Преимущества и недостатки основных видов топлива автомобиля. Недостатки нефти как топлива


Преимущества и недостатки бензина в качестве топлива для двигателей

Преимущества бензина в качестве топлива для двигателей

  • Бензин имеет высокую энергетическую плотность (отношение энергии к массе). Другими словами, с помощью данного количества топлива можно получить много полезной работы. Мало других видов топлива, которые могут соперничать в этом отношении с бензином, вот почему он до сих пор широко используется.
  • Бензиновые двигатели обладают большой мощностью в отношении к их объему и весу.
  • Качественно изготовленные бензиновые двигатели мощны и надежны. Если за ними хорошо ухаживать, то они проработают десятилетия.
  • Хорошо отлаженные и обслуживаемые бензиновые двигатели могут работать в широком диапазоне температур, уровней влажности и атмосферного давления, удовлетворяя почти всем климатическим условиям, встречающимся на нашей планете.

Недостатки бензина в качестве топлива для двигателей

  • При сгорании бензина, даже полном, выделяется двуокись углерода (CO2) — известный парниковый газ.
  • Если бензин не сгорает полностью (как это и происходит при работе реальных двигателей), выделяется некоторое количество окиси углерода (СО). Этот газ смертельно опасен, если происходит его утечка в транспортное средство или бензиновый двигатель работает в закрытом помещении.
  • Бензин пожароопасен, если он небрежно хранится или происходит его утечка.
  • Бензиновые двигатели, которые используются, например, в лопастных вентиляторах или газонокосилках, могут производить раздражающий шум.
  • Некоторые соединения, входящие в состав бензина, вызывают риск возникновения рака у людей и животных при непосредственном воздействии на них в течение длительного периода времени.
  • Бензин получается путем переработки сырой нефти, цена которой может внезапно существенно измениться.
  • Бензин получается из сырой нефти, которая относится к невозобновляемым источникам энергии.

Вопрос

Не исключает ли проблему загрязнения, вызванного бензиновыми двигателями, использование устройств контроля и регулировки выделения вредных газов?

Ответ

Достигнутое благодаря новым технологиям и ограничительным законам снижение выделения вредных газов в значительной степени скомпенсировалось из-за увеличения количества бензиновых двигателей, особенно в быстроразвивающихся странах. Технология снижения вредных выбросов несовершенна; она не позволяет устранить все загрязняющие вещества, выделяемые бензиновыми двигателями. Проблема с выделением CO2 на самом деле стала еще хуже за последние годы, и прогнозы на будущее неблагоприятны. Этот газ не токсичен, но он вносит вклад в глобальное потепление климата.

www.enersy.ru

Альтернативные виды топлива. Преимущества и недостатки

Альтернативные виды топлива. Преимущества и недостатки

Ни для кого не секрет, что запасы нефти постепенно сокращаются, а цены на бензин и дизель неудержимо ползут вверх. Да и окружающая среда страдает от большого количества выхлопов. Глядя в будущее и учитывая существующие экономические и экологические проблемы, производители автомобилей стремятся регулярно выпускать несколько моделей на альтернативном топливе. К тому же спрос на них из года в год повышается. Какие же варианты замены топлива из нефти нам на данный момент предлагают?

Электричество

На сегодняшний день электрокары нельзя назвать редкостью. Почти каждый из производителей-гигантов регулярно выпускает такого вида модели. Считается, что за ними будущее, так как источников электричества на планете предостаточно.

Достоинствами электромобилей являются:

  • отсутствие выхлопных газов;
  • зарядка аккумуляторных батарей от обычной электросети;
  • низкий уровень шума;
  • высокий КПД двигателя.

Но есть и недостатки:

  • цена на такие автомобили пока остается высокой по сравнению с обычными;
  • слабо развито сервисное обслуживание, так как присутствует нехватка квалифицированного персонала.

Метан и пропан-бутан

Автомобили на газе - еще одна альтернатива бензиновым и дизельным, встречаются довольно часто. Все большее число водителей старается переоборудовать свои машины на этот вид топлива.

Достоинства:

  • токсичность выхлопных газов ниже, чем у бензиновых и дизельных;
  • экономия денежных средств на стоимости топлива;
  • уменьшение износа механизмов.

Недостатки:

  • высокая цена на переоборудование;
  • длительная процедура регистрации;
  • недостаточное количество заправок.

Метанол (метиловый спирт)

Метиловый спирт добавляют в бензин для повышения октанового числа. Он широко используется в гоночных автомобилях. В США, Китае и Японии начали интенсивно внедрять бензино-метанольные смеси М85, М92 и М100, где число обозначает долю метилового спирта в составе.

Достоинства смеси:

  • существенно снижается токсичность выхлопов;
  • увеличивается мощность двигателя;
  • продлевается срок службы мотора.

Недостатки:

  • метанол является ядовитым веществом, употребление его внутрь или длительное воздействие паров может привести к летальному исходу;
  • требует переоборудования двигателя и топливной системы.

Водород

Водород является одним из наиболее экологически чистых видов топлива, так как продуктом его горения является обычная вода. Многие автомобильные гиганты работают над тем, чтобы запустить такого рода модели в массы, но пока не все нюансы изучены, проводятся испытания.

Достоинства:

  • практически отсутствуют вредные выхлопы;
  • нет надобности менять конструкцию двигателя;
  • увеличивается ресурс мотора.

Недостатками являются:

  • высокая цена;
  • взрывоопасность;
  • отсутствие между производителями единого стандарта на топливные элементы.

Биотопливо (биодизель)

Боитопливо – топливо, созданное на основе растительных масел и других органических веществ. Обычно его изготавливают из сои, рапса, подсолнуха, а также из переработанного животного жира. Без переоборудования биотопливом можно заправлять автомобили, работающие на соляре.

Достоинства биодизельного топлива:

  • экологичность;
  • экономия денежных средств на разнице стоимости;
  • увеличение срока службы двигателя.

Недостатки:

  • срок годности биодизельного топлива не превышает 3 месяцев;
  • малое количество заправок;
  • растения, предназначенные для переработки на биотопливо, быстро истощают плодородные земли.

Это далеко не весь список альтернативных видов топлива. Ученые-разработчики постоянно трудятся над созданием все новых и новых вариантов, которые помогут решить проблему дефицита нефти и, в то же время, не будут нести угрозу экологии.

Автор:

www.cardir.ru

Преимущества и недостатки основных видов топлива автомобиля



Одним из загрязнителей является транспорт. Все виды современного транспорта наносят большой ущерб биосфере, но наиболее опасен для нее автомобильный транспорт. Более половины вредных выбросов приходится на выхлопные газы автотранспорта. Основная причина загрязнения воздуха в данном случае заключается в неполном сгорании топлива. Всего 15% топлива расходуется на обеспечение движения, а 85% - «летит на ветер». К тому же, камера сгорания автомобиля — это своеобразный реактор, синтезирующий химические вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, преобразуется в ядовитые оксиды азота [1].

Первичные и вторичные загрязнители оказывают действие не только на природу, но и на человека. Загрязнители в своем большинстве канцерогенны. Одна из первопричин загрязнения воздушной среды – последствия использования нефтепродуктов и нефти.

Цель исследования: изучить состав автомобильного топлива, выявив влияние качества топлива на работу двигателя внутреннего сгорания и окружающую среду.

Задачи исследования:

1. Изучить принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

2. Изучить физические свойства и состав бензина и метана, дать их сравнительную характеристику.

3. Выявить взаимосвязь между качеством моторного топлива и веществами, загрязняющими окружающую среду.

Актуальность исследования состоит в том, что в больших городах первенство в загрязнении атмосферы переходит от промышленности к транспорту, а это является важнейшей экологической проблемой.

  1. Двигатель внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания – это тип двигателя, тепловая машина, в которой химическая энергия топлива (обычно применяется жидкое или газообразное углеводородное топливо), сгорающего в рабочей зоне, преобразуется в механическую работу. Несмотря на то, что ДВС относятся к относительно несовершенному типу тепловых машин (сильный шум, токсичные выбросы, небольшой ресурс), благодаря своей автономности (используемое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) ДВС очень широко распространены на транспорте.

В двигателе внутреннего сгорания камерой сгорания является цилиндр, где химическая энергия топлива превращается в механическую энергию, которая из возвратно-поступательного движения поршня превращается во вращательную с помощью кривошипно-шатунного механизма.

По типу используемого топлива различают: бензиновые; роторные; газовые; газодизельные двигатели.

  1. Физические свойства и состав бензина и метана.

Бензины – смесь углеводородов различного строения С4 – С12 (идентифицировано около 200 углеводородов). Это жидкости с температурой кипения 35-195°С, плотностью 0,7-0,78 г/см. 10% массы бензинов должны перегоняться при температуре 68-79°С. Это так называемая пусковая фракция, от ее характеристик зависит легкость запуска двигателя. Состав бензина зависит от состава нефти, из которой его получают. Элементный анализ и только в тяжелой смолистой нефти их содержание более значительно. Природные нефти и продукты их перегонки – бензины – содержат парафиновые (метановые), циклические (насыщенные) и ароматические углеводороды. В незначительных количествах иногда встречаются ненасыщенные углеводороды. УГЛЕРОД 82-87% ВОДОРОД 11-15% КИСЛОРОД, АЗОТ, СЕРА не более10%.

Важнейшая количественная характеристика топлива, на основе которой определяется его сортность и применимость в двигателях той или иной конструкции – детонационная стойкость. Детонационная стойкость — параметр, характеризующий способность углеводородного (или любого иного) топлива противостоять самовоспламенению при сжатии.

Высокая детонационная стойкость бензинов обеспечивает их нормальное сгорание на всех режимах эксплуатации двигателя. При сжатии рабочей смеси, температура и давление повышаются, и начинается окисление углеводородов, которое интенсифицируется после воспламенения смеси. Если углеводороды несгоревшей части топлива обладают недостаточной стойкостью к окислению, начинается интенсивное накапливание перекисных соединений, а затем — их взрывной распад. При высокой концентрации перекисных соединений, происходит тепловой взрыв, который вызывает самовоспламенение топлива.

  1. Сравнительный анализ основных характеристик бензина и метана.

Показатель

Метан СН4

Бензин

Молекулярная масса, кг/моль

16

114

Плотность жидкости (при нормальных условиях)

-

720-740

Критическая температура

-82,1

-

Низшая теплота сгорания (массовая) МДж/кг

48,7

43,9

Октановое число

110

84

Температура воспламенения

640

330

Метан в своем составе не имеет свинца, что делает выхлоп при его сгорании экологически более чистым, чем у бензина.

Молекулярная массау метана ниже, чем у бензина, следовательно, наполнение цилиндров горючей смесью, при прочих равных условиях, будет ниже, чем у бензина. Это минус, так как ведет к снижению мощности ДВС.

Плотность жидкости – характеризует объем сосуда для хранения жидкой фазы топлива. Мы видим, что для одной и той же массы для бензина нужен объем меньше, чем для метана. Это – минус.

Критическая температура. Углеводородные газы, имеющие критическую температуру значительно выше обычных температур окружающей среды, легко сжижаются и хранятся в сжиженном состоянии при относительно небольшом давлении. Они хранятся в достаточно легких емкостях, позволяющих их использовать для питания двигателей легковых и малотоннажных грузовых автомобилей.

А метан, у которого критическая температура значительно ниже (минус 82,1 °C), будет при любом давлении в газообразном состоянии, и для его использования в качестве газового топлива его содержат в баллонах под давлением 20 МПа.

Низшая теплота сгорания у всех газов больше, чем у бензина. Это является преимуществом газового топлива и компенсирует пониженное наполнение цилиндров из-за малой относительной плотности газа.

Октановое число у метана значительно выше, чем у бензина. Это большое преимущество газа, позволяющее избавить двигатель от детонации, увеличить его мощность за счет увеличения степени сжатия и снизить расход топлива.

Температура воспламенения. Не в пользу газа. Это ухудшит пусковые качества двигателя.

На основе рассмотренных физико-химических свойств газовых топлив можно утверждать, что они безусловно превосходят бензиновые по следующим параметрам:

– позволяют добиваться более высоких мощностных и топливно-экономических показателей, чем у аналогичных по способу организации рабочего процесса бензиновых двигателей;

– по экологическим показателям выхлопа значительно превосходят бензины.

Достаточно отметить, что коэффициент полезного действия газовых двигателей достигает 38–40 % в широком диапазоне режимов. Для сравнения укажем, что коэффициент полезного действия бензинового двигателя составляет лишь 30–35 % и только на наиболее экономичных режимах работы.

Особенно усложнено приготовление смеси для бензиновых двигателей при низких температурах атмосферного воздуха вследствие того, что бензин в этих условиях плохо испаряется. При газовом топливе приготовление равномерной смеси не вызывает труда.

Отмечается, что токсичность выпускных газов при работе на природном газе на 90 % ниже токсичности выпускаемых газов бензиновых двигателей.

Естественно, сразу же возникает вопрос: «А почему же мы до сих пор не перешли все на газовое топливо для автомобилей?»

Это связано, в первую очередь, со сложностью создания резервов топлива. Как отмечалось выше, только сейчас размах газификации нашей страны принял такие размеры, которые могут позволить создать необходимую сеть газозаправочных станций для автомобилей.

Система хранения необходимых для бесперебойной работы транспорта запасов газа оказывается чрезвычайно громоздкой и требует значительных капитальных вложений. Достаточно сказать, что стоимость емкостей для хранения часового запаса сжатого газа в несколько раз превышает стоимость компрессора такой же часовой производительности. Стоимость емкостей для длительного хранения сжиженного газа оказывается еще выше вследствие применения дорогостоящих материалов.

И сейчас при определении рентабельности, а то и смысла перехода на газовое оборудование, необходимо учитывать наличие газозаправочных станций в регионах использования автомобиля.

Применение двухтопливных двигателей, способных одинаково надежно работать как на газовом, так и на жидком топливе, частично решает эту проблему. Такие двигатели могут работать как на бензине, так и на газе, или на дизельном топливе и на газе. Но это накладывает свой отпечаток на использование свойств газа, как топлива для двигателей внутреннего сгорания, лишая возможности полной реализации его серьезных преимуществ, таких, как повышение мощности и улучшение топливной экономичности за счет увеличения степени сжатия.

Для полного использования преимуществ газового топлива перед бензинами необходимо конструировать двигатели специально под газовое топливо, что требует серьезной перестройки автомобильной промышленности.

Необходимо создать легкие, высокопрочные и дешевые баллоны для содержания газового топлива в количестве, которое обеспечивает межзаправочный пробег для автомобиля не менее 400 км при минимальных размере и весе.

Вывод: Применение газового топлива заметно снижает суммарную токсичность отработавших газов (выхлопа) – окиси углерода СО, двуокиси азота NO2, углеводородов CH. Вредных соединений свинца в отработанном газовом топливе вовсе не существует.

Дымность выхлопа в режиме свободного ускорения при работе на газовом топливе в 3 раза ниже, чем при работе на бензине. При правильно выбранном режиме работы двигателя снижается и уровень шума, что особенно важно в условиях города. И, наконец, стоимость требуемого газового топлива ниже стоимости бензина на величину, позволяющую окупить затраты на приобретение и установку газового оборудования за 25–30 тыс. км пробега с учетом его большего расхода на единицу пути.

Литература:
  1. Аксёнов, И.Я., Аксёнов, В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986.
  2. Голубев, И.Р., Новиков, Ю.В. Окружающая среда и транспорт. – М.: Транспорт, 1987.
  3. Якубовский, Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. – М.: Транспорт, 1979.

Основные термины (генерируются автоматически): газовое топливо, внутреннее сгорание, бензин, двигатель, критическая температура, газ, метан, окружающая среда, состав бензина, газовое оборудование.

moluch.ru

Альтернативное топливо для автомобилей

Дата публикации: 31 августа 2015

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

Источник: http://alternativenergy.ru/energiya/953-vidy-alternativnogo-topliva.html

Биотопливо

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

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

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

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

Все альтернативные топлива можно классифицировать по следующим признакам:

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

Применение альтернативных топлив осуществляется в двух вариантах:

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

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

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

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

Виды альтернативного топлива

Свойства наиболее перспективных альтернативных топлив

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Л.Б. Ларионов, П.А. Болоев, Н.В. СтепановМатериалы IV международной научно-практической конференцииКЛИМАТ, ЭКОЛОГИЯ, СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ЕВРАЗИИ

altenergiya.ru

Какие альтернативные виды топлива существуют?

Последние годы стали одними из худших по среднероссийскому росту цен на бензин, достигнув более 30 рублей за литр бензина марки Аи-92 на подавляющем большинстве АЗС. Кроме того, эксперты прогнозируют, что новые повышения цен на бензин неизбежны, и это естественно заставляет задаться вопросом, какие альтернативы могут быть бензиновым (и дизельным) автомобилям.

Давайте взглянем на некоторую статистику по ценам на топливо из продуктов переработки нефти:

Динамика роста цен на бензин Аи-92 Динамика роста цен на дизельное топливо Статистика цен на бензин в различных странах

Ну, как выясняется, есть много таких альтернатив. И многие из них находятся на дороге к созданию или даже в дилерских центрах прямо сейчас. В то время как некоторые альтернативы займут некоторое время, прежде чем выйдут в круг широкого использования, всё же довольно интересно знать, в каких направлениях работают на сегодняшний день компании, которым не всё равно, на чём будут ездить машины в будущем... В обозримом будущем.

Итак, какие альтернативные виды топлива существуют на сегодняшний день?

Водород

Использование водорода в качестве топлива Вашего автомобиля может вызвать в воображении образы Гинденбурга, но это на самом деле вполне безопасно. Водород может на самом деле присутствовать в виде топлива как такового в двух различных типах автомобилей: автомобилей с топливными элементами в виде водорода и автомобилей, которые имеют двигатель внутреннего сгорания, который спроектирован, чтобы использовать водород вместо бензина.

В двигателе внутреннего сгорания водород является источником топлива вместо привычного бензина или дизельного топлива. Вместо вредных выбросов CO2, которые производит бензин, опять же, водородные автомобили производят только водяной пар. Много автопроизводителей в настоящее время испытывают водородные автомобили. В настоящее время BMW Hydrogen 7 является, пожалуй, самым известным из них - компания сдала в аренду несколько опытных таких машин в Германии и США, и некоторые тесты даже показали, что автомобиль на самом деле очищает воздух вокруг себя во время работы.

Тем не менее, водородные автомобили пока не получили широкого распространения в значительной степени, потому что сегодня нет необходимой инфраструктуры водородных заправочных станций. А вот следующий вид альтернативного топлива несколько легче найти - и по сути, Вы используете его прямо сейчас.

Электричество

Может показаться, что электрические автомобили - это долгожданный прорыв в использовании альтернативных видов топлива. Но дело в том, что некоторые из самых ранних автомобилей уже использовали электродвигатели. Тем не менее, только из-за последних событий, включая широкое распространение как следствие активной PR-кампании автомобилей Тесла, электрические автомобили стали более жизнеспособным методом для повседневной езды.

Но что сдерживает технологию от проникновения в широкие массы? Технология батареи и электродвигателя. Перемещение автомобиля требует много энергии, и, чтобы делать это на высоких скоростях и на большие расстояния, требуется очень много энергии. В прошлом электрические автомобили не могли проезжать большие расстояния (более нескольких километров), и как только их батареи садились, требовались долгие часы, чтобы их перезарядить. Дело в том, что электродвигатель сам по себе достаточно прожорлив в плане потребления электроэнергии. Добавьте к этому огромный вес самого аккумулятора (в современном электромобиле он может составлять половину массы всей машины), и недостатки такого вида альтернативного топлива станут достаточно весомыми.

Тем не менее, с новыми технологиями аккумуляторных батарей некоторые автопроизводители преодолели такие ограничения. Новые батареи (литий-ионные батареи, если быть точным) являются такими же, какие установлены в Ваш сотовый телефон или ноутбук. Они заряжаются достаточно быстро и работают дольше. А автомобили, такие как Tesla Model S, используют их не просто для перемещения в физическом понимании этого слова, а для получения производительности, достойной суперкаров. Другие автомобили, которые также укрепляются на рынке, такие как Chevy Volt и Toyota Prius, например, используют эти типы батарей в сочетании с двигателем внутреннего сгорания, чтобы создать новый класс автомобиля с расширенным диапазоном использования источника передвижения. Батареи можно заряжать, подключив машину к обычной розетке; однако, когда заряд батареи начинает иссякать, включается бензиновый генератор, чтобы перезарядить её и не допустить остановки автомобиля.

Биодизель

Мы надеемся, что Вы прислушались к совету, что обезжиренная диета с ограниченным количеством жареной пищи хороша для Вашего здоровья. Впрочем, то же самое не обязательно справедливо для Вашего автомобиля.

Сам процесс можно реально сделать в домашних условиях. На самом деле, много любителей биодизеля делают своё собственное топливо с использованием растительного масла из местных ресторанов. Однако, существует небольшой риск, связанный с этим процессом. Если Вы сделаете это неправильно, Вы можете наделать много вреда для Вашего автомобиля (не говоря уже о своём доме и собственной безопасности). Прежде чем пытаться сделать биодизель по какому-либо найденному рецепту, убедитесь, что это хорошая идея, потренировавшись некоторое время с кем-то, кто уже успешно делал это.

Однако, энтузиасты по биодизелю по-настоящему довольны такой идеей. Такое топливо не только значительно дешевле и чище, чем ископаемое дизельное топливо, оно также придаст выхлопам Вашего авто запах картофеля-фри... Без шуток!

Этанол

Теперь Вы знаете, что можете запустить автомобиль даже на растительном масле, но что, если Вам критично не нравится ездить по городу, пахнущему фри или у Вас вовсе аллергия или неприятные ассоциации с этим запахом? Каковы другие варианты? На самом деле, есть и другие варианты заставить автомобиль работать на овощах.

Этанол также является одним из наиболее распространённых видов альтернативного топлива. Его часто добавляют в бензин в летнее время, чтобы помочь сократить вредные выбросы. Этанол, на самом деле, является одним из видов алкоголя (но даже не думайте пытаться его пить), произведённого из растительного материала. В Соединенных Штатах он обычно производится из кукурузы, в то время как в других странах, например, в Бразилии, его делают из сахарного тростника.

Сегодня достаточно немало автопроизводителей предлагают свои автомобили с многотопливными двигателями. Эти двигатели могут работать на традиционном бензине или этаноле E85 в топливной смеси, когда топливо состоит на 15 процентов из бензина и на 85 процентов из этанола. Этанол получил широкое признание как хороший способ удешевить бензин в странах, где нефть закупается из других стран - яркий пример этому - США. Тем не менее, требуется довольно много энергии, чтобы произвести этанол, поэтому там, где нефть стоит дешевле, так как добывается внутри страны (Россия и относится к таким странам), этанол не особо то и выгоден. Кроме того, существует необычное мнение, что, поскольку фермеры могут заработать больше денег, выращивая сельскохозяйственные культуры для производства этанола, они перестанут выращивать эти культуры для производства продуктов питания, что могло бы резко поднять цены на продовольствие.

Несмотря на эти опасения, этанол сегодня предлагает много преимуществ в качестве альтернативного топлива, а сеть этаноловых заправочных станций в ряде стран продолжает расти.

Сжиженный природный газ

Продолжая кулинарную тему, отметим следующий альтернативный вид топлива, который, впрочем, производится не из пищевых продуктов, но его также можно встретить на кухне. В отличие от этанола и биодизеля, это не то, что Вы могли бы съесть или выпить в исходной его субстанции, но это то, что топ-повара используют для приготовления пищи: природный газ.

Природный газ является ископаемым топливом. Да, это не совсем экологически чистый продукт, но в результате его использования в автомобилях производится несколько меньше вредных выбросов. Природный газ, который Вы часто используете, чтобы готовить пищу и согреть Ваш дом, является природным газом в виде очень низкого давления таким образом, чтобы он стал сжиженным, чтобы давать намного больше энергии и занимать при этом меньше места. Когда сжиженный природный газ (СПГ) сжигается, он освобождает гораздо больше энергии. Так, например, вместо того, чтобы просто нагревать суп - несжатый природный газ справляется с этим просто отменно, сжиженный природный газ может питать крупногабаритное оборудование, такое как грузовик. В общем-то это основная цель, для которой он используется - питание тяжёлых грузовиков, путешествующих на дальние расстояния.

Сжиженный нефтяной газ

Если Вы недавно были на пикнике, то Вы, вероятно, знакомы с нашим следующим альтернативным видом топлива: сжиженным нефтяным газом (или просто сжиженным газом). Всё ещё не уверены, что Вы видели это когда-либо? Ну, тогда вспомните газовые горелки с баллончиками с пропаном или грузовые "газельки" с красным баллоном пропана вместо бензобака!

Пропан является общим названием для сжиженного нефтяного газа, хотя это не совсем верно. Сжиженный нефтяной газ представляет собой углеводородный газ под низким давлением. Он состоит в основном из пропана, но также включает в себя другие углеводородные газы, и, прежде всего, это бутан. Сжиженный нефтяной газ хранится под давлением для того, чтобы находиться в жидком виде. Подобно сжиженному природному газу, сжиженный нефтяной газ (СНГ) даёт гораздо больше энергии, будучи плотным, и, следовательно, становится более полезным для питания легковых автомобилей и грузовиков.

Сжиженный газ работает в обыкновенном двигателе внутреннего сгорания после совсем небольших модификаций (правильно это называть установкой ГБО на автомобиль - адаптация машины под использование "пропана"). В то время как этот вид топлива не используется широко для автомобилей во многих странах, таких как США, к примеру, всё же в ряде стран до 10 процентов использования автомобильного топлива приходится на сжиженный нефтяной газ, и наша страна в этом плане - один из лидеров использования СНГ.

Сжатый природный газ

Последний из трёх видов альтернативного топлива, имеющих схожие названия и которые легко перепутать - это сжатый природный газ (СПГ), в котором преобладает метан.

Сжатый природный газ - это то же самое топливо, которое можно использовать в Вашем доме для приготовления пищи и отопления, и оно работает в Вашем доме. В случае транспортного средства СПГ также хранится в баллонах высокого давления. И это очередная модификация газообразного ископаемого топлива, которая является самой экологичной, производя меньше всего выбросов CO2 в атмосферу при аналогичных показателях производительности, но при этом также является одним из самых громоздких - менее всего сжимается при его охлаждении под низким давлением, занимая гораздо большее пространство в машине, чем предыдущие два вида альтернативного топлива.

Сжатый воздух

Воздух есть везде, так почему бы не использовать его в качестве топлива для автомобиля? И, хотя это кажется бредовой идеей, ведь воздух попросту не горит, всё-таки автомобили могут работать на сжатом воздухе.

В таком типе машины воздух сжимается в трубах высокого давления. В то время, как типичный двигатель использует воздух, смешанный с бензином (или дизельным топливом), который затем зажигается искрой (или высоким давлением в случае дизеля) для выработки энергии, двигатель на сжатом воздухе использует расширение сжатого воздуха, поступающего из трубки высокого давления для привода поршней двигателя.

Тем не менее, автомобили на сжатом воздухе не работают полностью на этом самом воздухе. Электродвигатели также присутствуют на борту машины для сжатия воздуха, только потом отправляя его в трубки высокого давления автомобиля. Однако, эти машины не могут считаться полностью электрическими автомобилями, главным образом, потому что электродвигатели здесь не непосредственно питают авто, приводя в движение его колёса. Электродвигатели намного меньше, чем те электродвигатели, используемые в электроавтомобилях, где основной функцией двигателя является приведение в движение машины. Поэтому автомобили на сжатом воздухе потребляют гораздо меньше энергии, чем электромобили.

Жидкий азот

Жидкий азот является ещё одной альтернативой продуктам нефтепереработки. Как и водород, азот находится в изобилии в нашей атмосфере. Кроме того, как и водород, автомобили под питанием азота делают гораздо меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо. Но, в то время как водород используется в топливных элементах автомобилей, а также двигателях внутреннего сгорания, автомобили на жидком азоте требуют совсем другой тип двигателя в целом.

В самом деле, жидкий азот использует двигатель, подобный двигателю, используемому в пневматической машине. В таком двигателе азот хранится в сжиженном состоянии под огромным давлением. Для питания автомобиля азот выделяется в двигатель, где он нагревается и расширяется, чтобы создать энергию. В то время как типичный бензиновый или дизельный двигатель использует горение, чтобы заставить двигаться поршни, двигатель на жидком азоте использует расширение азота для питания энергетических турбин.

Являясь экологичным и эффективным способом питания транспортного средства, жидкий азот сталкивается с теми же препятствиями, как и многие другие альтернативные виды топлива: отсутствие общенациональной сети заправочных станций для доставки его потребителям.

Уголь

Очередное альтернативное топливо в нашем списке, вероятно, является неожиданностью, и многие могут подумать, что это достаточно устаревший вид топлива.

Технически, уголь является относительно новым альтернативным топливом для автомобилей - косвенно, так или иначе, ведь всё новое - это хорошо забытое старое, хотя, некоторые поезда всё ещё приводятся в движение углём. Однако, в 21 веке владельцам не придётся бросать лопатой из ведра уголь в установки для сжигания, если это то, о чём Вы сразу подумали.

В то же время, как и электродвигатель в случае питания авто сжатым воздухом, уголь не питает двигатель напрямую. Давайте рассуждать: электрические транспортные средства (по большей части), не производят своё собственное электричество. Они несут в себе энергию в их заряженных батареях. А батареи получают свой ​​заряд от стандартной розетки, которая получает потенциальную энергию от электростанции, которая, в свою очередь, получает питание... от горящего угля в большинстве случаев. На самом деле, 50 процентов всей электроэнергии в мире происходит от угольных электростанций. Это означает, что, когда Вы проходите последовательно весь путь энергетической цепочки, много электрических машин на самом деле являются по сути машинами с питанием от угля.

В то время как уголь имеет аналогичные недостатки бензину, он также имеет некоторые преимущества. В пересчёте на километр поездки, электричество от угля является более дешёвым способом для питания автомобиля, чем бензин. Кроме того, во многих странах есть большие запасы угля - гораздо больше, нежели бензина. Кроме того, люди, которые получают электроэнергию из других источников, таких как гидроэлектростанции или атомные электростанции, ещё меньше загрязняют атмосферу.

Солнечная энергия

Только произнесите вслух это прекрасное название: "солнечный автомобиль"! Солнечный автомобиль является по сути обычным электромобилем с питанием от солнечной энергии, получаемой от солнечных батарей на автомобиле. Однако, солнечные батареи не могут в настоящее время быть использованы для прямого единоличного питания двигателя машины из-за недостаточности мощности, но они могут быть использованы для расширения диапазона питания и экономии электроэнергии от аккумуляторов таких электромобилей.

Диметиловый эфир

Диметиловый эфир (ДМЭ) является перспективным видом альтернативного топлива в дизельных двигателях, бензиновых двигателях и газовых турбинах, благодаря своему высокому цетановому числу (аналог октанового числа у бензина, определяющий качество сгорания топлива при его сжатии), которое составляет 55 единиц по сравнению с 40-53 единицами у дизельного топлива. При этом, совсем небольшие изменения необходимы для преобразования дизельного двигателя в диметилоэфирный двигатель. За счёт низкого количества вредных выхлопов, ДМЭ отвечает самым строгим нормам токсичности в Европе (Евро-5).

ДМЭ разрабатывается как синтетическое биотопливо второго поколения (BioDME), которое может быть изготовлено из лигноцеллюлозной биомассы, и в настоящее время наиболее активно его использует автоконцерн Volvo.

Аммиак

Двигатели, работающие на аммиачном газе, использовались ещё во время Второй мировой войны для приведения в движение автобусов в Бельгии. Жидкий аммиак также питает ряд ракетных двигателей во всём мире. Хотя он и не такой мощный и высокопроизводительный, как другие виды топлива, аммиак не оставляет сажи в многоразовых двигателях, а его плотность примерно соответствует плотности окислителя.

Аммиак уже давно был предложен в качестве практической альтернативы ископаемым видам топлива для двигателей внутреннего сгорания. Теплота сгорания аммиака составляет 22,5 МДж/кг, что составляет около половины от теплоты сгорания дизельного топлива. Аммиак может быть использован в существующих двигателях с довольно незначительными модификациями карбюраторов  или инжекторов.

Однако, главным недостатком аммиака остаётся, конечно же, его высокая токсичность.

Водяной пар

Это по сути вымерший сегодня паровой автомобиль, который имеет паровой двигатель, и он также фактически работает на других видах топлива, которые и образуют этот самый водяной пар. В качестве топлива используются этанол, уголь и даже дерево. Топливо сжигается в котле, и тепло преобразует воду в пар. Когда вода превращается в пар, она расширяется. Расширение создает давление, которое толкает поршни, которые, в свою очередь, заставляют карданный вал вращаться.

Паровые автомобили требуют очень много времени между началом работы и приведением в движение такого авто, но некоторые из них могут достигать достаточно высокой скорости - более 160 км/ч в конце концов. Так, наиболее успешные автомобили начинали двигаться после запуска примерно через полминуты-минуту.

Паровой двигатель использует внешнее сгорание в отличие от двигателей внутреннего сгорания. Автомобили с питанием от бензина являются более эффективными при около 25-28% эффективности. Но это всё в теории, практические примеры паровых двигателей по эффективности составляют всего около 5-8% по сравнению с обычными ДВС.

Мускульная сила человека

О да, это самый неэффективный и не попросту не имеющий права на жизнь вид альтернативного топлива! Тем не менее, в очень небольших количествах транспортных средств, спрос на которые стремительно уменьшается, используется человеческая сила, чтобы улучшить показатели экономичности аккумуляторов, которые являются основным источником приведения в движение автомобиля. Два таких коммерческих авто, увидевших недолгий "свет", стали "Sinclair C5" и "Twike".

Водоросли

Биотопливо, полученное из водорослей, называют биотопливом третьего поколения - это относительно новый вид альтернативного топлива. По сути принцип работы двигателя на водорослях основывается на гниении этих водорослей, в результате которого выделяется метан, который используется в качестве основного топлива для приведения в движение машины.

В США рассчитали, что примерно 200 гектаров прудов, в которых будет выращиваться определённый вид водорослей, который лучше всего подходит для питания автомобилей, могут обеспечить таким топливом до 5% всех автомобилей страны. Тем не менее, в Соединённых же Штатах эта технология не прижилась из-за сравнительно более низкой стоимости нефти и высоких требований таких водорослей к росту (высокая температура и определённая окружающая среда).

Альтернативные виды топлива: сравнение

Вид топлива Плюсы Минусы Примеры известных автомобилей Оценка экологичности Стоимость по сравнению с бензином или дизелем Водород Электричество Биодизель Этанол Сжиженный природный газ Сжиженный нефтяной газ Сжатый природный газ Сжатый воздух Жидкий азот Уголь Солнечная энергия Диметиловый эфир Аммиак Водяной пар Мускульная сила человека Водоросли
Экологичность  Высокая температура горенияОтсутствие инфраструктуры при активных разработках BMW Hydrogen 7Chevrolet Equinox Высокая Высокая
ЭкологичностьМаленький объём двигателяБесшумностьДоступность источников питания (обычные розетки) Большая масса аккумулятораНизкий пробег на одном аккумулятореДолгая зарядка аккумулятора Tesla Model STesla RoadsterChevy VoltToyota Prius Высокая Низкая
Простота изготовления биодизеляЭкологичностьВозможность использования в ДВСХорошие смазочные показателиВысокое цетановое число Необходимость долгого прогревания двигателя зимойНизкий срок хранения (3 месяца)Удорожание сельхозпродуктов в случае широкого потребления биодизеля - Высокая Умеренно высокая
Хорошая возгораемость Практически невозможность использования зимойУдорожание сельхозпродуктов в случае широкого потребления этанолаВ странах, где нефть не добывается, использовать этанол невыгодно - Средняя Низкая
Немного лучшая экологичность, чем у нефтепродуктов Трудность транспортировки крупных объёмовОпасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобиле Грузовые автомобили Средняя Умеренно низкая
НетоксичностьВысокое октановое числоОснащённость инфраструктурой по АЗС Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобиле Любые автомобили после модификации установкой ГБО Средняя Умеренно низкая
Высокий КПДНетоксичностьЭкономичность Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобилеСамая низкая сжимаемость при охлаждении Специальная версия Honda Civic GX Средняя Умеренно низкая
Лучшая экономичность, нежели в электромобилях Низкая эффективность AirPod Высокая Низкая
ЭкологичностьПолная замена двигателя Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобилеОтсутствие инфраструктуры при активных разработках Volkswagen CooLN2Car Высокая Аналогичная
- - - Низкая Умеренно низкая
Практически нулевая стоимостьЭкологичность Большая требуемая площадь для потребления энергии батареей Solar Challenge Высокая Низкая
Высокое цетановое числоЭкологичность - Экспериментальные автомобили Volvo, Nissan и КАМАЗ Умеренно высокая Аналогичная
Экологичность выхлопов Небольшая энергопроизводительностьВысокая токсичность Goldsworthy GurneyСпециальная версия Chevrolet Impala Средняя Аналогичная
Экологичность Долгий процесс приведения в движение автомобиляБольшой занимаемый объёмДороговизна использования (требуется нагрев воды)Очень низкая эффективность Stanley Steamer Высокая Высокая
Экологичность Самая низкая эффективностьБессмысленность Sinclair C5Twike Высокая Высокая
Экологичность Требуются определённые условия для выращивания - Высокая Высокая

Потребление альтернативных видов топлива на 2011 год

Сравнение потребления альтернативных видов топлива и традиционных (бензин и дизель)

howcarworks.ru


Смотрите также