Среди альтернативных топлив полностью ненефтяного происхождения наибольшее распространение получили сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) и сжатый природный газ (метан). Днепропетровским химико-технологическим институтом (ДХТИ) разработано синтетическое смесевое топливо (ССТ) на основе спиртов и углеводородов, получаемых из отходящих газов металлургических производств. Опытная установка для получения ССТ построена на Никопольском ферросплавном заводе. По оценкам ДХТИ возможности по производству такого топлива составляют порядка 5 млн.т/год.
Топлива на основе этанола, такие как чистый этиловый спирт и его смеси с бензином - газохол используются в Латинской Америке (меньше в США). В Бразилии с 1975 года осуществляется правительственная программа использования возобновляемых источников растительного сырья для производства этанола и его использования в качестве автомобильного топлива “Проалкоол”. Ежегодно в Бразилии вырабатывается около 11 млн.м3 автомобильных спиртов. Количество автомобилей, работающих там, на этаноле и этанолсодержащих топливах составляет порядка 5 млн. Перспективным для сельского хозяйства Украины является увеличение октанового числа неэтилированных бензинов добавками метанола и сивушного масла (отхода спиртовой промышленности). Сивушное масло содержит примерно две трети изоамилового спирта (остальное - это изобутиловый спирт - 15-25%, пропиловый спирт 3-8%, этиловый спирт 4-6% и до 5% воды). В такой смеси сивушное масло играет роль стабилизатора (против расслаивания). Октановое число повышают и метанол и сивушное масло.
В Западной Европе ввиду ограниченных возможностей производства и высокой его стоимости применение этанола не получило широкого распространения. Зато широкое распространение получило применение метилтретбутилового эфира как компонента неэтилированных высокооктановых бензинов. Заметных масштабов (особенно в ФРГ) достигло применение так называемого “биодизеля” - дизельного топлива на основе метиловых эфиров рапсового масла. Это топливо обладает высоким качеством и значительно меньше загрязняет окружающую среду, чем нефтяное дизтопливо. В Европейском сообществе его применение поддерживается правительственными субсидиями, т.к. существуют значительные площади неиспользуемых (излишних) сельхозугодий. Следует отметить, что получаемый из рапса рапсовый шрот является лучшим (высокопротеиновым) кормом для животных, а рапсовая солома - сырьем для получения высококачественной бумаги. Таким образом этот вариант альтернативного топлива особенно перспективен для Украины (в первую очередь на землях, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС).
Использование метанола в качестве моторного топлива или его компонентов широко исследовано в Западной Европе, особенно в ФРГ. Со-гласно 3-летней федеральной программе в Германии в 1979-82 г. в ФРГ эксплуатировалось 1000 автомобилей на метаноле и бензометанольных смесях (около 15% метанола). Недостатком метанольных смесей является возможность их расслоения при низких температурах и необходимость добавления для фазовой стабилизации около 5% высших спиртов (С3-С5). По применению в качестве моторного топлива чистого метанола в СНГ не получены положительные результаты.
Применение комбинированного автомобильного топлива. В созданных в России так называемых двухтопливных системах обеспечивается подача низкооктанового бензина на всех режимах работы двигателя на бензине с более низким октановым числом (например А-66 вместо А-76 или А-76 вместо АИ-93). Благодаря этому достигается экономия бензина, а в нефтепереработке его ресурсы возрастают на 3-5% (за счет снижения октанового числа). При этом невысокое октановое число позволяет исключить токсичный тетраэтилсвинец (т.е. применять неэтилированный беннзин). Институтом газа Национальной академии наук Украины в качестве высокооктанового компонента предложен природный газ (метан), октановое число которого равно 110 ед. Для этой цели с другими организациями созданы двухтопливные системы питания “жидкость-газ” для автомобилей ГАЗ-52, ГАЗ-53 И ЗИЛ-138. Эти системы созданы на основе стандартной газобаллонной топливной аппаратуры с доработкой газового редуктора и карбюратора. В двухтопливном газо-жидкостном автомобиле газ заменяет 15-30% бензина, причем применяемый бензин может иметь октановое число в пределах 56-65 ед. Таким образом, в этой системе могут применяться газоконденсатные бензины, упомянутые ранее
Водород считается топливом будущего благодаря практически неограниченным ресурсам и почти полной безвредности продуктов его сгорания. Еще одним его большим преимуществом с экологической точки зрения является то, что он не дает выделений СО2 (т.е. не усиливает парнико-вый эффект в атмосфере Земли). Основной проблемой его применения является повышенная взрывоопасность. Для его хранения в автомобилях нужны либо сосуды Дьюара или тяжелые металлогидридные баки. Кроме того его стоимость в настоящее время в 3-5 раз выше нефтяных топлив. В настоящее время больший практический интерес представляет применение водорода в двухтопливной системе в качестве высокооктановой добавки к бензину.
В ряде стран в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей использовались растительные масла. Однако реальные положительные результаты достигнуты лишь в ФРГ, где фирмой Элсбет разработана специальная конструкция дизельного двигателя. В качестве альтернативного топлива рассматривается также аммиак. Однако исследования возможности этого топлива находяться в начальной фазе. Следует упомянуть также о возрождении старой идеи Рудольфа Дизеля - изобретателя дизельного двигателя, т.е. применения пылеугольного топлива.
В промышленном масштабе производят жидкое топливо из угля путем каталитической переработки синтез-газа, получаемого газификацией угля. В ЮАР на заводах "Сасол" в настоящее время вырабатывается по данной технологии около 4,5 млн. т жидких продуктов в год. Промышленность синтетических жидких топлив, основанная на процессе каталитического гидрирования угля водородом при повышенном давлении, функционировала в начале 40-х годов в Германии. В процессах пиролиза угля жидкие продукты образуются с небольшим выходом и имеют низкое качество. При использовании процессов растворения угля, технология которых отработана на опытно-промышленном уровне, также получают низкокачественные жидкие продукты, требующие значительного облагораживания для использования в качестве моторного топлива.
Древесное сырье может растворяться под действием многоатомных алифатических спиртов, а также при использовании антраценового масла и кислородсодержащих растворителей (крезолы, ацетофенон, дифениловый эфир).
Древесину можно непосредственно превратить в углеводородные смеси, аналогичные бензину, применяя двухстадийный процесс. На первой стадии древесину ожижают в среде моноксида углерода и водного раствора щелочи при высоком давлении, а на второй стадии жидкие продукты подвергают облагораживанию с применением промышленных катализаторов гидроочистки нефтяного сырья.
Превращение жидкого биосырья в облагороженные углеводородные фракции по сравнению с нефтяным сырьем отличается некоторыми особенностями, связанными с высокой концентрацией в так называемой бионефти алифатических и циклоалифатических спиртов, кетонов и сложных эфиров. При каталитическом гидрокрекинге происходит разрушение кислородсодержащих соединений и высококипящих компонентов, насыщение водородом продуктов крекинга.
Выполненный технико-экономический анализ разрабатываемых процессов ожижения растительной биомассы показал, что по некоторым показателям они уступают процессам получения топлива из нефтяного сырья. Применение жидких биотоплив будет экономически оправданным при возрастании в несколько раз цены на нефть.
Заключение
В последние десятилетия стало очевидно, что газонефтяная эра в истории человеческой цивилизации проходит свой пик и ей на смену в энергетической сфере должно прийти нечто другое. Причины этого далеко не очевидны. Исчерпание природных запасов, загрязнение природной среды выбросами от энергетических предприятий и транспорта называются чаще других, но нет никакой уверенности в том, что они главные. Тем не менее, правительства многих стран, международные корпорации и научные сообщества предпринимают все более очевидные усилия по созданию альтернативных топлив и альтернативных энергетик.
Альтернативные моторные топлива призваны послужить практически решению новых по масштабу задач, но, по сути, старыми методами в русле сложившейся в течение XX в. технической культуре.