Что же было предложено ведущими специалистами мира в качестве альтернативы обычному бензину и дизельного топлива.
Почему нефтепродукты так сложно заменить.
Так сложилось, что в серьезной схватке разных концепций тепловых двигателей победила конструкция, использующая высококачественное нефтяное топливо, как наиболее выгодная нефтяным магнатам и химическим корпорациям. Именно применение в качестве топлива продуктов переработки нефти фактически дало огромные преимущества одних финансовых групп перед другими. Вспомнить историю старика Джона Рокфеллера, ставшего первым официальным долларовым миллиардером в начале прошлого века. Сейчас его состояние, в пересчете по современному курсу, исчислялось бы сотнями миллиардов живых денег. Могущество такой финансовой махины сложно переоценить даже по прошествии стольких лет.
Развитие техники двигателей транспортных средств пошло по пути использования углеводородного топлива. Зависимость от мировых добывающих нефть компаний, цен на продукты ее переработки, является очень мощным стимулом для постоянных поисков замены основы энергоносителей более гибким и доступным сырьем. Множество научных светил и лабораторий ищут ответ – как уйти от нефтяной петли. За более чем 70 летнюю историю современного послевоенного мира подобные попытки не прекращались ни на минуту.
В итоге, для двигателя внутреннего сгорания было предложено:
1. Водородное топливо, очень перспективное, но сложное и дорогое в обращении;
2. Ацетилен в газообразном состоянии,
3. Аммиак и смеси аммиака с водородом;
4. Уголь и древесина, в мелкодисперсном состоянии;
5. Отходы лесной и угольной промышленности, переработанные для газогенераторных котлов;
6. Спиртовые виды топлива;
7. Рапсовое, кокосовое, пальмовое масла.
Важным, самым главным преимуществом перечисленных попыток является тот факт, что почти все указанные заменители углеводородов по своей сути, представляют собой продукты, полученные из возобновляемых или воспроизводимых ресурсов.
Их можно легко синтезировать, наладить промышленное производство в широченных масштабах, вопрос упирается в цену такого воспроизводства. Чем масштабнее будет производство, тем дешевле в конечном итоге получиться суррогат-заменитель.
Есть маленький нюанс – искусственные или синтетические углеводороды давно и успешно синтезируют как в виде нефти, так и в виде конкретных товарных продуктов, но их стоимость в разы дороже нефтепродуктов, добываемых из природных источников. Если для сырья будет предложен дешевый ресурс, угроза вытеснения природной нефти синтетической станет реальностью
1.Водородное топливо или водород.
Идеальное топливо, по удельным энергетическим показателям превосходит бензин в несколько раз. Одного килограмма водорода легковому автомобилю среднего класса достаточно для того, что бы проехать более сотни километров. Практически не наносит вреда окружающей среде. Хранить водород крайне тяжело. В сжиженном состоянии для этого требуются сложные криогенные баки, в газообразном – тяжелые гидридные системы, дающие запас в десятую часть своего веса. Несмотря на все разговоры об опасности пожаров, водород является достаточно безопасным газом, при утечке, в силу своей легкости, он мгновенно улетучивается. Несомненно, за водородом будущее. Правда, наступит оно не раньше, чем промышленность получит технологии дешевого производства и хранения.
2. Ацетилен.
Нам хорошо известен ацетилен в качестве незаменимого средства для газовой сварки и химического синтеза. А между тем именно ацетилен был предложен на заре двигателестроения одним из первых кандидатов в качестве автомобильного топлива.
Применение ацетилена в качестве моторного топлива имеет интересные особенности – газ способен воспламеняться и сгорать при обеднении топливо-воздушной смеси до таких катастрофических пределов, в которых иные топлива отказываются воспламеняться даже в условиях факельного зажигания смеси. Такая характеристика ацетилена позволяет построить двигатель с уникальными по экономичности характеристиками. Портит репутацию превосходного топлива способность ацетилена к непредсказуемым самопроизвольным взрывам, особенно при наличии инициаторов – солей цветных металлов, окалины, углеродистых отложений. В жидком состоянии ацетилен хранить крайне тяжело - малейшее повышение давления, удар или повышенная температура приводит к взрывному разложению вещества. Стоимость производства ацетилена пока что не может конкурировать с дешевыми продуктами переработки природной нефти.
3. Аммиак
Очень дешевый и безопасный в хранении газ, производство которого в мире достигает масштабов сопоставимых с уровнем переработки нефтегазохимических продуктов. Имеет пониженную массовую энергоемкость (примерно в 2,5 раза меньше бензина), но октановое число на уровне 120-130 единиц, что позволяет сжигать аммиак при повышенных степенях сжатия топливовоздушной смеси (практически вдвое больше бензиновых). При температурах окружающей среды аммиак легко переходит в жидкое состояние под давлением в 6-7 атмосфер.
К недостаткам можно отнести низкую скорость горения смеси, что не позволяет строить высокооборотные двигатели. С цветными сплавами, особенно с медью аммиак проявляет высочайшую коррозионную активность. Последний фактор требует применение специальных защитных покрытий, хороших изоляции топливных систем.
В экспериментах по сжиганию аммиака в дизельных двигателях, с добавкой 30% впрыскиваемого дизельного топлива, было достигнуто увеличение индикаторного КПД от 10 до 35 процентов. Рекордным были 46 процентов, без применения дополнительных систем экономии топлива.
4. Уголь и древесина
Первый двигатель внутреннего сгорания на пылевидном угле был построен в 1928 году инженером Р.Павликовским и показал очень неплохой 31% КПД при частоте вращения вала 166 оборотов в минуту. Угольная пыль вдувалась в камеру сгорания специальной пневматической системой и после сгорания также продувалась воздухом для удаления зольных отложений. При всех своих недостатках такие двигатели выпускались малыми количествами и использовались в странах Африки для стационарных насосов и электрогенераторов. Есть данные о работе отдельных таких агрегатов в течение десятка лет без капремонта и обслуживания.
Кроме угля построено несколько прототипов работающих на древесной пыли, мелкодисперсных сланцевых породах, измельченных отходах резиновой промышленности. Специалисты оценивают будущее двигателей использующих пылевидное топливо как очень перспективное для отдельных категорий энергетических установок, особенно в крайне неблагоприятных условиях северных районов.
5. Газогенераторные системы
Применение в транспортной отрасли генераторных газов для питания двигателей внутреннего сгорания давно отошло от схем огромных и громоздких котлов, в которых утилизировался топливный материал. В настоящее время газогенераторы изготавливаются в виде компактных и высокопроизводительных устройств, способных перерабатывать только определенный вид топлива.
Практически все схемы газогенераторов имеют прикладной характер и направлены для получения горючей газовой смеси именно как дополнительного топлива в дополнение к основному. Имеет широкое распространение в качестве подогревающих пусковых устройств двигателей большой мощности.
6. Спиртовые топлива
Самое перспективное решение, очень серьезно потеснившее углеводороды на рынке топлив для легкового автотранспорта. Множество положительных сторон, таких как огромная сырьевая база для производства, низкая токсичность топлива и выхлопных газов, постоянство физико-химических параметров даже при длительном хранении, при соблюдении условий хранения.
В таких странах, как Бразилия, этиловый спирт на 99 процентов заменил бензин и фактически ликвидировал зависимость страны от прихотей нефтяных картелей. Во всем мире применение топливных смесей бензина со спиртом практически занимает не менее половины рынка.
Существующие системы ДВС практически не требует значительных переделок топливных систем моторов. Новые легковые автомобили выпускаются адаптированные в своей конструкции к потенциальному применению спирта или спиртсодержащих бензинов.
Массовому применению спирта и спиртсодержащих компонентов препятствует необходимость преодолевать сопротивление нефтяного лобби и основных торговых сетей, для которых переход на спирт означает частичную потерю прибыльности бизнеса.
7. Рапсовое и соевое масла.
Стремление получить максимально экологически безопасный автомобиль побудило ряд ведущих автомобильных компаний мира, при значительной финансовой поддержке правительств, заняться поиском достойной замены дизельного топлива. Проблема экологии стояла очень остро. Смог и загазованность городских кварталов превратились в постоянный отравляющий фактор. К тому же, высокая цена на дизельное топливо и его варианты растительного происхождения могли серьезно помочь в обеспечении заказами фермеров и крупных сельхозпроизводителей.
В качестве таких заменителей были предложены растительные масла. Испытания показали неплохие показатели работы, за исключением повышенного коксования форсунок дизелей и появление отложений в виде прочных, несмываемых пленок на деталях поршневой группы дизелей. Выход был найден в виде глубокой переработки растительных масел с метиловым спиртом. Такая обработка в условиях повышенной температуры и давления давали топливо, по характеристикам практически идентичное хорошему дизельному топливу.
Кроме растительных масел были испробованы различного рода животные жиры и даже рыбий жир, но серьезно говорить о промышленном использовании подобных топлив не приходится в силу малой сырьевой базы.
17.09.2015
Отправить новый комментарий