от Lexus CT Hybrid в 3D. Такого вы еще не видели.

zap-online.ru

Виды альтернативного топлива » Альтернативная энергетика. Альтернативные источники энергии. Альтернативная энергия

Сейчас в большинстве стран мира решается задача поиска заменителей топлива нефтяного происхождения, запасы которого резко сокращаются, а потребности в нем растут. В последние время потребление углеводородных топлив в общем энергетическом балансе мира увеличилось в 4,2 раза.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 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 ценный. 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 по сравнению с традиционными топливамиНефтяной 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. СтепановМатериалы IV международной научно-практической конференцииКЛИМАТ, ЭКОЛОГИЯ, СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ЕВРАЗИИ

alternativenergy.ru

Альтернативная энергия для транспорта | Гипотезы и факты

Бензин – точно не единственно возможное вещество, пригодное для приведения транспортного средства в движение. Другой вопрос, что в начале ХХ века выбор бензина как топлива для автомобилей и иже с ними, был обусловлен рядом неразрешимых тогда проблем. Это и большой размер и вес паровых двигателей, и малый запас хода, при, опять же, больших габаритах и весе батарей электромобиля. Но с тех пор прошло более ста лет, и, неужели, на сегодняшней высоте технического прогресса, мы не можем решить эти проблемы?

АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО: БЫЛЬ И НЕБЫЛЬ

Нас все чаще и чаще пугают иссякающими запасами нефти и газа на планете, глобальным потеплением, которое вызывают выхлопные газы автомобилей. Тут уместно вспомнить, что только разведанных запасов нефти хватит на 500 лет, а неразведанных (ни у кого нет сомнений, что под полярными льдами скрываются миллиарды баррелей нефти) – еще больше. В 1920х годах вообще считалось, что нефти на планете хватит не больше чем на четверть века. Глобальное потепление? Более половины теплового фона создается животными, людьми и растениями – за счет тепла своего тела, двигатели транспортных средств создают менее полутора процентов теплового фона! О каком влиянии транспорта на атмосферу может идти речь при таком раскладе?

С другой стороны – «мировой заговор» производителей, которые намеренно скрывают более эффективные и экономичные технологии.Это уже относится к разряду паранойи.

И, все же, с момента создания автомобиля, непрерывно шли исследования в области альтернативного топливо. Удивительно, но на заре автомобилестроения большинство автомобилей были… электромобилями! Вообще, первый электромобиль был создан изобретателем Робертом Дэвидсоном в Англии в… 1838 году! То есть уже через шесть лет после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции, и за полвека до появления первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания! В конце XIX века электромобили опережали автомобили с традиционными (в нашем сегодняшнем понимании) двигателям по скорости и объему выпуска!

Но были еще и паровые автомобили! Первый паровой автомобиль… «паровая повозка», как его тогда величали, был построен в 1769 году французом Николя Жозефом Кюньо. Его «Огненная повозка» развивала скорость в 4,5 км/ч, а запас хода составлял 12 минут, после чего приходилось доливать воду в котел. Четверть тысячелетия спустя, в начале ХХ века, паровые автомобили (фактически – уменьшенные копии паровозов), опять же превосходили автомобили с бензиновыми характеристиками. Рекорд скорость, показанный на «паровозе» французом Леоном Серполе в 1902 году в 120,8 км/ч, был тогда недостижим для традиционных в сегодняшнем понимании автомобилей. Между строк можно отметить, что Луи Рено «заболел» машинами после того, как этот же Серполе дал ему порулить паровым трициклом в 1891 году…

Все эти примеры говорят о том, что бензин – точно не единственно возможное вещество, пригодное для приведения транспортного средства в движение. Другой вопрос, что в начале ХХ века выбор бензина как топлива для автомобилей и иже с ними, был обусловлен рядом неразрешимых тогда проблем. Это и большой размер и вес паровых двигателей, и малый запас хода, при, опять же, больших габаритах и весе батарей электромобиля. Но с тех пор прошло более ста лет, и, неужели, на сегодняшней высоте технического прогресса, мы не можем решить эти проблемы?

И что же, вообще, является идеальным топливом для автомобиля? Пожалуй, от этого и стоит отталкиваться. Какими же свойствами должно обладать идеальное топливо?

1. Первый критерий, конечно, доступность топлива. В идеале оно должно находиться в природе в чистом виде, а затраты на добычу должны быть минимальны. Пожалуй, единственное, что подходит под этот критерий – дерево.

2. Высокая удельная теплота сгорания. То есть минимальный вес (или объем) топлива должен давать максимальную тепловую энергию, превращаемую в механическую. Вот здесь дрова, с теплотой сгорания 10 МДж/кг находятся в конце списка, топовая позиция принадлежит водороду – 120 МДж/кг. Бензин где-то посередине – 46 МДж/кг.

3. Токсичность. Топливо, какими бы качествами оно не обладало, должно обладать низкой токсичностью – ведь транспортные средства, порой, попадают в аварии, и даже в автоспорте, кроме «клетки безопасности», защищающей пилота, не в последнюю очередь уделяется внимания защите бензобака и предотвращению пролития топлива. Там это решается использованием резиновых баков, с «губкой» внутри. Понятно, что если капля пролитого топлива убивает все живое в радиусе пятидесяти километров – это не наш метод. В этом отношении идеальным топливом снова является древесина.

4. Токсичность продуктов сгорания. Этот показатель тесно связан с предыдущим, ведь если автомобиль, проезжая километр, выхлопными газами убивает пару сотен мух дроздофилов – это тоже не совсем экологично. Идеалом по этому показателю, казалось бы, является электричество – ведь оно вообще не дает продуктов сгорания! Впрочем, достаточно вспомнить, откуда оно берется… Опять же продукт сгорания водорода – вода. Штука тоже достаточно малотоксичная. Спирт, газ – тоже дают низкое количество продуктов сгорания. Древесина и бензин, которые дают в результате сгорания угарный газ СО, а последний еще окислы тяжелых металлов, смотрятся на фоне предыдущих примеров, мягко говоря, неказисто.

5. Потребительские характеристики. Это название, конечно условное. Не стоит забывать, что для сгорания топлива его необходимо подать в камеру сгорания, и обеспечить полноту того самого процесса сгорания. ТЭС, работающие на твердом топливе – угле, имеют цеха подготовки (разгрузки, хранения, дробления, подачи) топлива, не уступающие по размерам самим ТЭС. То есть если для организации процесса горения необходим механизм подготовки и камера сгорания таких размеров, что двухместная малолитражка превращается в сорокатонный трактор… Кому это нужно?

Теперь попробуем рассмотреть, и, по возможности, оценить, те виды топлива, которые имеют шансы появиться в обозримом будущем. Оставим в покое расщепление плазменных пучков и холодный ядерный синтез – эти технологии на сегодня слишком фантастичны для приведения в движение среднестатистический автомобиль. Кстати, забегая вперед, можно сказать, что идеальным во всех отношениях топливом является вода – самое распространенное на Земле вещество, абсолютно нетоксичное… правда, сегодня не совсем понятно какую энергию воды (кроме механической – по принципу водяной мельницы), можно превратить в механическую энергию вращения колес.

Электричество

Нас с детства учили, что автомобили будущего всенепременно будут ездить на электричестве, потому в качестве альтернативного источника энергии для автомобилей электричество напрашивается в первую очередь. И интерес к электромобилям постоянно растет – начиная с 1960х годов, когда экологи забили тревогу, после – росту популярности электромобилей способствовал энергетический кризис 1980х, сегодня причиной повышенного внимания к этим транспортным средствам служит рост цены на нефть.

Как уже было сказано выше, первый электромобиль был создан в 1836 году, а в 1910х годах в Нью-Йоркском такси работало до 70 000 электромобилей! Говоря об электромобилях невозможно обойти стороной троллейбусы – ведь это они и есть! Кстати, первым в мире сухопутным транспортным средством, преодолевшим барьер скорости в 100 км/ч стал именно электромобиль – «La Jamais Contente» (Всегда недовольная, фр.) бельгийца Камиля Женатци, показавший весной 1899 года скорость в 105,882 км/ч.

На Западе электромобили производили GM, Renault, Daimler, в Японии Mitsubishi, Toyota, Honda, даже Индию не обошла «электромобилизация» – там был создан Reva. В СССР тему электромобилей не мог обойти институт НАМИ, и, конечно, АвтоВАЗ, где были созданы экспериментальные грузовые электромобили 2702, 2802 и, на базе ВАЗ-2102 – электромобиль для развозки продуктов питания 2801. Более того – Харьковский Автодорожный Институт с успехом выступал на рекордных заездах на электрических ХАДИ-11э, -13э и так далее.

Японцы, которые вот уже несколько десятилетий держат пальму первенства производства автомобилей и электронных девайсов, пошли дальше всех, создав 640-сильный 8-колесный электромобиль Eliica (Electric Lithium-Ion Car), способный развить скорость до 370 км/ч!

И в самом деле, электромобили имеют ряд преимуществ:

— Отсутствие выхлопных газов;

— Простота конструкции – весь традиционный силовой агрегат из двигателя и трансмиссии заменяет один механизм – электродвигатель, способность которого развивать очень высокие обороты (до 15 000 об/мин), позволяет обойтись без коробки передач!

— Низкая стоимость заправки;

— Низкий уровень шумового загрязнения.

Совокупность всех плюсов позволила не только презентовать заводу ГАЗ грузовой ГАЗель-Электро, но и закупить мэрии Москвы несколько электромобилей для опытной эксплуатации. Кстати, в конце ХХ века обеспокоенность Калифорнийского Комитета Воздушных Ресурсов высокой загазованностью, едва не привела к полной электрификации автотранспорта в штате Калифорния. Так было принято решение, что в 1998 году 2 % продаваемых в Калифорнии автомобилей не должны производить выхлопов, а к 2003 году — 10 %.

Первой отреагировала на это GM, представив на рынке модель EV1, быстро снискавшую популярность в опытной партии, и GM уже готовилась к началу массовых продаж, но в 2002 году законопроект был отменен, и почти все выпущенные электромобили были изъяты у владельцев и уничтожены. Остались только электрические Toyota RAV-4. В качестве причины указывалось окончание срока службы аккумуляторов. Естественно, сразу нашлись те, кто в отмене законопроекта увидел заговор властей и нефтяных магнатов, почувствовавших угрозу от нового массового вида транспорта.

Однако не все так коррумпировано, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что электромобили имеют ряд недостатков:

— В первую очередь – малый запас хода. В среднем батареи позволяют в летнее время проехать около 100-150 км на одной зарядке, зимой – того меньше. Eliica, способная на одной зарядке проехать до 320 км является скорее исключением;

— Длительное время зарядки. В самом деле – залить полный бак топлива даже прожорливого многооконного джипа занимает от силы несколько минут, зарядить батареи электромобиля – до 10 часов!

— Экологичность этого вида транспорта скорее мнимая, чем реальная. Ведь электричество берется из розетки, а как оно попадает туда? Да, есть АЭС, ГЭЦ, ветряные электростанции, приливные, но подавляющее большинство электростанций сегодня – тепловые, сжигающие топливо для получение электроэнергии;

— Еще менее экологично производство аккумуляторов, и их последующая утилизация. Ведь они содержат ядовитые элементы – свинец, литий, и кислоты;

— Отсутствие в массовой эксплуатации заряжающих станций, строительство которых нанесет урон экологии и экономике вряд ли больший, чем эксплуатация бензиновых транспортных средств. Если допустить массовую зарядку от бытовых сетей – возрастут нагрузки на эти самые сети, что может привести к перегрузкам энергосетей, и, как следствие, локальным промышленным авариям.

Подводя итоги, можно отметить, что электричество, скорее всего, станет топливом для массового автотранспорта, но далеко не в обозримом будущем.

Древесина

Говоря о древесине, мы имеем в виду далеко не паровозный двигатель внешнего сгорания, а газогенераторный двигатель. Как и явление электромагнитной индукции, процесс превращении твердого топлива в газообразное, был изобретен еще в позапрошлом веке, а первый в мире газовый генератор был построен в Англии в 1839 году. Сама идея объединения газогенератора и двигатель внутреннего сгорания пришла уже в 1870х годах Э. Даусону. Изначально газогенераторные автомобили распространения не получили – альтернатив газогенераторному топливу было достаточно, но Первая Мировая Война заставила обратить взор сильнейших мира сего на газогенераторные установки. Первым таким автомобилем стал грузовик Берше, вставший на вооружение французской армии.

Тут стоит сделать небольшое отступление, чтобы объяснить, что такой газогенератор вообще, и как он работает. С электричеством все понятно – оно живет в проводах, невидимо, и попадает в автомобиль из розетки. Но как твердое топливо превращается в газообразное, минуя при этом жидкую стадию?

Рецепт на самом деле прост – постоянный нагрев древесины при температуре выше горения, то есть сухая перегонка. Сам же газогенератор представляет собой подобие самогонного аппарата. На схеме: 1 – топка газогенератора с загрузочным люков для дров; впускной коллектор в воздухофильтром двигателя; 3 – вентилятор для розжига газогенератора; 4 – очиститель-охладитель топочных газов от смолистых отложений и дыма; 5 – теплообменник для охлаждения газа; 6 – люк золоудаления.

В Советском Союзе момент, когда автомобилей стало больше, чем топлива, наступил с запуском завода ГАЗ в начале 1930х годов. Очень скоро на смену простейшим установкам, работавшим на древесном угле, пришли более сложные, использовавшие в качестве исходного продукта газификации древесные чурки размером 40X40X50 мм. Их применение предъявляло более жесткие требования к конструкции газогенератора. Тем не менее соблазн использовать легкодоступное сырье (для чурок годились и некондиционная древесина и даже горбыль) стал причиной, по которой многие конструкторы направили внимание на дровяные установки.

В процессе опытных работ было построено огромное количество экспериментальных установок, многие из которых нашли дорогу в жизнь. Так появились не только газогенераторные грузовики ЗИС-13 и ГАЗ-42, но и газогенераторные седаны. Так в сентябре 1938 года А. И. Пельтцер, А. Н. Понизовкин и Н. Д. Титов (эти имена еще не раз прозвучат в истории отечественного автомобилестроения и автоспорта) прошли без остановок на газогенераторном ГАЗ-М1-Г 5000 км, показав среднюю скорость 60,96 км/ч, превысив мировой рекорд, принадлежавший до этого французам!

Бесспорно, газогенераторы имеют ряд преимуществ:

— доступность и низкая стоимость топлива,

— низкая токсичность выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (но не газогенераторной установки!),

— более высокий ресурс камеры сгорания ДВС, по сравнению с традиционным топливом,

— отсутствие нагара на стенках цилиндров,

Началась повальная «газогенеризация» страны. На газогенераторное топливо переводили не только грузовики, но и трактора, а с началом Великой Отечественной – даже танки! Но и здесь все было не совсем гладко. За доступность топлива пришлось платить, принимая и минусы газогенераторов:

— высокий расход топлива – до 32 кг чурок на 100 км пути,

— вес и размеры газогенераторной установки уменьшали грузоподъемность автомобиля,

— запас дров еще больше уменьшал грузоподъемность автомобиля, для некоторых грузовых автомобилей – почти вдвое,

— низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность,

— выхлопы газогенераторной установки в виде золы и сажи.

Так к середине 1950х годов количество газогенераторных автомобилей в СССР пошло на убыль. Но, справедливости ради, стоит отметить, что в таежных районах нашей страны до сих пор остались грузовики и трактора, работающие на газогенераторном топливе. Ну что поделать, нет в тайге АЗС через каждые полтора километра!

Но в массовом применении минусы газогенераторов заметно перевешивают плюсы, и возвращаться к ним сегодня – крайне нерационально.

Газ

Этот вид топлива тоже не является сколь бы то ни было экзотичным – сегодня на газу ездит каждая маршрутная ГАЗель. В СССР работы над газобаллонными грузовиками начались в середине 1936 года, во многом благодаря институту НАТИ (позже – НАМИ). Экспериментальные установки для автомобилей ГАЗ-ММ и ЗИС-5 содержали пропан-бутановую смесь в 6-7 баллонах под давлением около 200 кгс/см. кв., и весили 420 и 550 кг. То есть в этом плане особых преимуществ перед газогенераторами не было. Запас хода так же был не очень большим – около 100-150 км.

И, все же, газообразное топливо долгие годы использовалось в грузовых автомобилях, наряду с бензином и соляркой, и тому есть простое объяснение: термодинамический цикл работы двигателя внутреннего сгорания воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии, найденный Николасом Августом Отто в 1874 году, был рассчитан именно для газообразного топлива! Да-да, изобретатель двигателя внутреннего сгорания считал именно газ идеальным топливом!

В самом деле, газ имеет ряд преимуществ:

— более полное сгорания благодаря более качественному образованию смеси в цилиндрах,

— низкая токсичность продуктов сгорания,

— низкая стоимость транспортировки газа,

— низкая стоимость топлива,

— низкий уровень шумового загрязнения атмосферы,

— невозможность хищения газообразного топлива обслуживающим персоналом,

— низкая стоимость переоборудования автомобиля.

Кстати, сегодня достаточно примеров использования газа в качестве топлива не только в грузовых автомобилях, но и легковых – BMW, Audi, ВАЗ и так далее. Более того – уже сегодня существует сеть автогазовых заправочных станций. Кто-то скажет: «а как же дизель?». И эта проблема решена с появлением газодизеля – смеси метана со взвесью дизельного топлива.

Но у газообразного топлива тоже есть обратная сторона медали:

— низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность. Удельная теплота сгорания газа 44 МДж/кг против бензина с 46 МДж/кг,

— высокая взрывоопасность баллонов с газом при ДТП,

— высокая токсичность самого топлива. Отравление пропан-бутановой смесью вызывает эйфорию, дремоту, наркоз, удушье, сердечную аритмию.

Все же сегодня все больше и больше автомобилей переводят на газообразное топливо, в первую очередь – из-за соображений экономии. Пожалуй, именно газ можно назвать наиболее вероятной альтернативой бензину в ближайшем будущем.

Спирт

Использование спирта в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания – тоже далеко не вчерашнее изобретение. История, как и в случае с электричеством и газогенератором, относит нас на два столетия назад – в 1826 год, когда американский изобретатель Сэмюэль Мори построил двигатель, работавший на смеси спирта со скипидаром. Применение в автомобилестроении такой вид топлива нашел уже в 1896 году, когда некий Генри Форд изготовил свой первый автомобиль «Quadricycle», работавший на спирте!

Казалось бы – подумаешь, опытный образец, собранный фермером у себя в гараже… но идея использования спирта в качестве топлива пошла дальше – поступившая в продажу «Модель Т» могла работать как на бензине, так и на этаноле, и на их смеси! Возможно, именно благодаря многотопливной системе Ford T стал таким популярным и массовым. Ведь стоимость автомобиля – это одно, а стоимость его содержания – зачастую совсем другая величина. К слову, именно из экономических соображений Форд прибег к использованию этанола. С 1861 года в США действовали высокие налоги на спирт, введенные во время Гражданской войны. В 1906 году налоги на спирт были резко уменьшены, что сделало цену этанола сопоставимой с ценой бензина – 7 центов за литр.

В 1923 году американская компания Standard Oil первой начала добавлять этанол в бензин, чтобы повысить октановое число и улучшить работу двигателей, и в 1927 году на гонках Indianapolis 500 этанол был впервые использован в качестве топлива для гоночного автомобиля.

Но решающей вехой в истории спиртового топлива стали 1970е годы, и связано это с топливным кризисом. В 1973 году арабские страны ввели эмбарго на поставку «черного золота» государствам, поддержавшим Израиль. В результате, мировые цены на нефть выросли в три раза. Безусловно, это была катастрофа для всего мира, но для Бразилии, основным экспортным продуктом которой был сахар, беда пришла не одна. В 1974 году цены на сахар резко упали.

Стране повезло – президент Бразилии Эрнесто Гизель не упал духом, и инициализировал программу перевода бразильских автомобилей с бензина на этанол, решив обе проблемы одним махом – ведь спирт изготавливается из отходов сахарного производства. В результате к 1979 году производство спирта выросло на 500%, а правительство Бразилии предприняло следующий шаг – подписало соглашение с крупнейшими мировыми автопроизводителями (Fiat, Toyota, Mercedes-Benz, GM и Volkswagen),в рамках которого те были обязаны собирать в Бразилии только модели машин, способных использовать в качестве топлива 100%-й спирт. В конце 1980-х годов почти все новые автомобили, продаваемые в Бразилии, были способны использовать в качестве топлива исключительно этанол. Вообще-то это привело к новому кризису, в результате которого Бразилия была вынуждена уже импортировать этанол, а в начале 1990х годов и вовсе перейти обратно на бензин.

Бразильский эксперимент не прошел бесследно – именно ему обязаны появлением «автомобили на гибком топливе» Flexible Fuel Vehicles (FFV) , которые способны использовать смесь из 85% спирта и 15% бензина (то, что сегодня принято обозначать как Е85), равно как и обычный бензин. Смеси до 20 % содержания этанола могут применяться на любом автомобиле.

Сегодня FFV с успехом используются не только в Бразилии, но и в Японии, США, Германии, Англии и ряде других стран. Этому способствует ряд положительных качеств этанола:

— этанол нейтрален как источник парниковых газов, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько до этого было связано из атмосферы использованными для его производства растениями,

— низкая стоимость этанолового топлива.

По понятным причинам в СССР и России этот вид топлива распространения не получил.

Однако есть еще несколько существенных недостатков:

— этанол, повышает пропускную способность пластмассовых испарений для некоторых пластмасс (например плотного полиэтилена). Эта особенность метанола повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, что может привести к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации,

— низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность. Удельная теплота сгорания спирта 27 МДж/кг против бензина с 46 МДж/кг.

Впрочем, плюсы этанола, как и газового топлива, намного перевешивают минусы, и его можно назвать наиболее перспективным топливом ближайшего будущего.

Рассказ об использовании спирта в качестве топлива был бы неполным без упоминания метанола, но он используется исключительно как топливо для спортивных автомобилей, поскольку метанол травит алюминий, то есть проблемным является использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в ДВС. Отбросить сто лет технического прогресса, и вернуться к чугунным блокам цилиндров и ГБЦ… такой ход явно не приблизит светлое будущее.

Биотопливо

В широком понимании «биотопливо» – это топливо из биологического сырья. То есть к этому виду можно отнести деревянные дрова, этанол, метан и так далее. Даже биоводород. Но первые три уже были рассмотрены, самая же снедь оставлена напоследок. И тут бы можно поставить точку, если бы не биодизель – топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Сегодня сырьем для получения биодизеля могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

Справедливости ради стоит отметить что работы по двигателям на биодизеле ведутся относительно недавно – чуть более четверти века, и само биодизельное топливо начало в странах Евросоюза в промышленных масштабах начало производиться в 1992 году.

Биодизель на самом деле обладает рядом неоспоримых преимуществ:

— высокие смазочные характеристики, что продлевает срок жизни двигателя. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.

— высокое цетановое число (для минерального ДТ – 42-45, для биодизеля – не менее 52),

— высокая температура воспламенения – более 150 гр.,

— возобновляемость ресурса,

— сохранение экологического баланса – при сгорании биотоплива выделяется столько же углекислого газа, сколько было поглощено растением за весь срок его жизни,

— низкая стоимость, во многом благодаря получению побочных продуктов производства биодизеля.

Казалось бы – проблема идеального топлива решена, и программы, обещающие перевести значительную часть автотранспорта на биотопливо к 2020 году, имеют полное право на жизнь. Но ложка дегтя есть в любой бочке меда:

— большая вязкость биодизеля, что вызывает необходимость подогревать топливо при низких температурах для обеспечения приемлемой текучести,

— малый срок хранения – около 3х месяцев.

Но, в итоге, биодизель – еще один претендент на топливо ближайшего будущего. Так ОАО РЖД, проведя испытания биодизеля в 2006-2007 годах на тепловозах Юго-Восточной железной дороги, осталось удовлетворено результатами эксперимента, и заявило о готовности использовать биодизель в промышленных масштабах на своих тепловозах.

Водород

Вот оно – самое сладкое. Водородное топливо. Топливо, имеющее удельную теплоту сгорания 120 МДж/кг – то есть самую высокую из ныне известных (если не принимать во внимание антивещество, расщепление плазменных пучков и прочую фантастику).

Первые опыты с водородными двигателями относятся… да будь оно неладно! Снова к первой половине XIX столетия! В 1806 году француз Франсуа Исаак де Риваз изобрел двигатель внутреннего сгорания, работавший на водороде, который производился методом электролиза воды. Но эти эксперименты оставались забыты почти полтора века – до Великой Отечественной Войны. В блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но воздушно-водородная смесь для аэростатов имелась в большом количестве. Военный техник Борис Шелищ предложил использовать ее для двигателей внутреннего сгорания лебедок аэростатов, а, когда опыт удался – перевел на водород около 600 автомобилей!

Так неужели перевести стандартный двигатель внутреннего сгорания на водород настолько легко, что это было возможно более полувека назад в кустарных условиях? Чего же мы ждем?

А вот близок локоть, да вряд ли укусишь. Водород в самом деле может использоваться в двигателях внутреннего сгорания. В этом случае снижается мощность двигателя до 82 %-65 % в сравнении с бензином. Если внести небольшие изменения в систему зажигания, мощность двигателя увеличивается до 117 % в сравнении с бензиновым аналогом, но тогда значительно увеличится выход окислов азота из-за более высокой температуры в камере сгорания. Кроме того, водород при температурах и давлениях, которые создаются в двигателе способен вступать в реакцию с материалами двигателя и смазкой, приводя к более быстрому износу. Обычный ДВС для работы на водороде не подходит, т.к. водород легко воспламеняется от высокой температуры выпускного коллектора. Обычно для работы на водороде используется роторный двигатель, т.к. в нём выпускной коллектор значительно удалён от впускного. Собственно, это и объясняет, что один из существующих в настоящее время автомобилей на водороде – роторная Mazda RX-8 hydrogen, но и она – битопливная, т.е. использует и бензин и водород.

Приближенные к традиционный поршневым водородные двигатели внутреннего сгорания (Hydrogen internal combustion engine – HICE) можно увидеть на автомобиле BMW Hydrogen 7, и автобусах Ford E-450 и MAN Lion City Bus. Впрочем, все это сейчас выпускается ограниченными опытными партиями.

У водорода есть два неоспоримых плюса:

— высокая удельная теплота сгорания,

— отсутствие токсичных выхлопов. Ведь продуктом сгорания водорода является вода!

Минусов значительно больше. Впрочем, скорее всего, это только пока:

— несовершенные технологии хранения водорода. Например, в той же водородной BMW 7, водород хранится в жидкой форме при температуре минус 253 гр. Цельсия,

— высокая себестоимость водорода,

— сложный процесс получения водорода в промышленных масштабах, в процессе которого выделяется все тот же СО,

— высокая стоимость водородной силовой установки и сложность ее обслуживания,

— взрывоопасность водородно-воздушной смеси. Вспомним Цеппелины начала ХХ века – горели, как спички,

— отсутствие развитой структуры водородных заправочных станций.

Ну, кажется, на водороде, как топливе ближайшего будущего, можно смело поставить крест. Да, скорее всего он станет применяться в двигателях внутреннего сгорания, через пару-другую сотен лет.

Правда… прежде чем убирать водород в дальний ящик, давайте вернемся в полюбившийся нам XIX век. Да-да, первый в мире водородный топливный элемент был изобретен в 1939 году Вильямом Гроувом! Следуя сложившейся традиции, его работа оказалась забыта на почти полтора столетия, но в 1960х годах возник серьезный практический интерес к водородным топливным элементам для обеспечения энергией аппаратов «Gemini» и «Apollo», а затем — многоразовые корабли программы «Space Shuttle». Топливные элементы показали себя более безопасными, нежели ядерные установки, и не такими дорогими, как солнечные батареи.

Тогда, на заре космонавтки, даже там, на космических кораблях, где ценен каждый грамм, водородные топливные элементы весили сотни килограмм, сегодня такой элемент весит порядка 50 кг.

В принципе, автомобиль с водородным топливным элементом представляет собой ничто иное, как электромобиль, ведь ВТЭ вырабатывает электрический ток, но с двумя большими недостатками: сочетает в себе все опасности HICE в купе с низким КПД – порядка 45%. Впрочем, уже сегодня есть ВТЭ с КПД 57%. Однако, по сравнению со свинцовыми аккумуляторами, КПД которых составляет 70-90% такой коэффициент полезного действия все равно слишком мал, чтобы говорить о массовом применении таких батарей в ближайшем будущем.

Не без гордости среди опытных водородных автомобилей можно отметить Ниву с электрохимическим генератором «Фотон», разработанном для программы «Буран». Стоимость генератора в 300 000 долларов так же заставляет задуматься о возможности скорого использования их в гражданском автомобилестроении.

На первый взгляд наиболее перспективными выглядят пропан-бутановая смесь, этанол и биодизель. В сумме с гибридными силовыми установками они могут дать просто потрясающие результаты!

И вот теперь появляется «Опа! Неужели за более чем сто лет существования автомобильного транспорта человечество так и не нашло достойной замены бензину?». Нашло! И еще до изобретения автомобиля!

Только не пытаемся ли мы изобрести велосипед? Ведь КПД бензинового двигателя внутреннего сгорания всего около 35%, а более 80% процессов, происходящих в цилиндрах, остаются неизученными и по сей день. То есть даже старый добрый, всем привычный бензиновый ДВС имеет еще огромный потенциал для изучения и его совершенствования.

(с) 2010 Костин К.А.

 

Источник

gifakt.ru

Применение альтернативных видов топлива — Энциклопедия журнала "За рулем"

За последние двадцать лет автомобильная промышленность достигла огромных результатов по снижению содержания вредных веществ в отработавших газах. Запрет на использование этилированных бензинов, применение каталитических нейтрализаторов отработавших газов и современных систем питания ДВС, позволили существенно уменьшить вредное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду и здоровье человека.При работе автомобильных ДВС в атмосферу выбрасываются не только токсичные газы, но и двуокись углерода (СО2).Двигатели современных автомобилей стали более экономичными, а это привело к уменьшению выбросов двуокиси углерода. Применение альтернативных видов топлива также способствует как снижению вредных веществ в отработавших газах, так и снижению количества двуокиси углерода.Сжиженные нефтяные газы (LPG — Liquefied Petroleum Gas) дают возможность снизить содержание вредных веществ в отработавших газах и одновременно примерно на 10% уменьшить количество СО2, выделяемого при работе ДВС.Сжатый природный газ (CNG — Compressed Natural Gas) — это альтернативное топливо, которое может использоваться в ДВС с искровым зажиганием и в дизелях. Для использования в качестве топлива в ДВС он должен быть сжат до высокого давления, чтобы занимать меньший объем. Этот газ может транспортироваться в баллонах высокого давления. При его использовании в качестве топлива, обеспечивается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.Метанол (Methanol) — спиртовое топливо, получаемое в процессе переработки нефти или каменного угля. При использовании метанола в качестве топлива для ДВС обеспечивается снижение уровня двуокиси углерода в отработавших газах на 5% по сравнению с бензином. Однако для получения той же мощности требуется вдвое большее количество топлива, чем при использовании бензина.Этанол (Ethanol) — спиртовое топливо, получаемое из растений, таких как кукуруза, сахарный тростник и др., имеет примерно такие же свойства, как метанол и производит при сгорании меньшее количество оксидов азота и снижение содержания двуокиси углерода на 4% по сравнению с бензином. Отработавшие газы ДВС, работающего на этаноле, содержат вредные альдегиды, которые обладают неприятным запахом, вызывают раздражение слизистых оболочек организма человека и не могут быть устранены с помощью каталитических нейтрализаторов.Водород (Н2) — горючий газ, который при сгорании соединяется с кислородом образуя воду. Водород является наиболее перспективной альтернативой углеводородным видам топлива. Водород также является перспективным топливом для использования в силовых установках на топливных элементах.Перечисленные альтернативные виды топлива могут в отдельных случаях, использоваться для автомобильных двигателей. Многие производители автомобилей имеют в своей программе выпуск автомобилей, которые могут использовать альтернативные виды топлива. Наиболее распространены автомобили, которые могут использовать наряду с бензином сжиженный газ или природный сжатый газ.

Автомобиль Mini Cooper, с двигателем, работающем на водороде

Двигатели опытных автомобилей BMW 750hL и Mini Cooper Hydrogen оборудованы системой впрыска жидкого и охлажденного водорода, смешивающегося с воздухом во впускном трубопроводе. Такой подход дает возможность улучшить наполнение цилиндров ДВС топливновоздушной смесью и свести до минимума загрязнение окружающей среды.Использование альтернативных видов автомобильного топлива может несколько замедлить перспективу исчерпания мировых запасов нефти, но полностью не решает данной проблемы. Поэтому большинство ведущих мировых производителей автомобилей сейчас вплотную занимаются разработкой силовых установок, где используются альтернативные источники энергии.

wiki.zr.ru

Альтернативные виды топлива - Перспективные направления

 

 

Вы можете задать интересующие вас вопросы по теме представленной статьи, оставив свой комментарий внизу страницы.

Вам ответит заместитель генерального директора автошколы «Мустанг» по учебной работе

Преподаватель высшей школы, кандидат технических наук

Кузнецов Юрий Александрович

 

Альтернативные виды топлива

Обеспеченность страны энергоресурсами напрямую влияет на ее экономическое развитие. Самым  востребованным энергоресурсом в настоящее время является нефть.  Наиболее ярко выражена нефтяная зависимость транспортного комплекса.

Сейчас за один день нефти сжигается столько, сколько природа с помощью солнечной энергии способна выработать за тысячу лет. По прогнозам ученых запасов нефти в мире осталось немного. В начале 2005 года специальная комиссия представила Министерству Энергетики США отчет, прогнозирующий сроки наступления пикового уровня добычи нефти. Согласно самому пессимистичному сценарию, дата «конца эры нефти» приходилась на 2006 год.

Сложившаяся ситуация не является тайной. Научно-исследовательские организации многих стран мира ищут адекватную замену топливу, получаемому при переработке нефти. Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Первая в мире газовая самобеглая повозка «Гиппомобиль» была создана Жаном-Этьеном Ленуаром еще в 1862. В нашей стране в 1930-х годах выпуска­ли газогене­раторные автомобили, кото­рые «топили»... березовыми чурками, торфом или углем. Дрова термически разлага­лись при относительно низ­кой температуре, превраща­ясь в газ, который сгорал в цилиндрах двигателя.

Несмотря на долгую историю освоения различных заменителей бензина и «солярки», единая классификация альтернативных видов топлива пока не принята. Для облегчения восприятия излагаемого материала и на основании всестороннего анализа существующих разработок в этой области мы предлагаем следующую классификацию основных видов альтернативного топлива (рис.1).

 

 

Рис. 1. Классификация альтернативных видов топлива

Наибольшее распространение в качестве альтернативного топлива, особенно в нашей стране, получил природный газ: метан (болотный, рудничный, шахтный газ) и пропан-бутан (нефтяной, попутный газ). Природный газ в качестве моторного топлива применяется в компримированном (сжатом до 200 атмосфер) или сжиженном (охлажденном до -1600С) состоянии. Наиболее перспективным и безопасным является использование сжиженного газа. В Европейских странах этот вид топлива называют LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). Однако, пропан-бутан получают при переработке нефти, поэтому его запасы также ограничены и рассчитывать на этот вид топлива в случае нефтяного кризиса не приходится. Метан, кроме традиционной добычи, можно получать при переработке органических отходов (биогаз),  то есть из возобновляемых источников. Природный газ обладает меньшей по сравнению с бензином токсичностью выхлопа и не требует серьезных изменений конструкции автомобиля.

Этанол (этиловый спирт) более известен как сырье для производства алкогольных напитков. Этанол в качестве топлива для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания еще в 1876 году применял немецкий изобретатель Николаус Отто. Биоэтанол – это обезвоженный этиловый спирт, изготовленный из биологически возобновляемого сырья. Основные способы его получения: сбраживание пищевого сырья (переработка содержащегося в сырье сахара в спирт при помощи дрожжей), гидролиз растительного сырья и гидратация этилена (синтетический спирт). Биоэтанол как автомобильное топливо можно использовать либо в чистом виде, либо в смеси с бензином. Такая смесь называется газохол (gasohol). Смешивая биоэтанол и бензин в определенных пропорциях, получают топливо марок Е85 (85% биоэтанола и 15% бензина) и Е10 (10% биоэтанола и 90% бензина). Бразилия после нефтяного кризиса 1973 г. активно использует этанол - в стране более 7 млн. автомобилей заправляются этанолом и еще 9 млн. газохолом. США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется в чистом виде в 21 штате, а газохол составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн. двигателей. Запасы сырья для получения биоэтанола практически не ограничены, но процесс его производства дорогостоящ. Кроме того, переработка растительного сырья (кукуруза, сахарный тростник и т.д.) при производстве топлива для автомобилей уже сейчас вызывает значительный рост цен на продукты питания. Человек становится перед выбором – есть самому или «кормить» свою машину.

Метанол (метиловый, древесный спирт) из-за высокого октанового числа и низкой пожароопасности получил распространение на гоночных автомобилях. Метанол может использоваться в чистом виде, смешиваться с бензином (М85 – 85% метанола, 15% бензина), и служить основой для производства диметилэфира и эфирной добавки - метилтретбутилового эфира. На сегодняшний день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тыс. тонн в год, а метилтретбутиловый эфир в настоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.

Электроэнергию, как энергоноситель для автомобиля получают или в топливных элементах в процессе реакции водорода и кислорода, или из аккумуляторных батарей. Электроэнергия кардинально решает проблему токсичности отработавших газов, но производство электромобилей очень дорого и в настоящее время они не могут обеспечить достаточного запаса хода. Вместе с тем, работы по созданию гибридных автомобилей, работающих с использованием электричества, приобретают все большее распространение. Сегодня существуют две принципиальные схемы работы гибридных установок: параллельная (parallel) и последовательная (series). При первой колеса приводит и бензиновый мотор (или дизель), и электродвигатель. В другом гибриде двигатель внутреннего сгорания работает лишь на зарядку батарей, а колеса вращает электромотор.

Во Франции уже начато производство автомобиля, в качестве топлива для которого будет использоваться сжатый воздух. Принцип работы мотора машины очень похож на принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Только в двух цилиндрах воздух-кара не бензин “встречается” с искрой, а холодный воздух с теплым.

Топливо серии Р представляет собой смесь этанола, газоконденсатной жидкости и метилтетрагидрофурана, вспомогательного растворителя, полученного из биомассы. Топливо серии Р имеет высокое октановое число и может использоваться в автомобилях с универсальной топливной системой как в чистом виде, так и в смеси с бензином в любом соотношении.

Биодизельное топливо – это альтернативный вид топлива на основе растительных масел или животных жиров. В зависимости от технологии его производства биодизельное топливо можно разделить на  три основных вида: Синфьюэл (Synfuel), Санфьюэл (Sunfuel), и Биотролл (Biotroll). Синфьюэл получают путем специальной обработки природного газа, Санфьюэл – перегонкой при температуре 16000С любых органических соединений (ил, опилки, уголь, трава, старые лекарства, ин­сектициды, боевые отравля­ющие вещества) с последующей обработкой. Биотролл – синтетическое горючее. Биодизельное топливо имеет неограниченные запасы сырья, меньшее количество вредных веществ в отработавших газах и позволяет получить требуемые характеристики топлива. В Австрии такое топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным. Компания «ЛУКойл» построила в Рос­сии завод по производству «биодизеля».

Однако из всех альтернативных возобновляемых источников энергии наилучшие перспективы имеет водород. Этот газ можно получать буквально из всего: из природного газа, океанской воды, биомассы, воздуха. Водород можно сжигать в двигателе внутреннего сгорания или получать из него электричество в топливных элементах. Водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси. Сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь. Перевод на водород обычных двигателей внутреннего сгорания не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы. В сентябре 2002 г. ЕС принял долгосрочную (50 лет) программу перехода к "интегрированной водородной экономике" в масштабах всей Европы. А в США активно изучают возможности использования технологии водородных топливных ячеек для энергопитания военной бронетехники.

В обозримом будущем запасов нефти на планете не станет  хватать для обеспечения нужд человечества. И тогда единственным доступным источником энергии для автомобильной техники станут альтернативные виды топлива. Процессы поиска оптимально подходящих для автомобилей источников энергии и разработки конструкции транспортных средств под новые виды топлива крайне долог и дорогостоящ. Чтобы оказаться готовыми к истощению нефтяных запасов, уже сегодня следует заниматься изучением альтернативных видов топлив для автомобильной техники.

 

Категория: Перспективные направления | Популярность: 30305 | Оценка: 2.8

Добавить комментарийКомментарии:

www.akpspb.ru


Смотрите также