Реклама на портале

Водород — экологически чистое то­пливо». «Водородная энергетика — дело ближайшего будущего»

О влиянии, оказываемом на воздушный бассейн при сжигании различных видов топлив, можно судить по объемам выбросов вредных веществ за 1 час работы электростанции с установленной мощностью 1млн кВт (табл. 2.2.).

Россия располагает уникальными запасами органического топлива, но стратегия его использования пока мало учитывает природоохранные аспекты. Стоимость топлива не связана с потребительской эффективностью и, как правило, определяется затратами на добычу и транспортировку, не отражая экологических качеств топлива.

Большинство энергетических углей и мазутов имеют невысокое качество. Практически все жидкое топливо - это мазут с высоким содержанием серы. Твердое топливо разнообразно по составу. На Европейской территории страны преобладают высокосернистые угли Подмосковного и Печерского месторождений; в Сибири и на Дальнем Востоке - высоковлажные и низкосернистые бурые угли Канско-Ачинского бассейна и каменный уголь Кузнецкого.

Таблица 2.2. Характерные выбросы ТЭС

Уголь G =22,5 A=23,0 S=1,7

Мазут G=38,8 A=0,07 S=2,0

Природный газ G=33,5

Расход топлива при максимальной нагрузке, т/ч (м/ч)

Зола из топок т/ч

Зола из бункеров электрофильтров, т/ч

Зола из недожог топлива, выбрасываемые в атмосферу, т/ч

Диоксид серы, т/ч

Оксиды азота в пересчете на NО2, т/ч

Бенз(а)пирен.10 кг/ч

Соединения ванадия, в пересчете на V2O5, кг/ч

G - теплота сгорания топлива, МДж/кг; A - зольность; S - содержание серы, %.

Некоторые характеристики наиболее распространенных энергетических топлив приведены в табл. 2.3. На многие ТЭС поступает уголь с более высокой зольностью и более низкой теплотой сгорания, чем предусмотрено нормативными данными, приведенными в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Характеристика наиболее распространенных топлив.

Теплота сгорания МДж/кг

Удельные выбросы, г/(кВт ч)

Золы % г/(кВт ч)

Оксиды серы

Оксиды азота

Бурый подмосковный

Каменный кузнецкий

Бурый канско-ачинский

Каменный донецкий (Украина)

Каменный экибастузский (Казахстан)

Еще статьи по теме

Стратегии охраны природы
Человек - один из многочисленных видов животных, обитающих на Земле. Одна из особенностей его в том, что среди прочих видов у него самая сильная средопреобразующая деятельность. В последний век она приобрела такой размах, что встал вопрос...

Лапландский государственный заповедник экологическое состояние и мероприятия по оздоровлению
Кольский полуостров, "Страна полуночного солнца", "царство полярной ночи", "суровая Похъёла - старинная Лопская земля", она же "русская Лапландия", родина отечественного северного мореплавания, опло...

Во всем мире в качестве источника энергии повсеместно продолжает использоваться ископаемое топливо, которое хоть и экологически улучшается с каждым годом, загрязнение от выхлопов которого, остается одной из главных экологических проблем. Это заставляет ученых и инженеров задуматься о возможности использования альтернативного топлива в качестве других источников энергии.

Таких разработок много, однако в серийное использование продвигаются не так много видов экологически чистого топлива.

Давление сжатого воздуха

Пневмопривод был разработан во Франции и Индии практически одновременно. Ныне такие автомобили уже производятся серийно. Для движения используется сила, создаваемая сжатым воздухом. Такое транспортное средство развивает скорость до 35 км/час (с использованием мизерного количества топлива до 90 км/ч). Расход сжатого воздуха в бензиновом эквиваленте составляет порядка одного литра на 100 километров.

Спиртовой двигатель

Этанол или этиловый спирт - один из наиболее распространенных видов альтернативного топлива. В США и Бразилии порядка 32 тысяч заправочных станций реализуют этиловое топливо. Более 230 млн. транспортных средств во всем мире используют именно его. Вещество, получаемое во время брожения различных культур, обеспечивает достаточное количество энергии, а продукты его горения не несут никакого вреда экологии.

Биодизель или энергия растительного масла

Конструкция дизельного двигателя сама по себе эффективнее бензинового. А если его заправить его растительным маслом, то еще и экологически чистая. Речь о специально переработанном масле. Получить такое топливо можно даже в домашних условиях, используя несложные технологические процессы. У такой технологии множество плюсов: нет необходимости менять конструкцию двигателей на уже собранных авто, для его производства используются восстанавливаемые ресурсы, а выхлоп совершенно безопасен для окружающей среды.

Водородный двигатель

В начале XXI века был разработан водородный двигатель. Технологически можно использовать водородное топливо и в обычном двигателе внутреннего сгорания, но тогда мощность падает на 60 - 82%. Если внести необходимые изменения в системе зажигания, то напротив, мощность только увеличится на 117%, в этом случае увеличение выхода окислы азота приводит к подгоранию поршней и клапанов, а также вступление водорода в реакцию с другими материалами приводит быстрому износу двигателя. Его усовершенствованная версия в будущем сможет, возможно, использовать в качестве топлива даже воду. Кроме того, водород обладает сильной летучестью, поэтому его трудно сохранить в жидком виде, в топливном баке BMW Hydrogen (автомобиль на изображении ) всего за неделю неиспользования испаряется полбака водородного топлива.

Электродвигатель

Есть тип двигателя, который вообще не производит выхлопа - электрический. Технология начинает свою историю еще в XIX веке. Популярность электрическому двигателю способствовали трамваи и троллейбусы в качестве городского транспорта, но в таком случае транспорту необходим был постоянный электрический ток в виде проводов. Электромобиль так и не набрал в свое время популярности, хоть и появился раньше, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Ныне электромобили выпускаются серийно, в городах оборудуются электрические заправки для них и технология набирает популярность.

Гибридный автомобиль

Особенно, популярны гибридные автомобили с одновременным использованием электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, позволяющим приводить в движение автомобиль, как и от электрического заряда, так и от привычного топлива. Гибридные автомобили, конечно, не избавляют атмосферу полностью от вредных выхлопов, но уменьшают количество отработавших газов, при этом позволяют в разы экономить топливо и уменьшать эксплуатационные характеристики.

Специалисты разных стран ведут исследования в области применения новых видов топлива и источников энергии на автомобильных транспортах. Это связано со значительным ростом численности автотранспортных средств и все большим загрязнением окружающей среды окружающей среды.

К наиболее эффективным и перспективным видам моторного топлива следует отнести природный газ, водород, пропан-бутановую смесь, метанол и др.

Перспективное автомобильное топливо -- это любой химический источник энергии, использование которого в традиционных или разрабатываемых автомобильных двигателях позволяет в какой-то степени решить энергетическую проблему и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. Исходя из этого формулируются пять основных условий перспективности новых источников энергии:

наличие достаточных энергосырьевых ресурсов;

возможность массового производства;

технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками;

приемлемые токсичные и экономические показателипроцесса использования энергии;

безопасность и безвредность эксплуатации.

Существует несколько различных классификаций перспективных автомобильных топлив. Большой практический интерес представляет энергетическая классификация, в основу которой положена калорийность традиционного жидкого углеродного топлива.

У традиционного жидкого углеводородного топлива самая высокая энергоплотность, поэтому автомобиль, работающий на нем, имеет небольшие размеры и массу топливного бака и топливной аппаратуры и не требует сложной системы заправки и хранения топлива. Углеводородные газы и водород обладают более высокой массовой энергоемкостью, но из-за малой плотности у них значительно худшие объемные энергетические показатели. Поэтому использование этих топлив возможно только в сжатом или сжиженном состоянии, что в ряде случаев значительно усложняет конструкцию автомобиля.

Водородное топливо. Большие надежды возлагаются на водородное топливо как на топливо будущего. Обусловлено это его высокими энергетическими показателями, отсутствием большинства токсичных веществ в продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой. Именно с водородом связывают перспективное развитие энергетики.

По массовой энергоемкости водород превосходит углеводородные топлива примерно в 3 раза; спирты -- в 5--6 раз. Но из-за очень малой плотности его энергоплотность низка. Водород обладает рядом свойств, сильно затрудняющих его использование: сжижается при 24К; обладает высокой диффузионной способностью; предъявляет повышенные требования к контактирующим материалам, взрывоопасен. Однако несмотря на это, ученые многих стран ведут работы по созданию автомобилей, работающих на водородном топливе. Многочисленные схемы возможного его применения в автомобиле делятся на две группы: водород как основное топливо и как добавки к современным моторным топливам. Основной трудностью при использовании водорода в сжиженном состоянии является его низкая температура. Обычно жидкий водород транспортируется в криогенных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией. Для безопасной эксплуатации жидкого водорода необходимы полная герметизация топливоподающей системы и обеспечение сброса избыточного давления.

Водородная технология, водородная энергетика -- о них говорят все настойчивее по той причине, что этот химический элемент -- основа единственного известного сегодня топлива, не образующего при сгорании пресловутого угарного газа и потому экологически наименее вредного. К тому же запасы его в природе практически неисчерпаемы. Вот почему уже много лет предпринимаются попытки использовать водород для двигателей внутреннего сгорания. В этом направлении еще в 30-е годы работали Московский автомеханический институт, МГТУ имени Баумана и ряд других институтов.

Во время Великой Отечественной войны идею водородного топлива практически применили для автомобилей в войсках противовоздушной обороны на Ленинградском фронте.

В послевоенные годы академик Е. А. Чудаков и профессор И. Л. Варшавский использовали водород для питания одноцилиндрового двигателя в Автомобильной лаборатории АН СССР. Занимались этой проблемой академик В. В. Струминский и другие исследователи. Однако эксперименты тогда не получили широкого размаха. Они стали более актуальными и возобновились позднее. Только в США к 1976г. по этой теме вели исследования 15 экспериментально-конструкторских групп, которые создали 42 разновидности «водородных» двигателей. Аналогичные поиски развернуты учеными ФРГ и Японии.

Столь большой интерес к водороду как к топливу объясняется не только его преимуществами экологического характера, но и физико-химическими свойствами: теплота сгорания у него втрое выше, чем у нефтепродуктов, воспламеняемость смеси с воздухом имеет широкие пределы, водород обладает высокой скоростью распространения пламени и низкой энергией воспламенения -- в 10--12 раз ниже, чем бензин.

В нашей стране обширные работы по использованию водорода для автомобильных двигателей активно ведут многие научные центры.

Метод получения этого химического элемента с применением так называемых энергоаккумулирующих веществ детально разработан Институтом проблем машиностроения АН Украины, который проводит также фундаментальные исследования процессов сгорания водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесей, разрабатывает принципиальные схемы силовой установки автомобиля при различных методах хранения нового горючего на борту.

Водород как моторное топливо имеет некоторые особенности, обусловленные его свойствами. Широкие пределы воспламеняемости позволяют лучше регулировать протекание рабочего процесса двигателя. В результате удается повысить экономичность при частичных нагрузках -- режиме, в котором автомобильный двигатель «живет» довольно долго. Теплотворность однородной смеси водорода с воздухом ниже, чем у бензина. Поэтому мощность двигателя на водороде в большей степени, чем при использовании бензина, зависит от способа смесеобразования.

Исследования детонационной стойкости бензоводородовоздушных и водородовоздушных смесей показали, что их склонность к детонации в значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха. И в этом отношении при использовании водорода в качестве топлива выявлены иные закономерности, чем для бензина. Изучение работы двигателей на водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесях показало высокую стабильность рабочего процесса. Сравнивая пределы изменения оптимального угла опережения зажигания при работе на водороде и бензине, можно заметить, что в первом случае он существенно зависит от коэффициента избытка воздуха. При обогащении смеси наивыгоднейший угол опережения зажигания значительно уменьшается. Поэтому при работе на водороде двигателю нужны иные регулировки этого параметра.

Наконец, при сгорании водорода отработавшие газы не содержат таких вредных компонентов, как СО, углеводороды, РЬО. Остается только один токсичный компонент в выхлопе -- NО (и то в меньших количествах, чем при работе на бензине). При использовании водорода в качестве добавки содержание вредных компонентов резко сокращается благодаря полноте сгорания. Кроме того, уменьшается необходимость использования вредных антидетонационных свинцовых присадок к бензинам.

Эксперименты показали, что двигатели внутреннего сгорания могут с успехом работать как на чистом водороде, так и на смеси его с парами бензина. Любопытно, что уже 10-процентная добавка (от массы расходуемого топлива) водорода может оказать существенное влияние, снижая токсичность отработавших газов и улучшая экономические показатели. Она намного расширяет пределы воспламеняемости смеси, что создает условия для эффективного регулирования процесса сгорания. Практически это означает возможность устойчивой работы на очень бедных бензоводородовоздушных смесях с большим коэффициентом избытка воздуха, чем обеспечивается значительная экономия бензина. Учитывая то обстоятельство, что двигатель в городских условиях до 30% времени работает на холостом ходу или режимах неполной нагрузки, можно представить себе, какие экономические выгоды несет использование водорода. А работа двигателя при высоких коэффициентах избытка воздуха сопровождается почти полным сгоранием смеси, и, следовательно, в отработавших газах нет токсичных компонентов. В Институте проблем машиностроения АН Украины уже разработаны автомобильные силовые установки, действующие на водородном топливе. Для них водород получают из воды (с применением энергоаккумулирующих веществ, в основе которых лежат окислы металлов), а также из гидридов -- веществ, способных при охлаждении поглощать водород, а при нагревании -- отдавать его.

Связывать водород гидридами необходимо в интересах безопасности, так как при утечках из баллонов он образует, смешиваясь с воздухом, взрывчатую смесь, которая легко воспламеняется (вспомните частые аварии дирижаблей с емкостями, заполненными водородом). Но важнее тот факт, что гидриды являются более рациональным методом хранения водорода на борту автомобиля по объемным показателям.

Общая схема силовой установки топлива: водородное топливо, получаемое в результате взаимодействия энергоаккумулирующих веществ с водой, подается системой питания в двигатель. Мощность двигателя регулируется компонентами, подаваемыми в реактор для освобождения связанного водорода.

Силовая установка может быть выполнена как по открытому, так и закрытому циклу. В первом случае на борту автомобиля размещаются только емкости для энергоаккумулирующих веществ и воды, а продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. При замкнутом цикле дополнительно вводятся теплообменник и конденсатор, позволяющие использовать пары воды из выхлопных газов. Поступающая в реактор с энергоаккумулирующими веществами вода снова служит источником для получения водорода. Так при замкнутом цикле «носителем» топлива служит вода, а энергией -- энергоаккумулирующие вещества. Водородное топливо при обоих циклах может использоваться в чистом виде или в качестве добавок (5--10% по массе). В последнем случае на машине сохраняется система питания бензином. «Извлечение» водорода из воды происходит в реакторе, содержащем энергоаккумулирующие вещества. Наиболее простым является реактор постоянного действия, в котором давление поддерживается регулировкой подачи компонентов в зону реакции.

Процесс получения в нем топлива происходит не мгновенно, т. е. он обладает некой инерцией. Выделяющийся в реакторе водород поэтому должен поступать к мотору через редуктор-регулятор, поддерживающий оптимальное давление перед форсунками подачи.

По разработанным методикам для испытаний с применением энергоаккумулирующих веществ на основе оксидов металлов, а также с использованием гидридов были апробированы серийные легковые автомобили «Москвич» и «ВАЗ».

Первый эксперимент (применение энергоаккумулирующих веществ -- автомобиль «Москвич») -- система питания бензином оставлена без изменения. На машине смонтированы два реактора 1, обеспечивающие получение водорода из воды, и редуктор 5, предназначенный для дозирования подачи топлива на разных режимах работы двигателя.

Реакторы периодического действия имеют постоянную загрузку энергоаккумулирующих веществ на основе кремния или алюминия с регулируемой подачей воды. Насосы высокого давления 4, приводимые электродвигателем, подают воду из бака через подогреватель и фильтр к реактору, где ее распыляют форсунки. В водяной системе установлены обратные клапаны, предотвращающие проникновение туда водорода при прекращении подачи воды. Кроме того, в ней предусмотрен кран 3, который переключает подачу воды с одного реактора на другой. Все агрегаты этой экспериментальной установки смонтированы на общей раме и помещены в багажнике.

Установка с применением энергоаккумулирующих веществ для питания двигателя водородом: 1 -- реакторы периодического действия; 2 -- бак для воды; 3 -- кран подачи воды в реактор; 4 -- блок насосов с электроприводом; 5 -- редуктор в системе подачи водорода

Водород от реакторов поступает к крану, установленному на приборной панели, которым водитель соединяет работающий реактор 1 с системой подачи водорода. Последняя состоит из понижающего редуктора, влагоотделителя, газового счетчика и редуктора регулирования подачи водорода (управляется специальной педалью). Топливо вводится во впускной трубопровод, непосредственно перед впускным клапаном.

Для работы на водороде, получаемом из гидридов, система питания бензином также сохранена и дополнительно установлена система хранения и подачи водорода (автомобиль «ВАЗ»). Она состоит из гидридного бака 1, нагреваемого отработавшими газами, редуктора со всережимным вакуумным регулятором 9 расхода водорода и смесителя 8, сделанного на базе серийного карбюратора. Скорость выделения водорода гидридом система регулирует автоматически (блок управления 10, реле давления 2, заслонка с электромагнитным приводом 7 на выпускной трубе), поддерживает постоянным, независимо от режима двигателя, давление водорода в системе. Гидридный бак при зарядке охлаждается водой.

Установка с применением гидридов: 1 -- гидридный бак; 2 -- реле давления; 3 -- вентиль заправки; 4 -- выхлопной патрубок гидридного бака; 5 -- глушитель; 6 -- бензиновый бак; 7 -- электромагнитный привод заслонки; 8 -- смеситель; 9 -- регупятор давления и расхода водорода; 10 -- блок электронного управления

Применение водорода в качестве дополнительного топлива для карбюраторных двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации двигателя, касающейся в основном системы питания, можно достичь значительного повышения его топливной экономичности (эксплуатационный расход бензина снижается на 35--40%) и уменьшить токсичность отработавших газов.

Таблица 13 Токсичность отработавших газов,

Водотопливные эмульсии. Применение воды в рабочем процессе двигателя внутреннего сгорания не является новинкой последних лет. Впрыск воды использовался для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания на низкооктановых топливах еще в 30-е годы.

Сейчас основное внимание при использовании воды в качестве добавки к топливу уделяется возможности повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов автомобиля.

Водотопливные эмульсии -- это жидкое топливо с мельчайшими каплями равномерно распределенной по объему топлива воды. Эмульсия приготовляется непосредственно на автомобиле. Для предотвращения расслоения эмульсии в топливо добавляется эмульгатор в количестве 0,2--0,5%. Содержание воды в водотопливной эмульсии может достигать 30--40%.

Применение водотопливных эмульсий возможно как в карбюраторном, так и дизельном двигателе. Но в карбюраторном двигателе применение водотопливных эмульсий в ряде случаев приводит к ухудшению некоторых показателей (в частности, топливной экономичности), отказам при полном открытии дроссельной заслонки, перебоям при движении с низкой скоростью. Наилучшие результаты дает использование водотопливных эмульсий на дизельных двигателях. Подача в камеру сгорания воды обеспечивает дополнительное распыление топлива за счет дробления перегретыми парами воды. Удельный расход топлива при этом снижается на 4--10%.

Добавка воды к топливу позволяет снизить содержание некоторых токсичных веществ в отработавших газах за счет уменьшения максимальных температур в камере сгорания, величина которых определяет количество NОх. При применении водотопливных эмульсий количество NOх может снизиться на 40-- 50%. Снижается также дымность отработавших газов, так как сажа при наличии паров воды взаимодействует с ними с образованием углекислого газа и азота. Выделение СО остается практически неизменным по сравнению с работой двигателя внутреннего сгорания на топливе без добавки воды, а выделение СпНш несколько увеличивается. Этот вид топлива пока не нашел широкого применения на автомобильном транспорте, поскольку усложняется конструкция автомобиля, возникает ряд проблем при эксплуатации в зимний период, недостаточно изучено влияние воды на условия работы и долговечность двигателя внутреннего сгорания.

Синтетические спирты. В качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания автомобилей нашли применение метанол и этанол как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных смесей.

Наибольшее распространение автомобили, работающие на спиртовом топливе, получили в Бразилии, которая ввозит 80--85% нефтепродуктов, расплачиваясь за них валютой. Расходы на горючее растут из года в год и исчисляются миллиардами долларов. Поэтому в стране с энтузиазмом был встречен объявленный президентом в 1975г. проект «алкоголизации транспорта». Топливные баки бразильских автомобилей заправляются смесью спирта и бензина в пропорции 1:4.

Со временем предполагается перевести весь автопарк на использование этилового спирта вместо бензина. Спирт получают из сахарного тростника (Бразилия -- крупнейший в мире производитель этой культуры). Возможно получение до 80 т биомассы с 1га в год. Плантаций, занимающих 2% территории страны, будет достаточно, чтобы обеспечить потребность в новом горючем.

По расчетам специалистов 1л спирта обходится на 30-- 35 % дешевле бензина.

Мексика, вторая по численности населения страна Латинской Америки, готова последовать бразильскому примеру. В США также проявляется интерес к производству топливного спирта из древесных, сельскохозяйственных и иных отходов.

С энергетической точки зрения преимущество спиртовых топлив заключается в высоком КПД рабочего процесса и высокой антидетонационной стойкости топлива, но теплота сгорания спиртов примерно вдвое ниже, чем у бензинов. Низкая энергоемкость спиртов ведет к увеличению удельного расхода топлива.

Использование спиртов требует сравнительно небольшого изменения конструкции автомобиля. Основные мероприятия сводятся к увеличению объема топливных баков и установке устройств, обеспечивающих стабильный пуск двигателя в любую погоду. Требуется также замена некоторых металлов и прокладочных материалов, в частности облицовка пластмассой метанольного бака. Это связано с высокой коррозийной активностью спиртов и необходимостью более тщательной герметизации топливоподающей системы, поскольку метанол является нервно-сосудистым ядом. Применение бензометанольной смеси выдвигает ряд других специфических требований. В частности, ужесточаются требования к давлению насыщенных паров бензина, поскольку даже с 5 %-ной добавкой метанола оно значительно увеличивается. Чтобы избежать расслоения смеси, при ее хранении, транспортировке и применении необходимо соблюдать определенную температуру и не допускать попадания в нее воды. Некоторые синтетические материалы, используемые в системах подачи топлива и в автомобильных системах питания, оказались нестойкими к бензометанольной смеси. При переводе автомобиля с бензина на бензометанольную смесь пришлось изменить пропускную способность жиклеров, при этом несколько увеличился общий расход топлива. Вместе с тем установлено, что смесь с содержанием метанола до 15 % не ухудшает основных технико-эксплуатационных показателей грузовых автомобилей. Высокие антидетонационные показатели спиртов позволяют повышать степень сжатия двигателя внутреннего сгорания до 14--15 единиц.

Использование спиртовых топлив снижает содержание токсичных веществ в отработавших газах, что объясняется более низкой температурой горения спиртового топлива.

С начала 70-х годов, когда резко обострилась энергоэкологическая ситуация, практически все промышленно развитые страны развернули широкий поиск альтернативных энергоносителей, способных заменить бензин и дизельное топливо. Среди альтернативных топлив особое внимание уделяется водороду: его использование для двигателей внутреннего сгорания позволяет решить как сырьевую, так и экологическую проблемы, причем сделать это без коренной перестройки технической базы современного двигателестроения. В частности, исследования показали, что применение водорода в качестве основного или дополнительного топлива для двигателей с принудительным воспламенением заряда повышает их топливную экономичность на 30--40% и резко снижает токсичность отработавших газов, так как моторные свойства позволяют двигателям работать на бедных смесях при качественном регулировании мощности. За рубежом работы по созданию автомобильных «водородных» двигателей внутреннего сгорания ведутся передовыми развитыми странами уже давно и довольно успешно. В частности, автомобильная компания «Даймлер--Бенц» (Германия) изготавливала легковые автомобили и микроавтобусы на базе серийных моделей, двигатели которых питаются как бензином с добавкой водорода, так и «чистым» водородом. Из трех приемлемых для автотранспортных средств способов аккумулирования водорода -- в сжатом до 20 МПа, сжиженном при температуре 20К или химически связанном в металлогидридах состоянии -- на экспериментальных автомобилях фирмы «Даймлер--Бенц» применялся последний.

Об экологической опасности

Все углеводородные топлива, как известно, в большей или в меньшей степени являются экологически опасными. Наибольшей экологической опасностью обладают жидкие ракетные топлива, а наименьшей – угли. Экологическая опасность углеводородных топлив обусловлена выделением из них токсичных и ядовитых химических веществ, соединений и элементов, являющихся опасными загрязнителями окружающей среды.

Экологически опасные компоненты выделяются из топлива при хранении, транспортировке и перекачке. На этих этапах использования горючего, кроме газообразных углеводородов (например, этана и метана), топливные загрязнители могут быть представлены самим топливом, загрязненными углеводородами водами, топливным отстоем, угольной пылью и другими. Эти загрязнители попадают в окружающую среду в результате утечек, протечек, разливов, аварий и т. д.

В процессе непосредственного сжигания топлива формируются новые экологически опасные газообразные, жидкие и твердые загрязнители, представляющие собой производные химических элементов, соединений и веществ, содержащихся как в составе исходного топлива, так и в составе атмосферного воздуха, поступающего на горение. Химические элементы, соединения и вещества топлива и воздуха взаимодействуют между собой и, пройдя определенные термические превращения, выбрасываются в составе продуктов сгорания в окружающую среду.

Что такое экологическая чистота топлива

Для топлива как продукта общественного труда экологическая чистота является сложным комплексным свойством, проявляющимся при хранении, транспортировке, перекачке и непосредственно в процессе сжигания.

Под свойством топлива «экологическая чистота», по мнению авторов, следует понимать такое состояние горючего, при котором на всех этапах своего жизненного цикла оно не оказывает или оказывает минимальнодо пустимое негативное воздействие на окружающую среду и не создает угрозы жизни и существованию людей, фауне и флоре.

Сложным и комплексным данное свойство топлива является потому, что в одних условиях использования, например при хранении, транспортировке и перекачке, в окружающую среду поступают одни загрязнители, в то время как при сжигании топлива  образуются и выбрасываются другие загрязнители. В связи с чем экологическую чистоту топлива следует условно рассматривать как две взаимосвязанные составляющие: до и во время сжигания, при этом последняя составляющая является более значимой.

Посмотрим ГОСТы и ТУ

В настоящее время в Российской Федерации действует большое количество ГОСТов и ТУ на углеводородные газы, нефтяное топливо и уголь. Следует напомнить, что ГОСТ – это государственный нормативный документ на продукцию, обязательный для исполнения всеми предприятиями страны. ГОСТы создавались для всех отраслевых промышленных предприятий, подтягивая их техническую базу и технологическое оборудование, а следовательно, и качество выпускаемой продукции, до одного уровня.

С 2000 года вместо новых государственных стандартов выпускаются технические условия. В отличие от ГОСТа, технические условия – это нормативный документ на продукцию для одного или нескольких предприятий, разработанный с учетом их технической базы и технологического оборудования. Поскольку база и оборудование даже на однопрофильных предприятиях различны, то и технические условия на одну и ту же продукцию, а следовательно, и ее качество, отличаются.

Анализ нормативных документов, определяющих качество углеводородного топлива, показывает, что ни один из них не содержит сведений о таком свойстве топлива, как «экологическая чистота», в связи с чем не нормируется и ее численное значение (т. е. показатель). Справедливости ради следует констатировать, что отдельные косвенные показатели, по которым можно судить об экологической чистоте используемого топлива, в этих нормативных документах все же присутствуют. Так, для углеводородных топлив указывается химический состав горючей части, и нормируются содержание в них вредных примесей и минеральных включений. В настоящее время для газового топлива нормируется содержание сероводорода (H 2 S) и азота (N 2); для жидких нефтяных топлив – серы (S 2), углерода (С), ванадия (V), кислот и щелочей, кроме того, для бензинов – марганца (Mn) и свинца (Pb), а для углей – вредные компоненты в минеральной части.

Очевидно, что существующие ГОСТы и ТУ необходимо корректировать с учетом реально сложившейся экологической обстановки, ухудшению которой способствует неуклонное повышение объемов потребления углеводородного топлива, а следовательно, и увеличение количества вредных выбросов.

При чем здесь октановое число?

Известно, что в Российской Федерации с января 2009 года должен вступить в силу Федеральный закон, который обяжет граждан, владеющих автомобилями с карбюраторными и инжекторными двигателями, использовать бензин с октановым числом не ниже 95 (АИ-95). Данный закон РФ широко пропагандируется в СМИ и у наших граждан формируют мнение, что бензин АИ-95 более экологически чистое автомобильное топливо, чем используемые сегодня бензины АИ-80 или АИ-92.

Необходимо отметить, что показатель октанового числа автомобильного бензина является лишь количественной характеристикой устойчивости к детонации (самопроизвольному взрыву) топлив, применяемых в двигателях внутреннего сгорания. Октановое число нормируется для легких углеводородных топлив, имеющих температуру кипения от +300 °С до +230 0 °С, каковыми и являются бензины. Похожим показателем для средних углеводородных (дизельных и моторных) топлив, имеющих температуру кипения от +2500 °С до +360 0 °С, является цетановое число, отражающее способность данного вида горючего к самовоспламенению.

Октановое и цетановое числа светлых топлив характеризуют только способ распространения пламени (взрывной или равномерно непрерывный) при протекании цепной реакции горения, а не механизм или качество протекания этого процесса. В связи с чем показатели октанового числа бензинов и цетанового числа дизельных топлив не могут применяться для объективной оценки экологической чистоты указанных видов углеводородных горючих.

Возможно, эта оплошность допущена разработчиками данного Федерального закона по причине отсутствия консультантов – специалистов по топливоподготовке и топливоиспользованию.

Как оценивать экологическую чистоту

Содержание отдельных примесей и минеральных включений углеводородного топлива, отраженное их численными значениями в действующих нормативных документах, не может полностью характеризовать экологическую чистоту топлива. Однако для предварительной оценки экологической чистоты топлива можно использовать численные значения показателей химических элементов, содержащихся в горючей части топлива. Если топливо имеет большее содержание водорода (Н 2) или в составе его горючей части присутствует связанный кислород (О 2), например как у биологического топлива, то это горючее является более экологически чистым. Объективная же оценка экологической чистоты того или иного вида топлива может быть проведена только по результатам качественного и количественного анализов дымовых (выхлопных) газов в процессе его сжигания, а также анализа зольной части горючего после его сжигания. По своей значимости первостепенными являются, безусловно, результаты анализов дымовых, выхлопных и прочих газов, образующихся при сгорании топлива, поскольку именно они оказывают наибольшее негативное воздействие на окружающую природную среду и поражают значительные территории.

Очевидно, что для объективной оценки такого важного свойства топлива, как экологическая чистота, необходимо еще разработать критерий, то есть правило, по которому этот показатель изменяется. По мнению авторов, данный критерий должен представлять собой аддитивную свертку наиболее экологически опасных компонентов, например CO, CO 2 , H 2 S, NO x , N 2 , S 2 , S x O y , C x H y , сажа и т. д., количественное ранжирование которых в продуктах сгорания того или иного топлива может отражаться численным значением коэффициента значимости, соответствующего доле каждого компонента в составе дымовых газов. Представленный критерий является объективным, поскольку через качество протекания цепной реакции горения количественно отражает механизм формирования вредных выбросов. Численное значение показателя экологической чистоты топлива должно находиться в пределах от 0 до 1,0, при этом топливо является экологически чистым при показателе, близком к 0, а экологически опасным, соответственно, к 1,0.

Что за рубежом

В странах Западной Европы, Северной Америки и Японии экологические проблемы, связанные, в том числе, и с использованием углеводородных топлив, начали решать с начала 60‑х годов прошлого столетия. На начальном этапе улучшение экологической обстановки пытались добиться исключительно реализацией административных мер. А, именно, введением и ужесточением природоохранного законодательства, введением и повышением штрафов за загрязнение природной среды, ограничением количества и регламентацией времени работы источников загрязнения, в том числе и автотранспорта, запрещением использования тех или иных продуктов и т. д. и т. п. Однако попытка решения экологических проблем исключительно административными мерами потерпела неудачу.

И только через 30 лет, в середине 1990‑х годов представленные выше комплексные мероприятия, в том числе модернизация технологической базы нефтеперерабатывающих заводов и совершенствование автомобильных двигателей и их топливных систем, были реализованы, после чего на топливный рынок экономически развитых стран поступил в качестве товарного топлива высокооктановый бензин. Несмотря на позитивные тенденции качественного улучшения природной среды в развитых странах мира, проблема загрязнения, в том числе и продуктами сгорания углеводородного топлива, на сегодняшний день полностью не устранена и требует своего дальнейшего решения.

Вместо выводов

По мнению авторов, более экологически чистые продукты общественного труда должны быть дешевле своих менее экологически чистых аналогов. Это полностью относится и ко всем видам углеводородного горючего. Государство обязано взять на себя часть расходов, связанных с повышением экологической чистоты топлива, поскольку использование экологически опасных топлив приносит огромный ущерб флоре, фауне и здоровью граждан через нарушение качества их естественной среды обитания. В противном случае государство вынуждено будет нести дополнительные расходы на природоохранные мероприятия и здравоохранение, значительно превышающие прибыль от продаж экологически чистых топлив.

Московское правительство решило возложить функции по распространению экологических видов топлива и источников энергии на автомобильном транспорте города, на определенные автопредприятия. , которого не сильно отличается от бензина, менее практично, нежели альтернативные виды топлив.

Предприятия осуществляли работу на уже экспериментальных образцах автомобилей, которые приспособлены к использованию компримированного природного газа, то есть метана.

Половина всех автомобилей имеющихся в автопарке предприятия, работают на альтернативных видах горючего.

До этого момента в городах России такая техника никогда не использовалась, опыт который сей час активно приобретается, позволяет получить те необходимые знания, которые создадут условия для расширения и внедрения инноваций по всех регионах страны.

В недалекие 1960-е годы почти все высокоразвитые страны имели энергетику, которая зависела от нефти. Западные страны, выигрывали за сет экспорта дешевой нефти, баррель им обходился около 5 $. Что повлекло довольно высокие . Спустя 13 лет, организацией арабских стран-экспортеров нефти, было наложено эмбарго на ввоз нефти в Соединенные штаты Америки, это произошло из-за того, что в войне Израиля с Сирией и Египтом, Северная Америка поддержала Израиль. После этого случая, те страны, которые называли себя высокоразвитыми, пришли к выводу, что действующая экономические планы уже не эффективны, нужно срочно вырабатывать новые, с учетом уже совершенно других видов топлива. Самым слабым местом, оказалась транспортная отрасль, которая использовала углеводородные виды топлива.

Другой причиной поиска альтернативы нефти, стало то, что ее добыча с каждым годом становилась все дороже, а ее запасы в недрах земли расходовались очень великими темпами, и могли вообще исчезнуть примерно через 50 лет.

Самое интересное то, что газовый двигатель совсем не новинка современности, так как он был изобретен еще в очень далеком XIX веке, инженером из Франции, Ленуаром, работал он, конечно же, на газе. В наши дни, применяя альтернативные виды топлива в автомобилях, чаще всего используют именно газ.

Не стоит путать с бытовым газом, ведь заправляя автомобиль, на заправках используют специальные компоненты пропан-бутана, это сжиженый нефтяной газ. Его использование дишевле, и экологически безопасно для окружающей среды, по сравнению с бензином. Заправку машин производят на специальных комплексах для заправки альтернативными видами топлева.

Лучшее горючее для транспортных средств.

Природный газ метан, это то, что обходит по характеристикам и бензин, и нефтяной газ. Им обычно заправляют машины те, кто хочет за те же деньги проехать вдвое, больше расстояние.

Не провоцирует нагар, моторное масло не подвергается изминениям. Поршням и цилиндрам наносится намного меньше вреда, хорошая производительная работа двигателя. Нет нагара, не разжижается моторное масло. Меньший износ поршней и цилиндров, улучшается ресурс двигателя. Масляный нагар, плюс сажа, окисляется масло, значительно понижая смазочные свойства.

Очень мало специализированых пунктов, где без проблем можно заправится. Присутствует сеть заправок. Очень много мест, где можно заправиться.

Не требует какой либо переработки, годен к использованию в первичном виде. Смесь, которая требует определенных пропорций с учетом времен года. Требуются комбинаты по переработке нефти.

Осуществляется доставка по газотранспортным путям. Привозят специальными тягачами. Так же как и пропан-бутан, доставляется на заправки в цистернах.

Разведанных залежей, должно хватить человечеству, примерно на 200 лет. Так как газ, добывают из нефти, то, его хватит примерно на 50 лет. Производится из нефти, запаси не более чем на 50 лет.

Довольно дешевый, и требует малых вложений. Имеет среднюю цену. Нестабильная себестоимость, в том плане, что с каждым годом только растет.

Дорогое оборудование, очень мало специалистов.в Российской Федерации, по монтажу и добыче, а также ремонту установок. Не дешевая стоимость оборудования. Нет нужды в дополнительном оборудовании.

Отсутствует возможность хищения метана на заправках или с баков автомобилей. Нельзя украсть с заправок. Легко можно перепродать.

Почти не меняет свои свойства при понижении температуры. Свойства падают при понижении температуры Малые изменения свойств, если температура падает.

Имеет наивысший 4 класс безопасности. Не очень безопасный, так как обладает лишь 2-м классом безопасности. Стабильная безопасность, 3-й класс.

Напрашивается вывод, метан имеет всего три недостатка, если ровнять с другими вилами топлива. Проблемы со специалистами легко решить, а дороговизна оборудования, со временем все равно окупается, за сет той же экономии. Метан это топливо, которое имеет наилучшие показатели среди других видов топлив.

Сегодня метаном можно заправлять практически все автомобили, но в 90-е годы, считалось, что он предназначен для грузовых автомобилей и автобусов. Он помещался в специальные стальные баллоны, которые выдерживали давление в 200 атмосфер. Но вес баллона в 100 килограмм, отпугивал автолюбителей, поэтому мало кто переводил своего «зверя» на это топливо. Сейчас также просто как и любое другое топливо.

Сегодня баллоны из стали заменили менее прочными композитными сплавами, надежность стала жертвой легкости, тоесть меньшего веса баллона. Баллоны, как и стальные выдерживают давление, и высокие температуры. Взрывоопасность завышена, метан способен воспламенится только тогда, когда температура достигает 600 градусов, в то время когда бензин при 250, не говоря о его парах которым достаточно и 170 градусов.

Применение в Европейских странах

Широкое применение возрастает огромными шагами. Сейчас газоболонных машин, насчитывается 10 миллионов. Россия лидер в поставках газового топлива, на западном рынке.

Современные заводы обязательно занимаются разработкой и выпуском одной или двух моделей газобалонных автомобилей Audi, Honda, Toyota и другие. Все они начинают налаживать производство автомобилей.

Энергетические преимущества были оценены разными странами, с разными экономическими обстановками. Авто, способные использовать газовое топливо, можно встретить от США, до Азии. В России, заводских газоболонных автомобилей очень мало, чаще всего можно встретить переоборудованные под газ, бензинные аналоги.

Автомобили с таким альтернативным видом топлива как газ, хорошо производят в таких странах как Германия и Чехия. Это из-за того что в первой налажена отличная заправочная инфраструктура, во второй, планируют заменить на более экономные аналоги 10% топлива. Страной, в которой уже сейчас широко используются автомобили на газовом топливе, является Италия. Более 779 тыс. ГБА, колеся просторами этой страны.