7(495)968-26-38
Проектируемый проезд №4062,
дом 6

Весь спектр услуг
по техническому осмотру
Наполнение
вторая строка
Ред. блок
Тестовое наполнение
 
 
  •  
  •  
  •  
  •  

Альтернативное топливо для автомобилей


Альтернативное топливо для автомобилей

Дата публикации: 31 августа 2015

В данной статье рассмотрена целесообразность использования различных видов альтернативного моторного топлива в России. Это различные спирты, водород, этанол, метанол, рапсовое масло, биогаз и др. Приведены состав и отличительные особенности альтернативных топлив. Среди этих топлив стоит выделить биогаз. Биогаз является альтернативным источником энергии, в настоящее время его так же можно использовать в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Источник: http://alternativenergy.ru/energiya/953-vidy-alternativnogo-topliva.html

Сейчас в большинстве стран мира решается задача поиска заменителей топлива нефтяного происхождения, запасы которого резко сокращаются, а потребности в топливе растут. В последние время потребление углеводородных топлив в общем энергетическом балансе мира увеличилось в 4,2 раза.

Решение проблемы значительного сокращения потребления моторного топлива автомобилями, за счет совершенствования рабочего цикла ДВС, вряд ли может быть достигнуто. Это связано с тем, что известные способы улучшения экономичности, такие как совершенствование топливных систем и систем зажигания, в том числе применение микропроцессорных систем управления двигателем (МСУД), управление процессом газообмена, применение наддува, рециркуляция отработавших газов, недостаточно эффективны для кардинального решения проблемы.

Применение альтернативных топлив может значительно помочь решению этой задачи, а также в решении проблемы загрязнения автомобилями окружающей среды. В связи с этим во всех промышленно развитых странах мира широко развернуты работы по поиску эффективных заменителей топлив нефтяного происхождения. Несколько программ перевода ДВС на альтернативные топлива разрабатываются в США. Так, в начале 2003 г. более чем 520 тыс. автомобилей в США работали на этаноле, метаноле и биогазе, в Швеции начался выпуск автомобиля Volvo S80 BiFuel, который работает как на бензине, так и на биогазе. Но наибольших успехов в этом направлении достиг Китай, где 80% сельских и 60% городских перевозок осуществляются на биогазе. Кроме того, Китай экспортирует специальные ДВС, работающих на биогазе, в 20 стран мира.

Анализируя состояние с моторными топливами, делаем вывод, что такими топливами уже в ближайшее время могут быть: этанол, метанол, рапсовое масло, биогаз.

Все альтернативные топлива можно классифицировать по следующим признакам:

  • по составу — углеводородные, углеводно-кислотные спирты, водородные, спирты, угольный порошок и др.;
  • по агрегатному состоянию — жидкие, газообразные, твердые, смешанные;
  • по калорийности — высококалорийные, среднекалорийные, низкокалорийные;
  • по способу применения — в виде добавок к нефтяным топливам;
  • по источникам сырья — полученные из угля, торфа, сланцев, биомассы, воды и др.;
  • по технологическим процессам получения — пиролиз, гидрогенизация, каталитическая конверсия, газификация, электролиз и др.

Применение альтернативных топлив осуществляется в двух вариантах:

  • частичная замена, то есть применение в качестве добавок;
  • полная замена основного топлива.

В ряде стран уже широко используются добавки спиртов к бензину, что позволяет значительно уменьшить потребление последнего. Проводятся исследования по производству синтетических бензинов из угля, сланцев и нефтяных песков, проводится также исследование возможности использования в качестве топлива смеси бензина с 15 % метанола и 7 % изобутилового спирта, добавляется в качестве стабилизатора.

Перспективным считается применение метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в качестве присадки к бензину вместо токсического тетраэтилсвинца. Несмотря на то, что теоретически и экспериментально доказана целесообразность использования в качестве моторного топлива водорода, он пока дорог. Кроме того, не до конца решена проблема его рационального хранения на борту автомобиля.

Газовые топлива первыми получили распространение как моторные топлива, составляющих альтернативу традиционным. Известно несколько видов альтернативных топлив, которые можно и целесообразно использовать в России как автомобильные топлива, а именно: нефтяной газ, природный газ, генераторный газ, водород, биогаз, этанол и рапсовое масло.

Свойства наиболее перспективных альтернативных топлив

Нефтяной газ (бутан-пропановая смесь) используется преимущественно в сжиженном состоянии (СНГ). Ее октановое число составляет 90-100 ед., низшая теплота сгорания 24800 кДж/кг. Применение ее вместо бензина значительно уменьшает содержание вредных веществ в ОГ автомобиля СО — в 2 раза, CnHn — в 1,3…1,9 раза, NOx — в 1,2 раза.

Природный газ достаточно популярен. Автомобилестроители уже разработали и построили значительное количество автомобилей, работающих на природном газе. Это объясняется, прежде всего, тем, что современные ДВС для перевода на природный газ требуют лишь небольшие конструктивные изменения в системе питания топливом, в установке угла опережения зажигания и в системе смазки. Для обеспечения достаточного запаса газа на борту автомобиля он предварительно должен быть компринован (КПГ) или сжиженным (СПГ). Октановое число природного газа составляет 100-110 единиц, низшая теплота сгорания — 32-36 мДж/кг. При эксплуатации двигателей на природном газе существенно уменьшается токсичность по СО — в 4-6 раз, по CnHn — в 1,3-1,9 раза, по NOx — в 1,3 раза; в газодизеле — дымность на 50-70 % меньше, чем в дизелях, содержание канцерогенных веществ уменьшается в 5-7,5 раз, NOx остается на том же уровне, что и в дизеле, но в газодизеле больше выбросов CnHn и альдегидов.

Необходимость быстрого перехода на газовые альтернативные топлива, связана с переоборудованием топливной аппаратуры существующих транспортных средств (ТС), которая дает возможность работать на двух видах топлива — бензине и газе (в зависимости от их наличия). Но при этом ухудшаются энергетические показатели ТС на 15-20%. Для сокращения таких расходов необходимо изготавливать ДВС, предназначенные только для газового топлива.

Во многих странах мира (США, Канада, Новая Зеландия, Аргентина, Нидерланды, Франция, Китай и др.) перевод ТС на работу на газовом топливе поднят до ранга государственной политики как путь к экологизации автотранспорта. Для этого разработаны и внедряются нормативно-законодательные базы: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. Такая политика дает ощутимые результаты. Так, в Нидерландах 50 %, в Италии — более 20%, в Австрии — 95 %, в Дании — 87 % автобусного парка работает на газовом топливе. США планируют в 2010 году довести использование природного газа на ТС до 57 %, а пропан-бутановой смеси — до 31 %.

Генераторный газ или синтез-газ (ГГ). Его получают на борту транспортного средства в реакторе (генераторе) в результате преобразования в газовое состояние твердого топлива: древесного угля, каменного угля, торфа, древесины и др. Состоит из 50 % водорода и 50 % оксида углерода. Отличительной особенностью его является то, что его получают из возобновляемых источников энергии, а для его хранения на борту ТС требуются значительно меньшие емкости, что значительно увеличивает грузоподъемность этого ТС. Для продуцирования ГГ на борту ТС привлекается энергия системы охлаждения, которая в обычном ТС рассеивается в окружающую среду, то есть уменьшается тепловое загрязнение атмосферы и частично утилизируется теплота сгорания.

По сравнению с природным газом ГГ сгорает медленнее и имеет более низкую теплоту сгорания 16,8…21,0 мДж/кг. Его октановое число составляет 90-95 единиц, т.е. работа на нем связана с крупнейшими потерями технико-экономических показателей ДВС.

Водород — наиболее экологически чистое топливо с неограниченными запасами в природе. Н2 входит в состав 90% компонентов, имеющихся в окружающей среде, и более, чем в треть компонентов на поверхности земли. Его основные недостатки в качестве топлива при применении на ТС: высокая энергия, которая нужна для его сжатия, и очень низкая удельная энергоемкость. Есть проблемы и с хранением его на борту автомобиля, особенно в криогенных баках, но главная проблема — высокая стоимость его получения.

Более перспективным является применение водорода на ТС в виде топливных элементов, особенно с применением протонных обменных мембран (Proton exchange membrane). Первые автомобили с топливными элементами уже продемонстрировали фирмы Toyota, Honda, Volkswagen, BMW, Nissan, Hyundai, но для наладки их промышленного производства требуется время.

Биогаз — сравнительно новое, перспективное, экологически чистое и экономически выгодное моторное топливо для транспортных установок. По данным шведских и швейцарских ученых, биогаз на 75% чище дизельного топлива и на 50 % чище бензина.

В состав биогаза входит метан СН4 (60-70%), диоксид углерода СО2 (до 30%), а также в малых количествах оксид углерода СО, водород Н2, азот N2, кислород О2, воздух, водяной пар Н2О, и сернистый водород Н2S.

Перед применением в ДВС биогаз лучше подвергать обогащению до уровня метана 95%, очистке, сушке и компримировать. Энергетический эквивалент биогаза составляет 9-10 (кВт•ч/м3). Физико-химические и экологические свойства обогащенного и очищенного биогаза и природного газа практически идентичны, поэтому для них может применяться одна и та топливная аппаратура. Есть только одно отличие между природным газом и биогазом: при сгорании последнего в атмосферу выбрасывается такое же количество СО2, которое было из него удалено при переработке. Еще биогаз считается абсолютно сбалансированным биологическим топливом.

Согласно европейским планам, биогаз будет использоваться прежде всего на автотранспорте, который обслуживает сельские и пригородные районы. Кстати, в Западной Европе биогазом уже отапливается не менее половины птицеферм, причем сырьем для отопительных установок являются обычные отходы тех же птицеферм. Благодаря биогазу потребности западноевропейского животноводства в топливе за последние десять лет сократились более чем на треть.

Лидером по использованию биогаза является Китай, который еще в 70-е годы XX в. совершил «большой биогазовый скачок», в результате которого более 60% всего автобусного парка страны, в том числе в сельской местности, сейчас работает на биогазе. Производство биогазовых двигателей в Китае к концу 80-х годов XX в. было засекречено. Сейчас Китай экспортирует их более чем в 20 стран мира.

Ученые подсчитали, что только в мировом сельском хозяйстве накапливается столько отходов, что их энергопотенциал может дважды покрыть общемировой спрос на энергию.

Этанол — одно из наиболее практичных альтернативных топлив. Чистый этанол или смеси этанола и бензина могут применяться в ДВС, предназначенных для работы на бензинах, например Chevrolet Suburban/Tahoe, GMC Wicon и др. В США сейчас объем потребления этанола и бензиновой смеси составляет до 10 % от общего объема использования бензина.

Главные преимущества топлива на базе этанола: во-первых, при сгорании образуется меньше токсичных веществ, во-вторых, при сгорании снижается содержание озона в воздухе. Недостатками этанола в качестве моторного топлива является его низкая энергоемкость, более высокая стоимость по сравнению с бензином и меньшая продолжительность пробега на одной заправке.

Наконец, рапсовое масло. Среди стран Европы рапсу уделяют наибольшее внимание Германия, Франция, Бельгия, Италия, Польша. При сгорании топлива из рапсового масла выхлопные газы содержат на 20-25% меньше вредных веществ, значительно меньше серы, а круговорот СО2 значительно уменьшает угрозу парникового эффекта.

Свойства МЭСМ (метиловые эфиры соевого масла) отличаются от аналогичных свойств дизельного топлива (меньшее значение Hu, большие плотность, коэффициент поверхностного натяжения и проч.). Поэтому для эффективного использования МЭСМ в качестве биотоплива необходимо изменить некоторые конструктивные и регулировочные параметры дизеля.

Л.Б. Ларионов, П.А. Болоев, Н.В. Степанов Материалы IV международной научно-практической конференции

КЛИМАТ, ЭКОЛОГИЯ, СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ЕВРАЗИИ

altenergiya.ru

Альтернативные виды топлива для современных автомобилей

Человечество активно использует ресурсы планеты и загрязняет окружающую среду, мало заботясь о том, что останется после нас. Неисчерпаемые ресурсы используются минимально, а те, которые могут исчерпаться уже в ближайшее время, как раз наоборот. Запасы нефти в частности сильно истощены, тогда как потребность в топливе только растёт. При современных объёмах потребления ни о каком возобновлении ресурса не может быть и речи, тем более что для этого понадобилось бы не одно тысячелетие. Задумываясь о глобальных проблемах, учёные предпринимают шаги по замещению топлива, полученного путём переработки нефти, альтернативными вариантами. Все попытки пока не принесли серьёзных успехов, а лишь дали толчок для дальнейших разработок.

Выбор альтернативных видов топлива.

Тем не менее, альтернативные виды топлива для автомобилей применяются уже сегодня, хоть и в небольших масштабах. К тому же известными автопроизводителями в борьбе за экологию (или чтобы быть в тренде) выпускается всё больше экологически чистых машин, гибридных, а также оборудованных системами снижения вредных выбросов. Как известно, продукты горения классического топлива наносят колоссальный вред окружающей среде, поэтому горючее, которое придёт на смену бензину и дизельному топливу, решит сразу две проблемы – и недостаток энергоресурсов, и сохранение природы.

Исследования в данном направлении ведутся многие годы учёными разных стран. На данный момент используется несколько видов альтернативного горючего, способного в будущем заменить привычное топливо, и практикуется два варианта применения: частичное (в качестве добавок) и полное замещение. Конечно, для повсеместного внедрения разработок потребуется много времени и денежных вложений, в частности на обустройство инфраструктуры, поскольку такие автомобили необходимо обеспечить заправочными станциями, что на данном этапе не слишком активно воплощается.

Газомоторное топливо

Оптимальным во всех отношениях вариантом для замещения бензина и дизельного топлива сегодня является газомоторное топливо. Это экономный и экологически чистый вид горючего, широко распространённый во всём мире. В России среди других видов альтернативного моторного топлива чаще встречаются сжиженный углеводородный газ и компримированный природный газ. Потребление газа в виде топлива для автомобилей постоянно увеличивается, поскольку этому благоприятствуют большие запасы ресурса, активное развитие газозаправочной инфраструктуры и сравнительно низкая стоимость. Городские власти экономят внушительные суммы, переводя пассажирский транспорт и коммунальную технику на газомоторное топливо.

Сети заправок стремительно растут, а в ближайшие годы планируется существенное расширение инфраструктуры и увеличение поставок топлива. Многие предприятия сегодня стремятся к осуществлению работы автопарка на природном газе, переходят на него и автовладельцы, которые ценят экономичность (а она заметна с первых километров), хотя первоначальное переоборудование автомобиля потребует немалых затрат. Так, компримированный или сжиженный метан, сжиженные углеводородные газы в виде пропан-бутановых смесей, на которых базируется топливо, благодаря многочисленным преимуществам являются более логичной альтернативой привычному горючему.

Электроэнергия

Попытки привести автомобиль в движение за счёт электроэнергии предпринимались ещё со времён создания первых машин. Современные разработки обеспечили форсированное развитие автомобилестроения в данном направлении и намекают на повсеместное внедрение технологий уже в ближайшем будущем. Совсем недавно электромобили представлялись на обозрение общественности в единичных экземплярах, а сегодня уже поставлены на поток.

Серийно выпускаются и гибриды, которые сегодня считают необходимым иметь в своих линейках известнейшие автоконцерны. Во многих странах владельцы экологически чистых авто поощряют значительными субсидиями или налоговыми льготами, а то и вовсе освобождают от налога. Гибридные автомобили функционируют как на бензине, так и на электричестве, что очень удобно в отношении экономии и отсутствии прямой зависимости от источников электроэнергии. Машина не прекратит движение, если закончится запас энергии, а переключится на применение традиционного топлива.

Электромобили же, чаще всего оснащаемые крупными литий-ионными батареями и полностью зависящие от электропитания, не внедряются в больших масштабах ввиду необходимости регулярных поисков источников питания авто, а инфраструктура в данном направлении не спешит развиваться. Самый большой шаг вперёд сделала Швеция, где недавно открыли первую в мире электрифицированную дорогу для зарядки транспортных средств во время передвижения, её протяжённость всего 2 километра, но планы у правительства на внедрение заправочных дорог крупномасштабные. В ближайшее время планируется расширение сети таких дорог с целью увеличения транспортных средств, не загрязняющих окружающую среду.

Альтернативные источники топлива в виде электроэнергии, конечно, достаточно перспективны, но пока полноценно вживить инновации не получается. Проблема также состоит в обслуживании таких автомобилей, редкий автосервис возьмётся за электромобиль или гибрид, а те, что специализируются на этом, назовут за услуги немалую цену. Да и стоимость самих авто не каждому придётся по карману.

Водород

В поисках замены традиционного горючего на альтернативное топливо стоило только обратиться к истории, и идея воплотилась в использовании легковоспламеняющегося водорода, запасы которого практически неисчерпаемы, если наладить производство при помощи возобновляемых источников энергии. Применение вещества практиковалось ещё два века назад и давно используется в ракетных двигателях. В качестве подъёмного газа для авиатранспорта о водороде пришлось забыть, чему поспособствовала трагедия, случившаяся с дирижаблем «Гинденбург», в действительности газ при правильном обращении не более опасен, чем любое другое горючее.

Переход на новый вид топлива не требует больших вложений, ведь серьёзных конструктивных изменений не понадобится. Водород может применяться в классических двигателях внутреннего сгорания, а падения мощности ДВС поможет избежать небольшой апгрейд системы зажигания. Сгорание водородной смеси, заменяющей топливо, обеспечивает выделение большей энергии, чем в случае с бензином, что спровоцирует перегрев элементов конструкции двигателя, вещество также при нагреве негативно повлияет на смазку механизмов, так что хоть и незначительная, но модернизация всё же необходима. В целом направление имеет перспективы, но требует больших усилий для воплощения на практике.

Экологичность транспорта благодаря применению водорода бесспорна, поскольку «выхлопы» такого автомобиля пригодны даже для питья. Опасность газа сводится к минимуму благодаря его летучести, так что, если утечка произошла на открытом пространстве, он быстро растворится в воздухе, и гремучей смеси опасаться не стоит, однако в закрытом пространстве существует опасность удушья (например, если авто находится в гараже). Перспективные разработки современности по переходу на водород в виде экологического топлива уже внедряют ведущие автопроизводители, такие ка Тойота, БМВ, Хонда, Мерседес и Мазда.

Биодизельное топливо

В Европе, США и ряде других стран в виде альтернативы традиционному топливу решили использовать биодизель. Топливо на основе растительных масел, являющее собой метиловый эфир, полученный в результате химических реакций, применяется как в чистом виде, так и в смесях с дизельным топливом. Для добычи горючего используются самые разные сельскохозяйственные культуры, чаще всего рапс, соя, кокосовое и пальмовое масла, ятрофа, а также отработка растительных масел, животных жиров.

При применении альтернативного биодизельного топлива не требуется коррекция конструкции двигателя, но существенным недостатком является малый срок хранения, составляющий три месяца, после чего начинается разложение компонентов. К минусам относятся также негативное воздействие на лакокрасочное покрытие кузова и детали двигателя, потеря свойств в морозы, снижение мощности двигателя. К тому же используемые средства для выращивания требуемых растений в больших масштабах приводят к снижению качества почвы, а для производства сырья необходимы значительные территории.

К стопроцентным эко-продуктам биодизель не причисляется, но сравнительно с обычным дизтопливом горючее будет чище. Всё же, несмотря на преимущества биодизельного топлива, в том числе в виде дешевизны продукта и низкого уровня токсичности, вряд ли удастся внедрить повсеместно данный вариант, заменяющий привычное горючее.

Спирты

Посреди альтернативных видов автомобильных топлив широкое распространение получили спирты, известные хорошей возгораемостью, а именно этанол и метанол, добавляемые к бензину или самостоятельно в чистом виде. Этанол активно используется в жарких странах Латинской Америки, добывается из отходов древесины и сахарного тростника. Этиловый спирт отличается высоким октановым числом, он обеспечивает высокую производительность двигателя и снижает уровень вредных выбросов.

Метанол или древесный спирт, добываемый из хвои, успешно применяется США и европейскими государствами как альтернативное топливо ввиду дешевизны производства. Метиловый спирт имеет высокое октановое число и по стоимости ниже, чем этиловый. На заправках можно встретить бензин с добавлением спиртов, маркирующийся буквенными обозначениями Е и М, а также цифрами, которые свидетельствуют о процентном содержании спирта. В случае маркировки М100 или Е100, заливать горючее в обыкновенный ДВС нельзя. Применение стопроцентных спиртов, как этанола, так и метанола в качестве топлива потребует переоборудования двигателя автомобиля.

При таком обилии альтернатив никаких серьёзных подвижек не наблюдается для перехода на новый уровень технологического развития, и бензин по-прежнему остаётся главным видом горючего для заправки автомобилей. Сомнительно, что в ближайшие годы мы увидим воочию технологический прорыв в направлении полной или хотя бы хоть сколько-нибудь частичной замены традиционного топлива альтернативным, но в целом разработки весьма перспективны.

drivertip.ru

Альтернативное топливо: надежды и разочарования

Что и почём можно залить в бак? — этот вопрос никогда не перестанет волновать любого автомобилиста. А ведь кроме двух, старых как мир, продуктов перегонки нефти — бензина и солярки — есть множество других видов топлива. Правда, широкого распространения они до сих пор не получили, несмотря на некоторые очевидные достоинства. Попробуем разобраться, почему.

На голубом газу

Итак, начнем с того, что уже давно опробовано на практике — с газа. Кто же не знает, что на автомобили можно устанавливать газобаллонное оборудование (ГБО)? Однако газ для авто бывает разный и оборудование тоже.

Наиболее распространенным вариантом является сжиженный углеводородный (нефтяной) газ, или попросту пропан-бутан. Его можно использовать в обычном бензиновом двигателе, требуется установить под капот лишь несколько небольших дополнительных агрегатов. Ну, и, конечно, приткнуть куда-то весьма объемистый баллон. Цена вопроса — порядка $350 (наиболее продвинутая версия ГБО обойдется в $500), которые, впрочем, легко окупятся при больших пробегах автомобиля, учитывая, что газ на российском рынке почти вдвое дешевле бензина.

Немаловажно знать, правда, что на литре газа ваша машина пройдет путь, на 15−20% меньший, чем на литре бензина. Но при этом мотор будет работать ровнее и тише, поскольку газ сгорает в цилиндрах медленнее, чем бензин. И, кстати, не оставляет нагара. К достоинствам пропан-бутана относится также его экологичность: выхлопы автомобиля, ездящего «на газу», содержат гораздо меньше вредных веществ, чем бензиновые. Кроме того, использование такого топлива способствует решению проблемы утилизации попутного нефтяного газа, из которого оно производится. То есть, чем больше машин перейдет на газ, тем меньше факелов на нефтяных месторождениях будут зазря подогревать атмосферу Земли. К недостаткам газового топлива можно отнести некоторое снижение мощности двигателя и повышенный износ деталей блока цилиндров из-за того, что температура сгорания газа выше, чем бензина.

Другой вариант использования газового топлива более сложный. Это переход на компримированный (сжатый) природный газ метан. Здесь уже требуется переделка всего двигателя, а точнее — просто другой движок. И толстостенные баллоны, поскольку этот газ находится под очень большим давлением. Такая система редко применяется на легковых авто — это, в основном, удел грузовиков и общественного транспорта.

Газ используется как автомобильное топливо очень давно, однако, несмотря на все его достоинства и технические наработки (например, пять поколений «пропанового» ГБО), большого распространения на авторынке так и не получил. Во всем мире газ потребляют не более 1% автомобилей.

Периодически разные страны принимают программы по «газификации» автопарка, но успехи, как правило, скромные. Недавно Германия поставила себе задачу к 2021 году довести число «газомобилей» до 1 миллиона, что составит 4% от общего числа авто.

Это довольно амбициозная цель, учитывая, что сейчас в стране их в 10 раз меньше. Но шансы на успех есть: оптимизм вселяет уже тот факт, что Германия является лидером в Европе по числу газозаправочных станций — их там почти тысяча. А ведь доступность заправки — это залог успеха в таком деле, как переход на новое топливо!

На расщепленной воде

Еще более эффективным топливом является другой газ — водород. И запасы его практически безграничны: ведь, как известно, из него и кислорода «сделана» вся наша вода. Но вот беда: добывать водород из воды — дело сложное и затратное.

Производится он методом электролиза с использованием дорогостоящих катализаторов из платины и иридия. Лишь в конце 2015 года американские ученые из Стенфордского университета создали более дешевую установку на базе оксида железа и никеля. Может быть, расщеплять воду в промышленных масштабах наконец-то станет выгодно. Ведь до сих пор на добывание из нее водорода уходило больше энергии, чем он мог дать при сгорании. Поэтому сейчас водород получают в основном из метана или из угля, которые и сами по себе — неплохие энергоносители.

В любом случае, добывать водород — это только полдела. Нужно еще грамотно и безопасно получать энергию из этого чрезвычайно летучего и взрывоопасного газа. В принципе, можно впрыскивать его непосредственно в цилиндры двигателя, вместе с парами бензина или вовсе без них. Такая схема используется в автомобилях BMW Hydrogen, Mazda RX8, «водородных» моделях Mercedes и Opel (все они выпускаются малыми партиями). Причем большинство таких машин заправляются сжатым газом, и лишь некоторые производители (BMW) делают ставку на сжиженный водород.

Однако использование водорода в обычном ДВС либо снижает его мощность, либо сопряжено с перенастройкой системы зажигания, в результате чего повышается температура в цилиндрах. А это, в свою очередь, ведет к ускорению износа деталей двигателя. Кроме того, водород обладает очень высокой летучестью: он умудряется испаряться из закрытых баллонов и проникать сквозь патрубки. А при смешивании с кислородом образует «гремучую смесь», так что водородные двигатели потенциально очень взрывоопасны.

Учитывая эти факторы, многие эксперты считают более перспективными разработки так называемых топливных элементов (или ячеек — Fuel Cell) — установок, преобразующих энергию химической реакции в электричество. Это, по сути, те же гальванические элементы, только подпитываемые извне веществами, участвующими в реакции.

В нашем случае это водород и кислород, которые подаются, соответственно, на анод и катод, соединяясь в воду и вырабатывая электричество. Этот процесс еще называют «холодным горением» — в нем энергия не расходуется на выделение тепла.

Топливные ячейки ставят под капотом своих самых футуристических моделей компании Toyota, Honda и Mazda. Так, недавно Toyota представила публике свою новую FCV Plus, которая может работать на чистом водороде. Ну, а в нашей стране опытный образец водородного движка был смонтирован еще в далеком 1982 году на «РАФике» (был такой советский микроавтобус) и в 2003 году на ВАЗ-2131 (пятидверной «Ниве»). Правда, дальше опытов у нас, как водится, дело не пошло, тогда как японцы вовсю запускают свои FC в серию. По мере того, как автомобили с водородными двигателями получают распространение, расширяется и сеть водородных заправок. В Японии, США и некоторых странах ЕС реализуются программы «водородное шоссе», предусматривающие создание водородной инфраструктуры вдоль отдельных магистралей.

И всё же пока даже в самых развитых странах человек, покупающий «водородный автомобиль», должен сознавать, что он сильно переплачивает «за прогресс» (такие авто стоят не меньше $50 тысяч) и вынужден привязывать все свои маршруты к «водородному шоссе». Проходить «точку невозврата» к заправке не рекомендуется, так как залить водород из канистры невозможно.

Впрочем, есть и другой вариант «доставки» водорода к топливной ячейке — в составе метанола, древесного спирта. В этом случае нужно возить с собой не взрывоопасные баллоны, а бак со спиртом. Из него в топливном элементе выделяется водород, а кислород заимствуется из воздуха, и получается то же самое электричество. Правда, эта технология еще толком не коммерциализирована.

Залить в бак или выпить?

Есть машины, которые употребляют то, что запрещено их водителям — спирт. Биоэтанол, получаемый из сельскохозяйственных культур, содержащих большой процент сахара, получил уже довольно широкое распространение в качестве топлива. В Бразилии, являющейся мировым лидером по производству биоэтанола, его «гонят» из сахарного тростника, а в США, занимающих второе место — из кукурузы. Этанол, как правило, добавляют в бензин в определенных пропорциях (от 5% до 85%), что позволяет удешевить топливо, снизить его расход и вредные выбросы. Использование топлива с определенной долей этанола требует соответственной переделки двигателя, однако существуют и «всеядные» автомобили, которые могут ездить на любой смеси бензина с этанолом — на них, как правило, красуется надпись «FlexFuel» — гибкий выбор топлива.

Есть также «сельскохозяйственная» замена для дизельного топлива — это биодизель, изготовляемый из масличных культур — сои, рапса, подсолнуха. Он обладает теми же достоинствами по сравнению с углеводородным аналогом, что и биоэтанол.

В принципе, можно перевести на биотопливо хоть весь мировой автопарк — это не нанесет ущерба экономике, а природе принесет пользу. Вот только чем будут питаться люди, если все сельхозугодия будут заняты выращиванием «топливных культур»?

Отчасти ситуацию может спасти использование синтетического биотоплива (как ни парадоксально звучит это словосочетание) — диметилового эфира (ДМЭ). Это горючее вещество, получаемое из целлюлозной биомассы, с очень хорошими топливными характеристиками и низким уровнем вредных выбросов (отвечает требованиям Евро-5). На ДМЭ делает ставку в своих разработках, в частности, концерн Volvo.

На дровах

Для определенного типа ДВС «подкидывать дровишки» — вовсе не метафора, а нормальный процесс заправки. Речь идет о машинах с газогенератором — дополнительным агрегатом с трубой. В этой чудо-печке действительно горят (точнее, тлеют) дрова, брикеты или уголь, но сгорают как бы не до конца: выделяющийся из них газ еще обладает горючестью, и он-то дожигается в двигателе, приводя в движение автомобиль.

Такие машины, кстати, вовсю выпускали в нашей стране в середине 30-х годов прошлого века (ЗИС-13, ЗИС-21, ГАЗ-42) их с успехом использовали во время войны в условиях нехватки бензина. Сейчас этот тип двигателя не вызывает особого энтузиазма у автопроизводителей ввиду громоздкости его конструкции и необходимости возить с собой поленницу дров или вагончик угля.

Заправка-розетка

Конечно, не забудем упомянуть и электромобили. Многие считают, что будущее именно за этим видом транспорта. Он-де экологически безвреден и особая заправочная инфраструктура ему не нужна — достаточно простой розетки. И сегодня уже каждый уважающий себя автоконцерн выпускает по несколько моделей электрокаров или гибридов. Есть даже компания, специализирующаяся исключительно на электромобилях — Tesla Motors, созданная небезызвестным миллиардером-новатором Илоном Маском.

И всё же преимущества электромобилей далеко не бесспорны. Во-первых, они всё еще слишком дороги, поскольку дорогими остаются их огромные аккумуляторы. Во-вторых, безвредность этих машин весьма относительна, опять же, из-за аккумулятора: он представляет собой настоящую «экологическую бомбу», которая при аварии или неграмотной утилизации грозит серьезным загрязнением окружающей среды. Кроме того, заправка такого автомобиля — дело очень долгое, особенно если использовать обычную розетку. Специализированные «электрозаправки» ускоряют процесс, но их пока мало. И, конечно, аккумуляторы не любят мороз, поэтому, например, в нашей стране широкое распространение электромобилей маловероятно.

И немного экзотики

За недолгий автомобильный век человечество успело наработать немало экзотических «топливных» решений. Например, использование сжатого воздуха для приведения в движение поршней двигателя. Это абсолютно безопасно, поскольку под капотом ничего не горит, не взрывается, и нет ядовитых газов. Но насколько эффективно — вопрос. Ведь сжатый воздух поступает из компрессора, который, в свою очередь, потребляет электричество. А это значит, что нужны, опять же, громоздкие и дорогие аккумуляторы.

Правда, воздух в этой схеме можно заменить азотом. Он хранится в сжиженном виде, а поступая в двигатель, переходит в летучее состояние, сильно расширяясь и приводя в движение поршни. Совсем недорого, и тоже никакого загрязнения окружающей среды! Вот только хранится сжиженный азот под очень большим давлением, что делает заправку «азотомобиля» технически сложным и опасным процессом. Да и заправочная инфраструктура обойдется недешево.

Наконец, на новом витке истории человеческая мысль вновь возвращается к паровой машине. Только теперь она работает не на угле, а на атомной энергии. Американская компания Laser Power Systems работает над проектом, предполагающим использование в качестве энергоносителя тория — вещества с низкой радиоактивностью, нескольких граммов которого хватит, чтобы обеспечить автомобиль энергией «пожизненно». Принцип работы очень прост: ториевый лазер кипятит воду, а пар приводит в действие серию мини-турбин. Но вот вопрос: насколько безопасно размещать под капотом АЭС в миниатюре?

* * *

Мы рассмотрели, конечно, далеко не все альтернативные виды автомобильного топлива. Однако уже напрашивается вполне очевидный вывод: каким бы достоинствами ни обладали те или иные варианты, их судьба определяется конкурентоспособностью по сравнению с Его величеством — бензином, а также дороговизной внедрения — ценой новых автомобилей, переделки двигателя, строительства заправочной сети и т. д. Немаловажную роль играет также фактор безопасности. И надо заметить, что в нынешних условиях низких цен на нефть привлекательность любых альтернатив обычной бензоколонки резко упала.

auto.rambler.ru

10 идей альтернативного топлива для автомобиля — DRIVE2

Планомерное истощение нефтегазовых ресурсов планеты говорит нам о том, что рано или поздно, но человечество всё же будет вынуждено перейти на альтернативные источники энергии. Но если с «большой» энергией вроде ядерного синтеза всё понятно, то на чём же будут ездить автомобили? Давайте разбираться. Начнём с уже более-менее привычных источников энергии, продвигаясь от них ко всё более экзотическим.

1. Электричество. Еще буквально 10 лет назад автомобили с электрическими двигателями были если уж не чем-то из научной фантастики, то диковинкой точно. Их создавали в штучном экземпляре, показывали на различных авто-шоу и научных выставках. Сегодня «электрические» автомобили выпускаются серийно. Причём есть полностью «электрические» вроде Tesla, а есть гибриды, способные ездить и на бензине, и на электричестве — они вообще есть в модельном ряду чуть ли не у каждого более-менее крупного автопроизводителя.

2. Водород. В конце прошлого года Toyota объявила о запуске в серийное производство модели «Mirai», работающей исключительно на водороде. Конечно же, такому автомобилю требуются специальные заправочные станции, причём сам процесс заправки занимает всего несколько минут. А на полном баке автомобиль способен проехать 650 км. Энергия в уникальном двигателе автомобиля вырабатывается за счет реакции окисления водорода внутри электрохимического генератора, а вместо вредных выхлопов автомобиль производит чистую воду. Цена новинки в Японии составит около $60 тыс. При этом правительство страны объявило, что все покупатели экологичных седанов получат от государства субсидии в размере $17 тыс.

3. Растительное масло. Защитники окружающей среды пребывали в восторге от идеи использования машинного двигателя, работающего на растительном масле, еще с тех пор, когда идея была впервые предложена, а сейчас мы уже можем наблюдать скачок из теории в реальную практику! Поклонники компании Volkswagen теперь имеют возможность водить машину с чистой совестью благодаря совершенно новому двигателю, работающему на биодизельном топливе, которым оснащён новый «Жук».

4. Сжатый воздух. В воздухомобиле энергия запасается путём нагнетания сжатого воздуха в баллоны. Через систему распределения воздуха он попадает в пневмодвигатель, приводящий автомобиль в движение. Существующие на сегодняшний день пневмомобили — это либо экспериментальные образцы, либо специальные транспортные средства для эксплуатации в условиях, в которых использование других видов двигателей затруднено: например в цехах с большой пожаро- и взрывоопасностью. На данный момент несколько компаний занимаются исследованием и производством прототипов подобных автомобилей, выпуск их на рынок планируется в 2016 году.

5. Биоэтанол. По сути — обычный этиловый спирт, а приставку «био» получил потому, что производится из растительного сырья: кукурузы, сахарного тростника, сахарной свеклы, картофеля, батата или ячменя. На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. машины «Flex-Fuel» (автомобиль с многотопливным двигателем). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. В 2007 году в Бразилии было продано 2 миллиона новых биотопливных автомобилей, что составляет 85,6% от рынка новых автомобилей Бразилии.

6. Биотопливо. По сути это то самое вещество, которое могло бы быть сожженным в печи или походном костре — дрова, опилки, щепа, кора, солома. Для автомобильных двигателей эти материалы формируются в специальные топливные гранулы. Внедорожник Bioracer, является одним из самых известных автомобилей, работающих на топливных гранулах. При загрузке от 1 кг до 2,5 кг древесных гранул (в зависимости от настраиваемых параметров аккумуляторов), двигатель выработает достаточно энергии для преодоления расстояния в 16 километров.

7. Жидкий азот. Как и водород, азот находится в изобилии в нашей атмосфере. Кроме того, как и водород, автомобили под питанием азота делают гораздо меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо. Но, в то время как водород используется в топливных элементах автомобилей, а также двигателях внутреннего сгорания, автомобили на жидком азоте требуют совсем другой тип двигателя в целом. Типичный бензиновый или дизельный двигатель использует горение, чтобы заставить двигаться поршни, двигатель на жидком азоте использует расширение азота для питания энергетических турбин.

8. Солнечная энергия. Солнечный автомобиль является по сути обычным электромобилем с питанием от солнечной энергии, получаемой от солнечных батарей на автомобиле. Однако, солнечные батареи не могут в настоящее время быть использованы для прямого единоличного питания двигателя машины из-за недостаточности мощности, но они могут быть использованы для расширения диапазона питания и экономии электроэнергии от аккумуляторов таких электромобилей.

9. Водоросли. Биотопливо, полученное из водорослей, называют биотопливом третьего поколения — это относительно новый вид альтернативного топлива. По сути принцип работы двигателя на водорослях основывается на гниении этих водорослей, в результате которого выделяется метан, который используется в качестве основного топлива для приведения в движение машины. В США рассчитали, что примерно 200 гектаров прудов, в которых будет выращиваться определённый вид водорослей, который лучше всего подходит для питания автомобилей, могут обеспечить таким топливом до 5% всех автомобилей страны. Тем не менее, в Соединённых же Штатах эта технология не прижилась из-за сравнительно более низкой стоимости нефти и высоких требований таких водорослей к росту (высокая температура и определённая окружающая среда).

10. Мускульная сила человека. О да, это самый неэффективный и попросту не имеющий права на жизнь вид альтернативного топлива! Тем не менее, в очень небольших количествах транспортных средств, спрос на которые стремительно уменьшается, используется человеческая сила, чтобы улучшить показатели экономичности аккумуляторов, которые являются основным источником приведения в движение автомобиля. Два таких коммерческих авто, увидевших недолгий «свет», стали Sinclair C5 и Twike.

www.drive2.ru


Смотрите также