Причины распространения "газовых" технологий в Европе можно объяснить, с одной стороны, заботой об экологии, с другой - чисто экономическими соображениями. Об экологической безопасности у нас не думают, но мысль о том, что платить за топливо можно в разы меньше (а цена на природный газ сейчас всего 1400 рублей за кубометр!), должна согревать.
Недостатки? Ну куда же без них! Во-первых, это вопрос размещения газовых баллонов. Заводские "метановые" версии могут быть как битопливными (работающими на бензине и природном газе и имеющими достаточный запас хода для обоих видов топлива), так и однотопливными (в этом случае емкость для бензина составляет всего несколько литров "на всякий пожарный случай"). Но в любом случае баллоны отнимают место и увеличивают снаряженную массу, при этом обеспечиваемый запас хода на газу, как правило, меньше, чем у бензиновой версии, - спасает суммарная автономность, которая складывается не только из "газового", но и "бензинового" запаса хода.
Вторая проблема - сеть заправочных станций пока только развивается. На сегодняшний день в республике всего 38 "метановых" заправок, что в определенном смысле ограничивает владельца такого автомобиля, - как ни крути, а тех же "пропановых" заправок куда больше. В-третьих, открытым остается вопрос обслуживания таких автомобилей: да, в стране существуют специализированные мастерские, но их немного, а на обычных СТО за ряд работ на автомобиле с газовым оборудованием могут просто не взяться.
Еще один недостаток: если устанавливать систему на обычный бензиновый автомобиль, то стоимость оборудования для работы на метане в 2,5-3 раза выше, чем ГБО под пропан. С другой стороны, можно поискать уже существующие заводские версии, благо они встречаются даже на нашем рынке. У них свое преимущество: при проектировании газовой модификации производитель должен вносить необходимые коррективы в конструкцию двигателя и тщательно его испытывать, так что с точки зрения ресурса и надежности газовая версия мотора не должна серьезно отличаться от бензиновой. Для покупателя "бэушки" это плюс. Ну а минус состоит в том, что такой автомобиль в Европе может иметь пробег не намного меньше, чем дизельный, - для чего покупают такие машины в Старом Свете, мы уже сказали.
Газовый конденсат
14100за тонну
Использование газовых конденсатов в качестве моторного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного расхода топлива.
Преимущества:
нет
Недостатки:
Вредное воздействие на центральную нервную систему
Недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом
Снижение мощности двигателя
Диметилэфир
Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.
На сегодняшний день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тыс. т в год.
В последние годы разрабатываются технологические процессы получения диметилэфира из синтетического горючего газа, производимого из угля.
В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.
В будущем диметилэфир можно рассматривать только в качестве продукта, имеющего ограниченные возможности, так как производство сжиженного природного газа характеризуется более значительной экономией за счет масштабов производства, более низким уровнем капитальных затрат и более высокой эффективностью процесса производства.
Преимущества:
Нет
Недостатки:
Менее конкурентоспособен, чем природный газ.
Меньше теплопроводность
При производстве требует много вложений
Шахтный метан
540.00 руб
В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. В США за период с 1988 по 2000 гг. добыча угольного метана из специальных скважин возросла от 1 млрд до 40 мрлд м3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд м3. Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют, по различным источникам, 48-65 трлн м3.
Преимущества:
Не сложная добыча.
Недостатки:
Опасен в производстве.
Этанол и метанол
$3.90/bushel
Этанол (питьевой спирт), обладающий высоким октановым числом и энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 г. активно использует этанол - в стране более 7 млн автомобилей заправляются этанолом и еще 9 млн - его смесью с бензином (газохолом). США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется как “чистое” топливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн двигателей. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами.
Метанол как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его широкое применение на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки - метилтретбутилового эфира, который в настоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.
Преимущества:
Обладающий высоким октановым числом и энергетической ценностью.
Легко добывается
Налоговые льготы
Низкая пожароопасность
Недостатки:
Добывается сравнительно мало
Высокая стоимость
Электроэнергия
137 коп./кВт.ч
Заслуживает внимания применение электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально решается вопрос, связанный с токсичностью отработанных газов, появляется возможность использования нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей.
Преимущества:
Полностью экологичен
Простая добыча
Эффективен
Почти неистощаемые запасы (вечное производство)
Появляется возможность использования нефти для создания других органич. Соединений.
Очень развито производство.
Недостатки:
Ограниченный запас хода автомобиля.
Высокая первичная стоимость.
Биодизельное топливо
1910 рублей.
В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из рапса (возможно также производство из отработанного растительного масла). В Австрии такое топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/год; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/год; в Италии - 60 тыс. т/год. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях. Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей (города, реки, леса, открытые разработки угля (руды), помещения парников и т.п.) - cодержание серы в биодизельном топливе составляет 0,02%.
В Европе биодизельное топливо применяется по двум принципиальным схемам: “немецкой” и “французской”.В настоящее время в Германии действует около 12 централизованных и 80 децентрализованных заводов по производству рапсового масла, а топливо “Biodiesel” выпускает восемь немецких фирм. “Французская” схема предусматривает централизованное производство diestera на мощных установках (5-10 тыс. т в год).
Преимущества:
Возможность производства из отработанного масла
Меньше вредных веществ выделяется
Недостатки:
Не очень развитое роизводство
Воздух
Во Франции уже начато производство автомобиля, в качестве топлива для которого будет использоваться сжатый воздух. Принцип работы мотора машины очень похож на принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Только в двух цилиндрах воздух-кара не бензин “встречается” с искрой, а холодный воздух с теплым. По предварительным данным, автомобиль будет стоить порядка 13 тыс. евро. Запас хода - 200 км.
Преимущества:
Нет
Недостатки:
Маленький запас хода
Неразвитое производство
Дорогая первичная плата
Водород
Водород является эффективным аккумулятором энергии. Применение водорода в качестве топлива возможно в разнообразных условиях, что может дать существенный вклад в мировую энергетику, когда ресурсы ископаемого топлива будут близки к полному истощению. По сравнению с бензином и дизельным топливом водород более эффективен и меньше загрязняет окружающую среду. Взрывоопасность водорода резко снижается с применением специальных присадок (например, добавка 1% пропилена делает Н2 безопасным).
Использование водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания начинается с 70-х годов прошлого века. В 1974 году появились автомобили, работающие исключительно на водороде. Пионерами в этой области были «Биллингз энеджи» (США) и «Даймлер-Бенц» (ФРГ). В 1979 году компания БМВ (ФРГ) в рамках программы «Чистая энергия» выпустила седьмую модель, которая также в качестве топлива использовала чистый водород. Длина пробега на одной заправке менялась от 120 км. (автобус «Биллингз» на базе «Доджа») до 300 км. (БМВ на базе седьмой модели).
В конце века каждая автомобильная компания имеет концепт-кар, который работает на водороде. Однако некоторые фирмы предлагают комбинированные решения. Так, «Мазда» предлагает автомобиль (модель RX8HRE), который имеет возможность чередовать топливо (водород и бензин). Другие автопроизводители совмещают эти виды топлива. В США выпускают седельные тягачи, в двигателях которых используется смесь дизельного и водородного топлива. Это позволяет увеличить мощность двигателя, экологическую чистоту и уменьшить расход топлива. Система осуществляет электролиз воды, собирает водород и направляет его в камеру сгорания, обеспечивая более высокую эффективность сгорания топлива.
Еще одно направление использования водорода – применение в аккумуляторных батареях электромобилей. Лидерство в этой области принадлежит японским фирмам, которые разработали эффективные водородные электроды, используемые в топливных элементах.
Однако во всех методах использования водородного топлива основная проблема – хранение водорода. Известны три основных способа хранения:
- сжатый газ;
- сжиженный газ;
- металлогидридный способ.
Рассмотрим хранение водорода под давлением. Так, в модели “Мазда RX8HRE” давление сжатого водорода 350 атм. (обычное давление в баллоне 140 атм.). Минимальная работа
А=RTlnP,
необходимая для изотермического сжатия от давления в 1 атм. до 350 атм., составляет при 298 К – 14,5 кДж (от 1 до 140 атм. А ≈ 12,2 кДж). Так как к.п.д. компессора ограничен, эта работа составит 20 кДж. Тепловая энергия, по крайней мере, в 2,5 раза больше механической, таким образом, получается почти 50кДж. Это заметная доля потенциальной теплоты сгорания водорода.
Сжижение водорода требует затраты энергии 29,2 кДж/моль. Соответствующая тепловая энергия, по крайней мере, в 2,5 раза больше и составляет около 73 кДж/моль. Теплота полного сгорания одного моля водорода составляет 290 кДж/моль, т.е. в четыре раза больше затрачиваемой энергии. Использование в програме БМВ “Чистая энергия” жидкого водорода (- 253 ○С) приводит к большим потерям. Так, 170 л. жидкого водорода стравливаются за три дня.
Использование жидкого водорода и водорода под давлением довольно неэффективно. Третий способ хранения водорода – металлогидридный, наиболее перспективный. Гидриды металлов служат источником водорода, который получается за счет химической реакции или термического разложения. Обратимое гидрирование системы Pd-H было исследовано Т.Грэмом более 100 лет назад. В настоящее время исследовано большое количество систем Ме-Н, которые поглощают большое количество водорода, а затем при изменении условий возвращают его обратно. Большая часть газа выделяется при постоянном давлении. Если механизмом хранения было бы растворение газа в металле или сплаве, то давление водорода менялось по закону Сивертса (Р=к(Н/Ме)2 – частному случаю закона Генри при диссоциации растворенного газа). Подобная реакция имеет место на начальном этапе, в дальнейшем процесс контролируется не явлением растворимости, а химической реакцией.
Транспортные средства, использующие водород, выигрывают по сравнению с бензиновым транспортом. При этом водородные прототипы конкурентны с действующими электромобилями. Энергетическая плотность самых примитивных батарей составляет около 25 Вт ч / кг. Энергетическая плотность гидридов (например, TiFe) составляет 500Вт ч / кг (при сжигании водорода до водяного пара). С учетом массы контейнера для хранения гидрида, к.п.д. сгорания водорода в 2 раза превышает энергетическую плотность батареи.
Водород может найти применение в качестве автомобильного топлива в зависимости от многих экологических и экономических факторов, в первую очередь от истощения природных ресурсов. Это весьма актуально и для Украины в плане диверсификации источников энергии и укрепления энергетической независимости страны. Поэтому усовершенствование автомобильных гидридных систем (как наиболее перспективных), без сомнения, является важной научно-технической задачей.
Преимущества:
Огромные запасы
Развитое производство
Много способов производства
Эффективен
Мало вредных выбросов
Недостатки:
Загрязняет двигатель
Дорого
Спирты
Среди альтернативных видов топлива в первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства – высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток – пониженная теплотворная способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Кроме того, из-за плохой испаряемости метанола и этанола затруднён запуск двигателя.
Использование спиртов в качестве автомобильного топлива требует незначительной переделки двигателя. Например, для работы на метаноле достаточно перерегулировать карбюратор, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить некоторые подверженные коррозии материалы более стойкими. Учитывая ядовитость чистого метанола, необходимо предусмотреть тщательную герметизацию топливоподающей системы автомобиля.
Сделать двигатель «чистым» нетрудно. Надо лишь перевести его с бензина на сжатый воздух. Но эта идея не выдержала критики, когда речь заходит об автомобильных двигателях: далеко на таком «горючем» не уедешь. И американские специалисты предложили заменить сжатый воздух жидким азотом. Они даже разработали конструкцию автомобиля, в котором азот, расширяясь при испарении, будет толкать три поршня двигателя. А чтобы процесс испарения шёл активнее, азот предлагают впрыскивать в особую подогревательную камеру, где сжигается небольшое количество дизельного топлива. Такая схема при достаточной мощности обеспечит запас хода до 500 км. Существуют два способа применения спирта в качестве горючего для автомобильных моторов – при частичной (до 20%) и при полной замене бензина и дизельного топлива. Высокие антидетонационные качества определяют преимущественное использование спирта в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием. Стандартный двигатель не нужно переделывать для работы на бензо-спиртовой смеси.
На АО «АвтоВАЗ» были проведены испытания бензина АИ-95 с 10-процентным содержанием этанола на токсичность, расход топлива и обеспечение динамики автомобиля без перерегулировки двигателя. Было установлено, что добавка к бензину 10% спирта приводит к обеднению топливовоздушной смеси и незначительно ухудшает ездовые качества машины практически на всех режимах движения. При переходе на АИ-95Э с 10-процентным содержанием этанола требуется перерегулировка карбюратора.
Согласно результатам стендовых испытаний «АвтоВАЗа», применение бензина АИ-95Э с 5-процентным содержанием спирта не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля и не требует изменения исходных регулировок двигателя.
А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12–14 ед. (чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива) и перерегулировка карбюратора или перепрограммирование ЭБУ инжекторного двигателя. Горючую смесь необходимо немного обогатить: для сгорания 1 кг спирта требуется 9 кг воздуха, а для сгорания 1 кг бензина – 14,93 кг.
Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спирт добавляют 4–6% изопентана (С5Н12) или 6–8% диметилового эфира (СН3-О-СН3 или С2Н6О), что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температуре от –25°С и выше. Для этой же цели спиртовые моторы оборудуют специальными пусковыми подогревателями. В случае неустойчивой работы двигателя при повышенных нагрузках (из-за плохого испарения спирта) применяется дополнительный подогрев топливной смеси с помощью, например, отработавших газов.
Преимущества:
Требует незначительной переделки двигателя
Недостатки:
Ядовит
Маленький запас хода
Не развито производство (в частности спирта,как топлива)
Тритий
Тритий представляет собой радиоактивный изотоп водорода (водород-3, 3H) с атомной массой 3 (один протон, два нейтрона). Период полураспада трития равен 12.34 года.
Распадаясь, тритий превращается в гелий, выделяя при этом довольно интенсивное бета-излучение. Правда энергия его бета-частиц относительно невелика, поэтому при нахождении вне организма (внешнее облучение) тритий серьезной угрозы не представляет.
Другое дело, что при внутреннем облучении (при попадании трития внутрь организма человека с воздухом или водой), он может представлять серьезную угрозу для здоровья. Дело в том, что тритий, являясь изотопом водорода, химически ведет себя также как водород, и поэтому способен замещать его во всех соединениях с кислородом, серой, азотом, легко проникая в протоплазму любой клетки. В этом случае испускаемое тритием бета-излучение способно серьезно повредить генетический аппарат клеток.
Исследования, посвященные поведения трития в биологических объектах, свидетельствуют о его подчас тысячекратном накоплении в живых организмах и пищевых цепочках.
К счастью, в естественных земных экосистемах (исключая недра планеты) трития почти нет - его ничтожные количества образуются лишь при взаимодействии космического излучения с газами атмосферы. На всей Земле едва ли наберётся более 1 кг естественного трития. Однако в последние десятилетия основным источником трития становятся атомные электростанции. Тритий является основным радиоактивным компонентом жидких сбросов и газообразных выбросов большинства атомных электростанций, так как практически не поддается фильтрации. Это приводит к загрязнению почвы, грунтовых и поверхностных вод вокруг АЭС. Уже давно было показано, что в окрестностях некоторых американских АЭС содержание трития в хвое деревьев с наветренной стороны в 10 раз больше, чем с подветренной, прямое доказательство, что именно АЭС являются источником трития.
Эти и некоторые другие специфические особенности позволяют отнести тритий к числу наиболее радиационно-опасных долгоживущих нуклидов, которые способны загрязнять биосферу не только в районе непосредственного размещения источника, но и в региональном и глобальном масштабе.
Производство одного килограмма трития обходится в 30 млн долларов.
· Практически неисчерпаемые запасы топлива (водород).
· Топливо можно добывать из морской воды на любом побережье мира, что делает невозможным монополизацию топливных ресурсов одной или группой стран.
· Невозможность неуправляемой реакции синтеза.
· Отсутствие продуктов сгорания.
· Нет необходимости использовать материалы, которые могут быть использованы для производства ядерных взрывных устройств, таким образом исключается возможность саботажа и терроризма.
· По сравнению с ядерными реакторами вырабатываются радиоактивные отходы с коротким периодом полураспада.
· С помощью вычислений можно провести оценку, что наперсток, наполненный дейтерием, производит энергию, эквивалентную 20 тоннам угля. Озеро среднего размера в состоянии обеспечить любую страну энергией на сотни лет. Однако следует заметить, что существующие исследовательские реакторы спроектированы для достижения прямой дейтериево-тритиевой (DT) реакции, цикл топлива которой требует использования лития для производства трития, тогда как заявления о неисчерпаемости энергии касаются использования дейтериево-дейтериевой (DD) реакции во втором поколении реакторов.
· Так же, как и реакция распада, реакция синтеза не производит углекислотных выбросов в атмосферу, являющихся главным вкладом в глобальное потепление. Это является значительным преимуществом, поскольку использование ископаемых топлив для производства электроэнергии имеет своим следствием то, что, например, в США производится 29 кг CO2 (один из основных газов, которые могут считаться причиной глобального потепления) на жителя США в день.
· В отличие от неядерных электростанций на возобновляемых источниках энергии, термоядерные реакторы можно устанавливать где угодно (в том числе на транспорте: суда, самолёты и даже автомобили), в каких угодно количествах и без серьёзного вреда для окружающей среды (затопления водохранилищ, поражение птиц лопастями ветровых электростанций…).
· В космосе же они вовсе незаменимы, т.к. дальше пояса астероидов и, тем более, на ночных сторонах планет солнечные батареи неэффективны, химические топлива неприменимы вовсе, традиционное ядерное топливо есть далеко не везде, а вот водород в изобилии.
ДМЭ
ДМЭ уже на раз проходил испытания в качестве моторного топлива, подтверждая тем самым, целесообразность такого его использования. Применение ДМЭ в качестве моторного топлива позволяет резко снизить уровень шума, исключить выбросы сажи и снизить выбросы окислов азота.
Однако значительное различие в свойствах ДМЭ и дизельного топлива вызывает ряд специфических проблем. Например, с учетом более низкой плотности и теплотворной способности для сохранения мощности дизеля необходимы в 1,7-1,9 раза большие объемные цикловые подачи. При проектировании топливного насоса высокого давления приходится учитывать, что в силу значительно большей сжимаемости ДМЭ необходимо увеличивать запас по объемной производительности на номинальном режиме в 2,4-2,7 раза и т.д. Технологии производства ДМЭ освоены уже давно. В СНГ их разработчиком является НИИ «Химтехнология».
Сравнение по ценам:
Тритий, безусловно, самый дорогой и опасный вид топлива, который годится в качестве альтернативы бензину. Но при одной «заправке» тритием автомобиль может ездить без дозаправки год.
Литература
1. Горелик Д.О., Конопелько Л.А. Мониторинг загрязнения атмосферы и источников выбросов. Аэроаналитические измерения. - М.:Издательство стандаартов, 1992.
2. Примак А.В., Кафаров В.В., Системный анализ контроля и управления качества воздуха и воды.- Киев.: Наука, 1991.
3. Израэль Ю.А. Концепция мониторинга состояния биосферы. - Л.: Гидрометеоиздат,1987.
4. Герасимов И.П. Научные основы мониторинга окружающей среды. - Л.: Гидрометеоиздат, 1987.
5. Вавилин В.А. Моделирование - метод исследования при решении задач регионального мониторинга. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977.
6. Аксёнов И.Я., Аксёнов В.И. Транспорт и охрана окружающей среды. – М.: Транспорт, 1986.
7. Голубев И.Р., Новиков Ю.В. Окружающая среда и транспорт. – М.: Транспорт, 1987.
8. Иванов В.Н., Сторчевус В.К., Доброхотов В.С. Экология и автомобилизация. – Киев: Будiвельник, 1983.
9. Хомяк Я.В., Скорченко В.Ф. Автомобильные дороги и окружающая среда. – Киев: Вища школа, 1983.
10. Якубовский Ю. Автомобильный транспорт и защита окружающей среды. – М.: Транспорт, 1979.