Новости альтернативной энергетики
Перспективы производства и применения нефтяных и альтернативных моторных топлив
Для выявления перспективных тенденций в динамике и структуре потребления моторных топлив необходимо, во-первых, выбрать те отрасли, где их применение дает максимальный народнохозяйственный эффект; во-вторых, выделить те направления научно-технического прогресса, которые позволяют существенно снизить расход нефти за счет использования прогрессивной техники и технологии как при производстве, так и применении нефтяных топлив; в-третьих, определить наиболее перспективные альтернативные заменители нефтяных топлив с точки зрения ресурсной обеспеченности, технической возможности и экономической целесообразности замещения. Решение этих задач тесно связано с оценкой перспективных потребностей в топливе и энергии в целом и ее отдельных видов и наличием «зоны неопределенности» при выполнении таких прогнозов.
Экологические проблемы производства и применения альтернативных моторных топлив
Промышленное производство и энергетика, автомобильный транспорт и авиация, химизация сельского хозяйства и многие другие сферы деятельности человека приводят к изменению внешней среды и являются источниками загрязнения атмосферы, почвы, водоемов и морей. К основным веществам, загрязняющим воздушный бассейн, относятся оксид углерода, углеводороды, оксиды серы и азота и твердые частицы (первичные загрязнители). Другие вещества по своему происхождению являются вторичными. Например, так называемые «кислотные дожди», образующиеся в результате взаимодействия оксидов серы и азота с влагой воздуха.
Экономика и перспективы применения альтернативных топлив
Большинство альтернативных моторных топлив отличается от традиционных бензинов и дизельных топлив физико-химическими и эксплуатационными свойствами, что ведет к существенному изменению характеристик силовой установки и эксплуатационных качеств самого автомобиля. Несмотря на накопленный обширный материал по применению альтернативных топлив на автомобильном и других видах транспорта, использование этого материала для сравнительной оценки эффективности и расчета технико-экономических показателей транспортного процесса затруднено. Это обусловлено неодинаковыми условиями проводимых экспериментов и практической эксплуатации транспортных средств, их ограниченным объемом, а часто и противоречивыми результатами. В подтверждение высказанного приведем примеры различной оценки экономической эффективности применения сжатого природного газа на грузовых автомобилях.
Экономика производства альтернативных топлив
Для экономики производства альтернативных моторных топлив определяющими факторами являются следующие; физико-химические свойства, агрегатное состояние и стоимость исходного сырья; теоретический термический к. п. д. процесса и его реальная энергетическая эффективность; жесткость требований к конструкционным материалам, оборудованию и аппаратурному оформлению (определяется условиями процесса – температурой, давлением, наличием коррозии, эрозии и др.); расход катализаторов, реагентов, энергетических ресурсов, воды; сложность и трудоемкость эксплуатационного и ремонтного обслуживания; район добычи сырья и строительства предприятия по его переработке, что связано с требованиями по созданию инфраструктуры, включая мероприятия по охране окружающей среды.
Определение эффективности производства и применения альтернативных топлив
Условия для перспективного производства и применения различных альтернативных моторных топлив могут быть сформулированы следующим образом: наличие достаточных сырьевых ресурсов и приемлемые технико-экономические показатели их добычи и переработки; технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками; благоприятные экономические и экологические показатели процесса топливоиспользования; безопасность и безвредность.
Прочие виды альтернативных топлив
При работе дизельных двигателей на растительных маслах к. п. д. несколько выше, чем при работе на товарном дизельном топливе, однако мощность снижается на 5–20% в зависимости от вида масла. Из-за пониженной теплоты сгорания топливная экономичность двигателя несколько ухудшается и,, кроме того, наблюдается повышенное количество углеродистых отложений при длительной работе. Эксплуатационные свойства растительных масел могут быть улучшены путем их: очистки или введения специальных присадок. На основании экспериментов установлено, что предкамерные дизели при работе на растительных маслах имеют лучшие характеристики и менее склонны к выходу из строя, чем дизели с неразделенной камерой сгорания. Так, в исследованиях тракторного дизеля на смеси рапсового масла и дизельного топлива в равном соотношении после 287 ч эксплуатации наблюдалось залегание колец, засмоление выпускного канала и значительные отложения на выпускных клапанах, хотя распылители форсунок и элементы топливного насоса высокого давления оставались без изменения.
Продукты газификации
В течение ряда лет неоднократно изучалась и в отдельных случаях находила практическое воплощение идея использования продуктов предварительной газификации топлива в тепловых двигателях. Так, в 20–30-е годы широко использовали на автомобилях продукты газификации твердого топлива – древесные чурки, древесный и каменный уголь, торфяные и соломенные брикеты и др. Газификация осуществлялась в специальном газогенераторе, установленном на автомобиле (такие автомобили называли газогенераторными). Газогенераторная установка включала агрегаты очистки и охлаждения получаемого газа и приспособления для розжига топлива и обеспечения пуска двигателя. Основной топливный газ, получаемый при газификации, – оксид углерода.
Водородные топлива
Интерес к водороду как моторному топливу обусловлен его высокими энергетическими показателями, отсутствием вредных веществ в продуктах сгорания и, главное, – практически неограниченной сырьевой базой. Водород характеризуется наиболее высокими энергомассовыми показателями среди химических топлив. Низшая теплота сгорания молекулярного водорода (с образованием водяного пара) составляет 241,9 МДж/ /моль, что соответствует 120 МДж/кг. В то же время из-за низкой плотности водород по объемной теплопроизводительности уступает большинству жидких и газообразных топлив.
Двухтопливные композиции
Выпускаемые в настоящее время автомобильные карбюраторные двигатели имеют однотопливные системы питания, которые предназначены для бензина с октановым числом, обеспечивающим работу двигателя без детонации на всех режимах. В то же время на основных эксплуатационных режимах работы двигателя требуемый уровень детонационной стойкости горючей смеси на 10–12 октановых единиц ниже, чем при работе при максимальных нагрузках, доля которых в обычных условиях эксплуатации автомобилей составляет 20–30%. Более рационально использовать двухтопливные системы питания и в первую (основную) постоянйо подавать низкооктановый бензин, а во вторую – высокооктановую добавку.
Топлива с добавками воды
Первые попытки применения воды в рабочих процессах двигателей внутреннего сгорания были предприняты почти одновременно с их появлением. Еше на заре эры автомобилизации для улучшения работы двигателя Р. Ленуара использовалась подача воды в горючую смесь. В 1884 г. Р. Банки (Венгрия) и позже, в 1906 г., И. Оствальд (Германия) создали двигатели с впрыском воды. В 30-е, годы ряд зарубежных фирм начали повсеместно использовать впрыск воды для повышения мощности двигателей. Так, в 1937 г. был испытан автомобиль «Оре!» с увеличенной на 10% мощностью двигателя за счет повышения степени сжатия с 5,4 до 7,7. Для обеспечения бездетонационной работы в двигатель подавали 20–35% воды (от расхода топлива).
Топлива с ненефтяными добавками
Главным преимуществом топлив с ненефтяными добавками является сопоставимость их моторных свойств со свойствами традиционных топлив. Добавками могут быть различные соединения, в частности рассмотренные выше спирты. Высокие антидетонационные свойства метанола в сочетании с возможностью его производства из ненефтяного сырья позволяют рассматривать этот продукт в качестве перспективного высокооктанового компонента автомобильных бензинов, получивших название бензинометанольных смесей.
Спиртовые топлива
Высокие антидетонационные качества определяют преимущественное использование спиртов в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием. При этом основные мероприятия по переводу автомобилей на работу на чистых спиртах сводятся к увеличению вместимости топливного бака (в случае необходимости сохранения беззаправочного-пробега), увеличению степени сжатия двигателя до 12–14 с целью полного использования детонационной стойкости топлива и перерегулировки карбюратора на более высокие его расходы (в соответствии со стехиометрическим коэффициентом) и большую степень обеднения смеси. Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спиртов делают практически невозможным запуск карбюраторных двигателей уже при температурах ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спирты добавляют 4–6% изопентана или 6–8% диметилового эфира, что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температуре окружающего воздуха от –20 до> –25 °С.
Газовые углеводородные топлива
В последнее время объективная необходимость экономии ресурсов нефти привела к увеличению числа автомобилей, работающих на газовых топливах. Во многих странах, например в Японии, переход на газовое топливо рассматривается как радикальная мера снижения вредных выбросов автомобилей и оздоровления воздушного бассейна больших городов. В настоящее время мировой парк автомобилей, эксплуатируемых на газовых топливах, оценивается в 3–3,5 млн. шт. В нашей стране расширяются масштабы применения как сжатого, так и сжиженного газов. С учетом Единой системы газоснабжения, значительных запасов и растущих объемов добычи природного газа наиболее высокими темпами осуществляется перевод автомобилей на сжатый природный газ.
Характеристика альтернативных топлив
Применение альтернативных видов топлив на автомобильном транспорте обусловлено прежде всего его опережающим развитием и высокой энергоемкостью, поэтому автомобильный транспорт стал ведущим потребителем топливно-энергетических ресурсов на транспорте (рис. 4.1) Для классификации альтернативных топлив применительно к автомобильному транспорту отличительные признаки могут быть сгруппированы по следующим составляющим цикла энергопотребления.
Газовые моторные топлива
В последние годы многими учеными выдвигается и разрабатывается концепция водородной энергетики, согласно которой в дальней перспективе возможен и целесообразен массовый переход от традиционных ископаемых энергоносителей к основному и универсальному энергоносителю – водороду в сочетании с широким применением ядерной энергии для его производства. К преимуществам водорода относятся практически неограниченная ресурсная база, экологическая чистота при использовании в качестве топлива, сравнительная легкость транспорта и возможность использования в существующих конструкциях двигателей. Вместе с тем водород обладает и специфическими свойствами, осложняющими его использование, в первую очередь, это низкая энергетическая плотность и повышенная взрывоопасность.