Виды топлива

Размещено на http://www.allbest.ru/

Виды топлива

Размышления о том, что ждет нас в будущем и раньше не давало покоя ученым. Сегодня на эту тему говорят все: от государственных руководителей до школьников. Глобальное потепление, таяние вековых льдов, демографические проблемы, клонирование человека, современные и будущие средства связи и передвижения, зависимость людей от энергоносителей. И все же в перечне главных проблем планеты Земля не последнее место занимают увеличение потребления природных ресурсов, ведущее к исчерпанию запасов нефти и вызывает загрязнение окружающей среды, и глобальное потепление климата, которое, по мнению ученых, вызвано повышением выбросов в атмосферу углекислого газа.

С 2003 по 2013 г. баррель (160 л) нефти вырос в цене более чем в 14 раз и мир все больше начал обращать внимание на альтернативные источники энергии -- иные виды топлива для двигателей внутреннего сгорания, а также модификации автомобильных двигателей, которые не используют топливо, изготовленное из нефти. природный топливо экологичность

По самым смелым прогнозам, через 140 лет запасы нефти истощатся. И если на ниве производства электроэнергии решение очевидно -- угольные и мазутные электростанции можно заменить на атомные, по поводу же модернизации автотранспорта единого мнения у человечества нет. Чем будем заправляться? Биодизелем , водородом, этанолом или электричеством?

Отголоски уже доходят и до Украины, где, впрочем, пока немногие понимают, что же это такое на самом деле. В прессе иногда можно встретить рассказы о чудесных веществах, совершенно не загрязняющих окружающую среду и более эффективных, чем бензин, керосин и дизельное топливо.

Природные виды топлива в настоящее время являются нашим основным источником энергии. Углеводороды сжигают, чтобы разрушить молекулярные связи и освободить их энергию. Высокий уровень потребления ископаемых видов топлива приводит к значительному загрязнению природной среды, когда они сжигаются.

Растущий интерес к альтернативным видам топлива для легковых и грузовых автомобилей обусловлен тремя существенными соображениями: альтернативные виды топлива, как правило, дают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнение воздуха и глобальное потепление; большинство альтернативных видов топлива производится из неисчерпаемых запасов; использование альтернативных видов топлива позволяет любому государству повысить энергетическую независимость и безопасность.

Топливо будущего - альтернатива природным ископаемым. Природные виды топлива в настоящее время являются нашим основным источником энергии. Углеводороды сжигают, чтобы разрушить молекулярные связи и освободить их энергию. Высокий уровень потребления ископаемых видов топлива приводит к значительному загрязнению природной среды, когда они сжигаются.

Мы живем в 21 веке, это время новых технологий, и многие ученые считают, что пришло время для создания альтернативного топлива будущего, которое способно заменить традиционное топливо и ликвидировать нашу зависимость от него. За последние 150 лет, использование углеводородов увеличило количество углекислого газа в атмосфере на 25%. Сжигание углеводородов приводит и к другим видам загрязнения, таким как смог, кислотные дожди и загрязнение воздуха. Этот тип загрязнения не только наносит вред окружающей среде, здоровью животных и людей, но, кроме того, приводит к войнам. На данный момент важно найти новые решения и установить альтернативные источники топлива для будущего.

Биодизель

Идея использовать растительные масла в качестве топлив для дизельных двигателей была выдвинута еще при создании первых таких моторов. Однако с освоением нефтяных запасов в XX веке более выгодным оказалось топливо из нефти. Сейчас биодизельное топливо часто отождествляют с рапсовым маслом, которое действительно стало основным сырьевым источником "биосоляры" в Европе. Однако биодизельное топливо можно получать и из других масел, например, подсолнечного, пальмового или соевого, что и делают за пределами Европы.

Важно иметь в виду, что сами по себе растительные масла в качестве топлив не используются. Любая "биосоляра" представляет собой смесь продуктов переэтерификации растительных масел. В растительном содержатся жиры - эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения "биосоляры" эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты - метанол и, реже, этанол. В Европе основным биодизельным топливом стал метиловый эфир рапсового масла.

Преимуществами биотоплива являются:

1. экологичность -- самый важный фактор, который предотвращает засорение окружающей среды выхлопными газами и продуктами внутреннего сгорания;

2. цена -- стоимость биотоплива на порядок ниже чем того же бензина;

3. топливная система не засоряется, на двигателе не образуется гарь, сажа.

А вот и недостатки хоть и небольшие, но все же есть:

1. самый большой недостаток в том, что в нашей стране мало заправок с биотопливом.

2. если вы захотите перейти на биотопливо - придется почистить топливную систему

3. двигатель зимой греется дольше обычного

4. использование большего количества топлива, но это зависит и от марки автомобиля.

Водород

Японские ученые считают что, новым видом топлива с легкостью может стать водород. Водород -- топливо будущего. Он имеет массу преимуществ по сравнению с другими видами топлива и имеет огромные перспективы его заменить. Он может быть использован абсолютно во всех отраслях современного производства и транспорта, даже газ, на котором готовиться пища, можно запросто, без каких либо переделок, заменить на водород. Он горит не намного хуже бензина, а продукты его горения гораздо менее ядовиты. Что же касается добычи этого газа, то его в природе очень много, а способы его добычи известны и широко используются в промышленности. В качестве отговорки от использования водорода, приводят его взрывоопасность и то, что ездить с баком, наполненным взрывчатым веществом, как минимум неспокойно. Но разве бензин не взрывоопасен? К тому же есть один старый способ получения водорода из воды - электролиз. Наверняка, при некотором количестве желания и финансирования можно построить небольшую установку, которая могла бы из воды добывать водород и перегонять его в камеру сгорания автомобиля. И тогда проблема взрывоопасности была бы решена.

Идея замены обычного шумного и дымного бензина на абсолютно чистый газ возникла много лет назад, причем как в Европе так и по всему миру. Но разработки в этой сфере велись с переменным успехом. А сейчас наступил апогей желания автопроизводителей получить независимость от нефти. Каждая, уважающая себя, компания имеет разработки в этой сфере.

Hydrogen в автомобиле может быть использован двумя способами: или сжигаться в двигателе внутреннего сгорания, или использоваться в топливных элементах. Основное количество новых концепткаров используют технологии топливных элементов. Но такие компании как Mazda и BMW пошли по второму пути и на это есть веские причины.

Автомобиль на топливных элементах - простая и чрезвычайно надежная система, но ее широкому распространению мешает инфраструктура. Например, если купить автомобиль на топливных элементах и использовать его в нашей стране, то на заправку придется ездить в Германию. А инженеры BMW пошли другим путем. Они построили автомобиль, использующий водород как горючее топливо, причем этот автомобиль может использовать как бензин, так и водород, как многие современные автомобили, оснащенные системой питания газ-бензин. Таким образом, если в вашем городе появилась хотя бы одна заправка, торгующая таким топливом - вы смело можете покупать водородный BMW Hydrogen 7.

Еще одной проблемой внедрения водорода -- является его способ хранения. Вся сложность заключается в том, что атом водорода - самый маленький по размерам в химической таблице, а это значит, что он может проникать практически сквозь любое вещество. Это значит, что даже самые толстые стальные стенки будут медленно, но верно его пропускать. Эта проблема сейчас решается химиками.

Еще одна загвоздка - сам бак. 10 кг водорода могут заменить 40 кг бензина, но дело в том, 10 кг вещества занимают объем 8000 л.! А это целый олимпийский бассейн! Для уменьшения объема газа его нужно сжижать, а сжиженный водород надо безопасно и удобно хранить. Баки современных водородных автомобилей весят около 120 кг, что почти в два раза больше стандартных баков. Но и эта проблема скоро будет решена.

Преимуществ у водородного топлива намного больше чем недостатков. Водород сгорает намного эффективнее, не имеет вредных веществ в выхлопе, не производит сажи, а это значительно увеличивает ресурс автомобилей. Водород - легко возобновляемое топливо, поэтому природа не получит практически никакого вреда.

Основным препятствием водородных технологий является инфраструктура. Очень немногие в мире заправки на данный момент готовы заправить автомобиль водородом, хотя серийные автомобили на водороде уже производит Honda и готовиться к производству BMW. В странах бывшего советского союза о водородном автомобиле вообще можно пока и не мечтать. До появления водородных заправок пройдет еще не один год, а может и десяток лет. Остается ждать, когда же и мы вместе со всем миром начнем спасать планету от экологической катастрофы.

Этанол

Этанол (еще называется этиловым спиртом или хлебным спиртом) представляет собой альтернативный вид топлива, его можно смешивать с бензином для получения топлива с более высоким октановым числом и меньшим содержанием вредных веществ в выбросах по сравнению с чистым бензином. Этанол производится за счет брожения зерновых продуктов таких как: кукуруза, ячмень или пшеница; и дистилляции. Также его можно производить из многих видов трав и деревьев, хотя здесь технология будет более сложной, в таком случае эго называют биоэтанолом.

В соответствии с Законом об энергетической политике от 1992 г. смеси, содержащие не менее 85% этанола, считаются альтернативными видами топлива.

E85, смесь состоящая на 85% из этанола и на 15% из бензина, используется в транспортных средствах с универсальной топливной системой, которые предлагаются большинством производителей транспортных средств. Транспортные средства с универсальной топливной системой могут работать на бензине, E85, или на любом сочетании этих двух видов топлива.

Смеси с большим содержанием этанола, такие как E95, также являются отличными альтернативными видами топлива. Смеси с более низкими концентрациями этанола, такие как E10 (10% этанола и 90% бензина), иногда используются для увеличения октанового числа и повышения качества выбросов, но они не рассматриваются как альтернативные виды топлива.

Производство этанола поддерживает фермеров и позволяет создавать рабочие места внутри страны. И поскольку этанол производится внутри страны и из выращиваемого в стране зерна, он снижает зависимость США от импортируемой нефти и повышает национальную энергетическую безопасность.

Электродвигатели - верное решение проблемы?

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». 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 заправки 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.

И все же пока одни ученые решают вопрос увеличения коэффициента нефтеотдачи продуктивных пластов, а другие ищут пути получения газообразного топлива из горючих сланцев, третьи пришли к выводу, что потребность в топливе можно удовлетворить обычным дедовским методом. Речь идет о "твердых нефтепродуктах", природном топливе - дровах. Идею "старую как мир" подхватили специалисты Стэнфордского университета в США, к ним присоединились и ученые университета штата Джорджия. Конечно, здесь нужны особые быстрорастущие сорта деревьев типа ольхи или платанов, которые дают до 40 т древесины с 1 га в год.

Платан - Platanus - могучее дерево с густой раскидистой кроной и толстым стволом - родоначальник обширного семейства платановых. Всего насчитывается в роду платанов около 10 видов. Высота платана достигает 60м, а длина окружности ствола - до 18м! Ствол платана ровной цилиндрической формы, кора зеленовато - серого цвета, отслаивающаяся. Листья платана пальчато-лопастные, с удлиненными черешками.

После вырубки деревьев платанов на земле остается листва, которую можно использовать для природного удобрения. Древесина платана измельчается в дробилках и подается в топку электростанций. Участок насаждения платанов в 125 км2 может обеспечить энергией город с населением 80 тыс. человек. На вырубленных площадях уже через 2-4 года из побегов вновь вырастут новые деревья платаны, пригодные для топлива. Ученые посчитали, что если 3 % территории России и Украины отвести под „энергетические плантации платанов" для выращивания природного топлива, то страны могли бы полностью удовлетворить свои потребности в топливе за счет дров.

Главным преимуществом использования "выращенного природного топлива", в противоположность "ископаемому топливу" (каменный уголь, природный газ и нефть) является то, что в процессе роста энергетический лес платанов адсорбирует углекислый газ, который позже высвобождается при его горении. Это значит, что при сжигании платанов в атмосферу выбрасывается такое количество СО2, которое поглощалось платаном во время его роста. При сжигании же ископаемого топлива, мы увеличиваем содержание СО2 в атмосфере, а это главная причина глобального потепления.

Новое топливо перспективно как ценный возобновляемый источник энергии и это будет более важным в будущем. Уже сегодня, например, крупнейшая в Европе электростанция на платане, находится в Зиммеринге (Австрия). Ее мощность 66 МВт, при ежегодном потреблении 190 тысяч тонн платана, выращиваемом здесь же в радиусе 100 км. А в Германии мощность энергетических лесов достигает 20 миллионов кубометров древесины в год.

Внимание другой группы американских ученых привлекли быстрорастущие бурые водоросли. По сути, водоросли - это та же органика, прекрасно подходящая для получения биодизельного топлива, разве что, обеспечивает отличный выход биомассы на каждый квадратный метр культивируемых площадей - в отличие от "сухопутных" растений; не содержит серы и других токсичных веществ - в отличие от нефти; наконец, отлично разлагается микроорганизмами и, главное, обеспечивает высокий процент выхода готового к использованию топлива: для некоторых типов водорослей - до 50% от исходной массы.

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. Можно лишь сказать откровенно, что в данный момент нет безоговорочного лидера. На развитие и внедрение хотя бы одного из видов «нового» потлива нужен не один год, а возможно и десятки лет. Конечно же 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.

Размещено на Allbest.ru