«аправки зеленеют

«аправки зеленеют

Ћюбой автомобиль можно назвать химическим реактором на колЄсах. ќрда этих непрерывно-периодических реакторов передвигаетс€ по поверхности нашей зелЄной планеты. ќни легко забираютс€ в любые, самые дальние еЄ уголки и загр€зн€ют их отходами своей жизнеде€тельности. »м€ им – миллиард. Ѕензины и дизельное топливо, которыми они чаще всего «питаютс€», дают сотни видов «вредностей». √лавные продукты работы реактора внутреннего сгорани€ – это диоксид углерода, он же углекислый газ, вода, а также твЄрдые частицы сажи нано, микро- и даже миллиразмеров. ¬дыхание таких частиц приводит к астме, раку лЄгких, сердечно-сосудистым заболевани€м.

ќсновна€ причина загр€знени€ воздуха выхлопными газами – это неполное сгорание, то есть окисление углеводородного топлива. „асть неокисленного топлива может реагировать с прочими продуктами сгорани€, порожда€ гидроуглероды, формальдегиды и прочие отсутствующие изначально вещества. ќбразуетс€ моноксид углерода, он же угарный газ, а также бензол, бутадиен, продукты химических превращений разнообразных примесей и топливных присадок.

  побочным продуктам принадлежат и вредные дл€ жизни оксиды азота, моно- и диоксиды примесной топливной серы. ¬ атмосфере они могут стать кислотой, в массовых количествах выпасть кислотным дождЄм. ƒополнительный загр€знитель – это и несгоревшее топливо, дол€ которого существенно мен€етс€ в зависимости от режимов работы двигател€ и состава топливной смеси.

 ак в любом химическом реакторе, изменение пропорций реагентов мен€ет выход реакции. ”величение доли воздуха в топливовоздушной смеси снижает количество некоторых загр€знителей, но усиливает реакции соединени€ кислорода и азота воздуха с образованием оксидов азота. ѕод действием солнечного света автомобильный выхлоп даЄт приземный озон. Ёто очень активное и вредное в больших концентраци€х соединение трЄх атомов кислорода, в свою очередь, разрушает оксиды азота и снижает их долю в загр€знении воздуха.

—вобода выбора

¬се автомобильные загр€знители воздуха давно изучены медиками, установлены законодательные ограничени€ на предельно допустимые концентрации вредных веществ. Ќо твЄрдые частицы сажи, бензол и бутадиен опасны в любых, самых минимальных количествах. —одержание этих выхлопных токсинов определ€етс€ не только конструкцией двигател€ и режимами его работы, но и составом топлива. ѕоэтому комбинированием топлива разного вида можно в несколько, а то и в дес€ток раз снизить токсичность выхлопов, а значит, и воздуха, который вдыхает большинство урбанизированного человечества.

  счастью, свобода выбора здесь велика, так как двигатель универсален по топливу и допускает широкий диапазон вариаций. ¬ высокотемпературных камерах сгорани€ моторов окисл€ютс€ жидкие углеводороды, аммиак, природный метан и попутные газы нефт€ного производства, спирты (метанол, этанол, пропанол, бутанол), сол€рка, парафины, растительные масла, животные жиры и пр. ј также смеси названных веществ.

лексингтон
√ибридный автомобиль GM Equinox на водородной заправочной станции в городе Ћексингтон, штат  ентукки, —Ўј

¬ некотором смысле особн€ком среди моторных топлив стоит самый лЄгкий газ нашей планеты – водород, чрезвычайно привлекательное топливо. ѕродукт выхлопа дл€ него – вода. „то может быть экологичнее? ƒа и неполное сгорание и выброс водорода, по-видимому, не критичны дл€ атмосферы. ќна посто€нно «продуваетс€» водородом из земных недр, непрерывно уход€щим в космос. ѕравда, некоторые учЄные полагают, что водород вызывает утонение озонового сло€. 

Ќо есть одна существенна€ деталь. ¬одород как энергоноситель требует технологий безопасного производства, хранени€, перемещени€ и заправки. ‘актически он требует создани€ новой водородной энергетики. «адача автомобильна€ лишь отчасти. ≈щЄ столетие назад по€вл€лись проекты транспортировки водорода по трубам как альтернатива передаче электроэнергии. Ќо человечество пока не пошло по этому пути.

—овременна€ органическа€ каталитическа€ хими€ достигла такого уровн€ развити€, что принципиальных технологических границ между разными видами топлива фактически не стало.   примеру, ещЄ во времена ¬торой мировой войны немецкие учЄные научились получать бензин из угл€, тогда каталитический процесс ‘ишера-“ропша вносил существенный вклад в военную мощь вермахта. ¬опрос преобразовани€ одного топлива в другое определ€етс€ лишь экономической выгодой. 

–юмка на пол-литра

“радиционное топливо – это бензин и дизтопливо. Ѕензин используют в двигател€х с принудительным зажиганием. ќн представл€ет собой смесь лЄгких фракций перегонки нефти. Ёто углеводороды с малыми добавками, основна€ задача которых – повысить детонационную стойкость. ƒизтопливо, смесь более т€жЄлых фракций, примен€ют в моторах с самопроизвольным воспламенением смеси под давлением. ѕлотность бензинов составл€ет от 70 до 79 процентов плотности воды, дизтоплива – от 80 до 86 процентов. “емпературный диапазон испарени€ дизельного топлива сдвинут в сторону более высоких температур относительно бензинов.

Ёкологизацию автотранспорта во второй половине прошлого века в передовых странах начинали с устранени€ максимально вредных дл€ здоровь€ человека топливных примесей и добавок, в первую очередь канцерогенов. »менно поэтому было запрещено применение этилированного бензина, содержащего примесь свинца. «амена его на другие антидетонаторы позвол€ет резко снизить загр€знение окружающей среды этим т€жЄлым металлом.  стати говор€, каталитические нейтрализаторы западных автомобилей этилированный  бензин категорически «не переваривают» и мгновенно выход€т из стро€.

ѕолутрадиционным топливом сегодн€ можно назвать газ и спирт.  огда-то, на рубеже XIX и XX веков, они были попул€рнее бензина, продававшегос€ в аптеках в качестве лекарства. — тех пор эти разновидности топлива сохран€ли свою значимость, но по разным причинам никогда не составл€ли существенной доли в автомобильных энергоносител€х. »х применение часто было вынужденным, вызванным локальными экономическими услови€ми или форсмажорными обсто€тельствами.

  альтернативному биотопливу относ€т твЄрдые, жидкие и газообразные вещества, которые могут быть получены из возобновл€емой биомассы растений и животных. ѕолучение новых топливных смесей введением биотоплива – сегодн€ один из основных способов «оздоровлени€» выхлопа. «а рубежом в бензин и дизтопливо часто добавл€ют 10–20 процентов спирта. јнгли€ несколько лет назад даже законодательно установила об€зательность п€типроцентного содержани€ биодобавок в любом углеводородном топливе. “акие пропорции позвол€ют не вносить изменени€ в регулировки двигателей.

Ѕразили€ – страна зелЄных…

—пирты как топливо стойки к детонации (октановое число 90) и дают меньше нагара в камере сгорани€. ¬редность их выхлопов снижена. ћинус спиртов – это недостаток лЄгких фракций, облегчающих запуск мотора, и низка€ теплота сгорани€. ќни также провоцируют коррозию металла. Ёнергосодержание этанола в единице объЄма примерно на треть ниже, чем у бензина. ћетанол, кроме этого, очень токсичен. ћногие автомобилисты знают, как болит голова, если в салон попадают пары купленной у обочины «левой незамерзайки». ѕриЄм внутрь этого по запаху неотличимого от обычного алкогол€ спирта гарантирует т€жЄлую поездку на вечную сто€нку.

ћетанол получают из природного или биогаза, этанол – ферментацией сахаров и крахмалов, иногда целлюлозы. Ѕутанол изготовл€ют в основном из водорослей, размножающихс€ на солнечном свету. ≈го вырабатывают после извлечени€ из них масел, идущих на биодизельное топливо. Ёнергосодержание бутанола всего на дес€ток процентов ниже бензинов, поэтому его иногда называют биобензином. ≈го можно сразу заливать в бак обычного авто.

—амые известные «спиртовые» страны – это государства обеих јмерик. ¬ Ћатинской јмерике биотопливо выгодно благодар€ поддерживаемому государством производству спиртов из сахарного тростника. Ўирокое их использование в Ѕразилии определ€етс€ и несколькими дес€тками тыс€ч продающих его ј«—. ¬ этой стране с 1993 года законодательно даже запрещена продажа чистого бензина, но в соседних государствах он есть. ¬ —Ўј, производ€щих больше всех в мире сельхозпродукции, государство реализует целевые программы, поддерживающие производителей биотоплива.

‘лексы

—егодн€, когда массовые автомобили часто изготовл€ют по модульному принципу и на одну модель приходитс€ несколько вариантов мотора, от инженеров не требуетс€ особых усилий по адаптации двигател€ под экотопливо. ÷ена вопроса – пара сотен долларов. ƒл€ автомобилей, которые потребл€ют смеси двух видов топлива в разных пропорци€х, существует специальный термин FFV (flexible fuel vehicles), означающий гибкие по топливу средства передвижени€. Ѕензобак у них один-единственный, но в него можно заливать разные смеси. ”правл€юща€ электроника автоматически установит задержку зажигани€ топливной смеси и режимы еЄ инжекции по данным электронного л€мбда зонда о пропорции смеси.

¬ именах моделей крупных автопроизводителей обычно в том или ином варианте встречаетс€ слово flex (звучит как «флекс»). Ёто Flexifuel от Volvo, Total Flex от Volksvagen, Flex Power от Chevrolet, Hi-Flex от Renault, Flexifuel дл€ европейского или Flex дл€ бразильского варианта Ford Focus. ‘лекс может потребл€ть чистый бензин, чистый этанол ≈100, а также смеси этих топлив в любой пропорции.

e85
«аправочна€ колонка ≈85 дл€ Flex-автомобилей, округ  олумби€, —Ўј

‘лексы внешне никак не отличаютс€ от традиционных автомобилей. ¬ св€зи с этим известен следующий курьЄз. ≈щЄ п€ть лет назад две трети их владельцев в —Ўј просто не знали, чем владеют, – разницы-то в цене нет. “олько три года назад продавцы стали маркировать кузова особыми шильдиками, а бензобаки – жЄлтыми крышками с названи€ми топлива, например «E85/бензин». Ѕуквы и цифры обозначают вид и процентную долю спиртов, например ћ85 содержит 85 процентов метанола в бензине. ¬ среднем же в мире в качестве топлива наиболее попул€рен хорошо всем знакомый алкоголь, этанол.

¬ —Ўј и ≈вропе флексы оптимизированы дл€ доли бензина не менее 15 процентов (топливо E85). Ёто позвол€ет надЄжно запускать мотор при пониженных температурах. «имой примен€ют 70–75 процентов смеси. ¬ тЄплой Ѕразилии это не критично, там многие автомобили имеют дополнительный маленький бачок дл€ старта при температуре ниже 15 градусов. ѕравда, пару лет назад по€вилось новое поколение автомобилей, которые в нЄм не нуждаютс€. Ќе стоит путать флексы с их двухтопливными и многотопливными собрать€ми, у которых  несколько баков дл€ разного топлива, но которым недоступно изменение пропорции смеси.

тетрадвигатель
ƒвигатель Fiat Siena 1.4 Tetrafuel. »з пресс-материалов FIAT

≈щЄ в 1996 году Ford Taurus стал первым флексом, имеющим версии дл€ езды на ≈85 или ћ85. Volkswagen Golf 1.6 Total Flex был первым бразильским флексом, который заправл€лс€ смесью от ≈20 до ≈25 и ≈100. ќн был так успешен, что теперь флексы выпускают и остальные автопроизводители этой страны: Chevrolet, Fiat, Ford, Peugeot, Renault, Honda, Mitsubishi, Toyota, Citroen, Nissan. Ќа сегодн€ в Ѕразилии «бегает» дюжина миллионов смесевых авто, на четверть меньше – в —Ўј. ¬ остальных странах их много меньше.

≈сли флекс дооборудовать газобаком, он станет трЄхтопливным.  ак, например, Multipower Engine Chevrolet Astra. ѕервым же из многотопливных был бразильский Fiat Siena Tetrafuel 1.4, который мог ездить на ≈25, ≈100, бензине и природном газе.

ќтвет ≈вропы

Ѕиологически возобновл€емым бывает и дизельное топливо. Ќа него идут растительные масла, животные жиры и даже рыбий жир. Ёнергосодержание таких топлив слегка меньше традиционного дизтоплива, а цетановое число – выше. Ёто значит, они требуют либо дальнейшей химической  обработки, либо перенастройки моторных инжекторов и модификации мотора.

Ѕиодизельное топливо содержит больше св€занного кислорода, чем обычное, а значит, даЄт меньше загр€зн€ющих атмосферу выбросов. Ёто топливо лучше смазывает двигатель, но в нЄм нет серы, с которой св€зана смазочна€ способность обычного дизтоплива.

ќбозначени€ биотоплива и его смесей аналогичны спиртовым, например ¬100, ¬ 25, B5, B2. јналогична и идеологи€ его использовани€. ¬ ≈вропе его добавл€ют в традиционное дл€ улучшени€ экологичности выхлопа. Ёто выгодно и экономически, так как дизельный двигатель из-за своего более высокого  ѕƒ и большего энергосодержани€ топлива на единицу объЄма позвол€ет экономить больше топлива на единицу пути, чем бензиновый.

Ѕиодизтопливо получают в государствах с развитым производством растительных масел. ћожно изготовить его из подсолнечного, пальмового, горчичного, конопл€ного, кокосового масла, но рапсовое  и соевое вне конкуренции. ¬ —Ўј на последнее приходитс€ 90 процентов биодизтоплива. «десь фермеры-производители широко используют его дл€ своих автомобилей, тракторов, сельхозмашин. Ѕолее же всего попул€рно биодизтопливо в ≈вропе. ѕочти дев€ть дес€тых его мирового производства приходитс€ на ≈вропейский союз.

Ќесколько модифицированные дизельные автомобили могут ездить и на стопроцентных растительных маслах, к примеру на использованных и отфильтрованных пищевых жирах. “ри года назад даже английский «ћакдональдс» анонсировал производство биотоплива из отработанных масел своих ресторанов. ƒл€ своих же автомобилей.

ќднако при низких температурах масла имеют тенденцию к замерзанию, поэтому автомобиль оборудуют дополнительным бачком дл€ старта на обычном дизтопливе. »спользованное в кулинарии растительное масло иногда имеет повышенную кислотность, что ведЄт к более быстрому износу двигател€. Ѕиодизельное топливо не имеет этих проблем, его в€зкость низка, кислотность нулева€.

®мкость мирового рынка биодизельного топлива – дес€тки миллионов тонн, обычного дизтоплива – на пор€док больше. —овокупное производство растительных масел в мире немногим более ста миллионов тонн. “реть из них приходитс€ на пальмовое и соевое масла.

¬озвращение к истокам

Ѕолее радикальный подход – полностью помен€ть вид топлива. ќднако здесь потребуетс€ существенна€ «перенастройка» двигател€. —егодн€ оп€ть в моде незабытое старое топливо, состо€щее из лЄгких углеводородов. Ёто газ.

икарус
јвтобус «»карус-280» московского 11-го автобусного парка с CNG двигателем (дизель+метан) Cummins. »сточник: buszone.net

ќн бывает двух видов: сжатый природный (CNG – compressed natural gas), состо€щий на 85–90 процентов из метана, и сжиженный (LPG – liguefied petropleum gas); попутные нефт€ные и газы газоконденсатных месторождений, в основном пропан-бутанова€ смесь. ƒл€ создани€ запаса хода на многие сотни километров  первый  закачивают в газобаки в сжатом до пары сотен атмосфер виде, второй заливают в сжиженном при 20 атмосферах виде. Ёти технологии, пожалуй, основное преп€тствие на пути применени€ данного топлива.

√аз более стоек к детонации, его октановое число – около сотни, с ним легче приготовить гомогенную смесь, он даЄт меньше нагара и меньше смывает масл€ную плЄнку со стенок камеры сгорани€. ѕри езде на таком варианте топлива сроки всех регламентных работ удлин€ютс€, а значит, уменьшаетс€ стоимость эксплуатации автомобил€. Ќо самое главное: в несколько раз снижаетс€ вредность выхлопа. —горание природного газа даЄт минимум диоксида из всех видов невозобновл€емого топлива. Ёкологичность газа даЄт возможность использовать его даже в закрытых помещени€х, например на вилочных погрузчиках фирмы Mitsubishi.

≈сть у газа и недостатки, основной – плохой запуск двигател€ при низких температурах. »з-за образовани€ лед€ных пробок в системах топливоподачи став€т подогреватели. ¬ холодное врем€ года двигатель обычно запускают на бензине, а после прогрева перевод€т на газовое топливо.

— технической точки зрени€ переход на газ – один из самых простых вариантов модификации автомобил€. ќна хорошо отработана и продолжает совершенствоватьс€.  ƒл€ этого за рубежом и частично у нас серийно производ€тс€ герметичные газобаки, надЄжные, управл€емые электроникой редукторные системы, снижающие давление по пути от бака к камере сгорани€, и пассивные и активные смесители, обеспечивающие стабильность и качество газо-воздушной смеси.

фиат
—хема силовой установки Fiat Multipla Bipower. «елЄным обозначены «газовые» части. »з пресс-материалов FIAT

‘ирменна€ продукци€ всегда гарантирует надЄжность работы двигател€ на холостом ходу и отличную динамику разгона переоборудованного автомобил€. ќборудование, оснащЄнное микропроцессором, позвол€ет легко устанавливать его на инжекторные автомобили. ’арактеристики работы двигател€ с этой системой мало чем отличаютс€ от работы на бензине. ћощность двигател€ остаЄтс€ прежней, а моторесурс и экологичность существенно возрастают. ќпыт автора показывает, что на правильно оборудованном газовой системой автомобиле при переключении топлива в движении щелчком тумблера никаких изменений работы мотора заметить нельз€.

јвтоконцерны давно производ€т и серийные автомобили с газобензиновыми двигател€ми. “аковы, например, италь€нский Fiat Multipla Bipower или немецкий Opel Zafira CNG. »з последних отметим интеллектуальный и экологичный автомобиль Honda Civic 9 с широким набором силовых агрегатов, среди которых есть и двигатель на природном газе. ј в ёжной  орее, например, два года назад фирма Hyndai начала продажу инжекторного автомобил€ Elantra LPI Hydbryd. Ёто первое гибридное авто на сжиженном газе.

 то газует?

¬о всЄм мире возрастает интерес к газу как альтернативному и экологичному топливу дл€ двигателей внутреннего сгорани€. ѕеревод автомобилей на экологичный газ становитс€ приоритетной целью всех развитых стран – особенно с разработкой месторождений сланцевого газа в —Ўј и р€де стран ≈вропы.

—амый распространЄнный газ – природный, в его потреблении лидируют ѕакистан, »ран, јргентина, Ѕразили€ – примерно по два миллиона авто в каждой стране. Ќа сжиженном газе в мире ездит дес€ток миллионов авто. ¬  —Ўј он занимает третье по попул€рности место после бензина и дизтоплива. ќднако во многих европейских странах на газомобили установлен более высокий дорожный налог.

” нас число автомобилей на газе тоже неуклонно растЄт, хот€ и медленно, в основном у коммерсантов. Ќа территории –оссии находитс€ от трети до половины всех мировых запасов природного газа, так что нам сам бог велел идти по этому пути. Ѕыло прин€то официальное решение о том, что стоимость природного газа не может превышать некоторой доли цены на бензин. ¬ нашей стране переход на газ дл€ автомобилей позвол€ет снизить расходы на горючее примерно на треть. ” нас основные потребители – «рабочие лошадки» ѕј«, «√азель», отечественные ¬ј«ы, а также €понские инжекторные машины. ¬ стране 100 тыс€ч газомобилей, на ”краине, к примеру, вдвое больше. —ейчас спрос на газ стабилен, хот€ бывал он и ажиотажным – вследствие повышени€ цен на бензин.

Ёкобиоэкзотика

ћы рассказали о видах наиболее распространЄнного топлива, но разнообразие его чрезвычайно велико, есть и довольно экзотические вариации. Ќапример, в  анаде успешно используют аммиак. ƒл€ езды на нЄм и дизельные, и бензиновые двигатели требуют минимальной модификации.

јммиак получают из воды и воздуха в особых реакторах, питаемых от электросети. ÷ена его – около п€тидес€ти центов за литр. ’от€ аммиак токсичное вещество, на практике он не более вреден, чем бензин или газ. Ёкологи€ от такого топлива вообще не страдает. ¬ выхлопе – азот и вод€ной пар.

ƒругое топливо, продукт сельского хоз€йства и животноводства – биогаз эквивалентен природному метану, но он требует серьЄзной очистки. ≈го применение определ€етс€ спецификой страны и имеющимис€ технологи€ми. ќсобенно много его вырабатываетс€ летом, когда он не потребл€етс€ дл€ отоплени€. ¬ т€жЄлые военные времена или в отдалЄнных регионах дооборудованные автомобили могут «бегать» даже на дровах, точнее на дров€ном газе.

«елЄный путь

—ейчас экономическа€ ситуаци€ в мире такова, что альтернативное топливо буквально дышит в спину традиционному. ѕервое становитс€ выгодным, чуть второе дорожает... ѕлюс таким его делают административные акты государств, стрем€щихс€ обеспечить свою энергетическую и продовольственную безопасность, – далеко не у всех в мире есть источники углеводородного топлива.

Ёкотопливных автомобилей в мире немногим больше двух процентов, то есть речь идЄт о двадцати миллионах. ≈сли же тенденции потреблени€ топлива сохран€тс€, то к середине века их число достигнет четверти всех авто.

Ќо сегодн€ задача состоит в том, чтобы выхлоп представл€л собой естественное природное вещество, к примеру, воздух, азот, чистую воду, или же этого выхлопа не было бы вообще. Ёто принципиально разрешима€ даже с двигател€ми внутреннего сгорани€ задача.

»сточник: "Ќаука и технологии в –‘"–

  • ƒата публикации: 01.09.2011
  • 3619
ќќќ Ђƒ≈Ћќ¬џ≈ —»—“≈ћџ —¬я«»ї
ќтраслевой информационно-аналитический портал, посв€щЄнный энергетике Ѕеларуси. јктуальные новости и событи€. ѕодробна€ информаци€ о компани€х, товары и услуги.
220013
–еспублика Ѕеларусь
ћинск
ул. ул. Ѕ. ’мельницкого, 7, офис 310
+375 (17) 336 15 55 , +375 (25) 694 54 56 , +375 (29) 302 40 02 , +375 (33) 387 08 05
+375 (17) 336 15 56
info@energobelarus.by
ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

ЁнергоЅеларусь

191611654
5
5
1
150
150