Перспектива использования новых видов топлива
Железняков Р. И., студент ВФ ГОУ МГИУ
Осипян В.Г., к.т.н., доцент ВФ ГОУ МГИУ
На Урале начинаются испытания нового вида топлива - в дело пошел спирт
Екатеринбург, Июнь 27 (Новый Регион, Ольга Назимова) - В Свердловской области в этом году начнутся испытания нового вида топлива - бензино-спиртового. Перспективы производства и применения на транспорте топливного этанола были рассмотрены 27 июня в министерстве промышленности, энергетики и науки Свердловской области.
Специалисты областного министерства промышленности, энергетики и науки совместно с союзом предприятий и организаций химической промышленности Свердловской области и учеными изучили перспективы использования спирта, производимого в области, для получения нового топлива. На сегодняшний день заводы Свердловской области могут ежегодно производить 2,7 миллиона декалитров спирта в год. Исполнительный директор Союза предприятий и организаций химической промышленности Свердловской области Наталья Белогурова отметила, что в мире более половины производимого спирта используется в качестве присадок к топливу. Учитывая значительный рост числа автотранспорта в крупных городах РФ, требуется принятие дополнительных мер по снижению уровня выбросов. В Москве и Екатеринбурге приняты даже специальные программы на эту тему. В рамках реализации долгосрочных экологических программ использование бензино-спиртовой смеси может стать серьезным фактором, позволяющим улучшить экологическую обстановку.
По оценке профессора УГТУ-УПИ Сергея Шеклеина добавление всего лишь пяти процентов спирта в бензин позволяет добиться снижения выбросов вредных веществ в шесть раз. "Мы провели испытания, которые показали, что бензино-спиртовая смесь позволяет добиться экологического стандарта Евро-5 без потерь мощности двигателя", - сказал С.Шеклеин.
В ближайшее время кафедра атомной энергетики УГТУ-УПИ продолжит научно-исследовательские и опытно-конструкторские ра
боты по созданию новых видов топлива.
По словам заместителя министра промышленности области Юрия Зибарева, сегодня есть все необходимое для заключения соглашения о сотрудничестве по отработке технологии приготовления и хранения нового топлива между кафедрой атомной энергетики УГТУ-УПИ, ОАО "Химпродукция" и ОАО "Свердловскнефтепродукт". Кроме того, на улицах Екатеринбурга скоро появятся автомобили, работающие на бензино-спиртовой смеси, что позволит на практике изучить влияние нового топлива на окружающую среду.
В выхлопах нашего автомобиля нет ничего, что загрязняло бы воздух Во всем мире пока существует лишь четыре автомобиля, которые работают на жидком азоте: два в США и по одному в Великобритании и Украине. Эти машины называются криомобилями, поскольку азот, залитый в их баки, имеет очень низкую температуру - минус 196 градусов. Украинский криомобиль создали ученые Физико-технического института низких температур НАНУ и Харьковского национального автомобильно-дорожного университета Станислав Бондаренко, Александр Пятак и Игорь Кудрявцев. Изобретатели убеждены, что их детище поможет человечеству решить одну из самых важных экологических проблем - избежать загрязнения воздуха выхлопными газами. Ведь ничего, кроме азота, из которого на 78 процентов состоит атмосфера, криомобиль не "выбрасывает".
Первый украинский криомобиль не может потягаться в скорости даже с велосипедом - разгоняется лишь до 10 километров в час.
Нас это вовсе не смущает, ведь, создавая первую действующую модель, мы хотели доказать, что теоретические разработки верны, -рассказывает один из создателей криомобиля, заведующий лабораторией Харьковского национального автомобильно-дорожного университета Игорь Кудрявцев. - Уже в ближайшие год-два мы планируем построить второй экземпляр, который должен развивать скорость 60 километров в час. Этого вполне достаточно для движения в городе. Криомобилю будет хватать азота для езды без дозаправки примерно на 100 километров. Представьте, какую пользу принесут такие машины: если заменить ими все авто с двигателями внутреннего сгорания в Москве, Харькове и других больших городах, то загрязнение воздуха там уменьшилось бы процентов на семьдесят. По своим экономическим показателям криомобили также весьма перспективны: жидкИй азот ныне дешевле бензина в 10-12 раз. Учтите, что стоимость традиционного горючего постоянно растет, а цена жидкого азота зависит от стоимости электроэнергии, которая расходуется на его получение из воздуха.
Ученые рассказывают, что государство в течение трех лет выделяло на создание криомобиля чуть больше полутора тысяч гривен в месяц. А с начала 2005 года вообще нет финансирования. Вот энтузиастам и приходится раскошеливаться.
К созданию криомобиля мы приступили в 2000 году, с тех пор наша группа вложила в него около пяти тысяч долларов. Порой тратили на разработку ползарплаты, - говорит руководитель группы, работающей над криомобилем, профессор Физико-технического института низких температур Станислав Бондаренко.
Станислав Иванович выдвинул идею криомобиля еще в 1995 году. Оказалось, что примерно в это же время за разработку такого авто взялся ученый из США Митти Пламер. Теперь украинская и американская группы изобретателей обмениваются информацией.
Из-за нехватки средств ходовую часть для первого украинского криомобиля ученые позаимствовали у старенького "Запорожца". Кстати, коробка передач криомобилю не нужна вовсе. Корпус машины сделан из алюминиевых трубок, покрытых пластиком. Дверей у экспериментального криомобиля нет, а в кабине находится емкость с жидким азотом.
Нас спрашивают, не станут ли большие габариты бака с азотом препятствием к широкому внедрению новинки, - рассказывает Игорь Кудрявцев. - Но эту емкость мы поставили в кабину ради экономии средств. А серийный криомобиль можно спроектировать так, чтобы бак не был заметен. Жидкий азот особой опасности не несет. Показательный пример: в университетских городках США возле учебных корпусов стоят большие емкости с азотом, и ученые берут его для проведения экспериментов. Так и водители смогут делать. Создавать заводы для получения жидкого азота не понадобится - его можно брать на металлургических и химических комбинатах.
Принцип действия криодвигателя очень прост: из бака с помощью насоса жидкий азот под давлением подается в теплообменник, где превращается в газ, увеличиваясь в объеме. За счет этого движутся механизмы пневматического мотора, которые и вращают колеса нашей машины. Наверняка столь простая идея приходила в головы ученых и двадцать, и тридцать лет назад. Но осуществилась она только сейчас, когда появились новые материалы, техника. Кроме того, для создания криомобиля пришлось сделать сложнейшие расчеты.
Криомобили в эксплуатации намного дешевле машин, работающих на бензине и солярке, электромобилей, а также авто, работающих на водороде, - добавляет Игорь Кудрявцев. - В минувшем году выход на улицы Нью-Йорка такси с водородным двигателем стал мировой новостью, но в научных журналах весьма сдержанно пишут о перспективах таких автомобилей из-за дороговизны использования. Так что криомобиль в ближайшем будущем может стать альтернативой машинам с двигателями внутреннего сгорания.
Зачем нужны биотоплива? В мире все больше говорят о необходимости замены нефти, угля и газа на биотоплива. Отголоски уже доходят и до России, где, впрочем, пока немногие понимают, что же это такое на самом деле. В прессе иногда можно встретить рассказы о чудесных веществах, совершенно не загрязняющих окружающую среду и более эффективных, чем бензин, керосин и дизельное топливо.
В действительности ничего принципиально нового в биотопли-вах нет. Биотоплива использовались тысячелетиями и для многих остаются единственным источником тепла и средством приготовления пищи. Главным биотопливом были и остаются дрова, причем их экологичность совсем не очевидна - достаточно лишь вспомнить о неконтролируемой вырубке лесов.
Впрочем, теперь под словом "биотоплива" редко подразумевают дрова. Речь, как правило, идёт о более высокотехнологичных продуктах, получаемых из сельскохозяйственных культур или отходов переработки растительного и животного сырья. С возобновляемос-тью у них все в порядке, чуть сложнее обстоит дело с вредными выбросами. Сторонники говорят, что биотоплива меньше загрязняют атмосферу, а противники возражают, что при сгорании биотоплив выделяются те же продукты, что и при сжигании ископаемых топлив.
Истина же, как водится, лежит посередине. Действительно, в процессе сгорания и тех, и других топлив образуются, главным образом, углекислый газ, вода и несколько примесей, многие из которых являются вредными: моноксид углерода, оксиды азота, углеводороды и т.п. Наибольшее внимание обычно уделяется вредным компонентам выхлопа и одному из виновников парникового эффекта - углекислому газу.
Одним из главных преимуществ биотоплив называют сокращение выбросов парниковых газов. Это, однако, не означает, что при сгорании биотоплив образуется меньше диоксида углерода (хотя и такое возможно). При сгорании биотоплива в атмосферу возвращается углерод, который ранее поглотили растения, поэтому углеродный баланс планеты остаётся неизменным. Ископаемые топлива - совсем другое дело: углерод в их составе миллионы лет оставался "законсервированным" в земных недрах. Когда он попадает в атмосферу, концентрация углекислого газа повышается.
В том, что касается вредных выбросов, биотоплива несколько выигрывают у нефтяных. Большинство исследований показывают, что биотоплива обеспечивают снижение выбросов моноксида углерода и углеводородов. Кроме того, биотоплива практически не содержат серы. Вместе с тем, несколько увеличивается выброс оксидов азота, вдобавок, при неполном сгорании многих биотоплив в атмосферу попадают альдегиды. Но, в целом, по уровню вредных выхлопов биотоплива выигрывают у нефтяных.
Видов топлив из биомассы предлагается великое множество. Это и биогаз - метан, получаемый за счет разложения органических остатков (например, навоза) бактериями, и твердые топлива, но больше всего разговоров идет о биотопливах для автомобилей: этаноле и "биодизеле".
Использование спиртов в качестве топлива для автомобильных двигателей - давно не новость. Разработчики первых двигателей внутреннего сгорания уделяли спиртовым моторам не меньше внимания, чем бензиновым. Спирты имеют высокие октановые числа - более 100 единиц, но меньшую по сравнению с нефтяными топливами теплоту сгорания (при сгорании топлива выделяется меньше энергии, мощность падает, а расход топлива увеличивается).
Начало крупномасштабной добычи нефти сделало применение спирта в качестве моторного топлива невыгодным. Спиртовые топлива стали нишевым продуктом: например, на метиловом спирте работают двигатели мотоциклов для спидвея и многих спортивных картов. Спиртовое автомобильное горючее пользуется определённой популярностью в Бразилии, где нет больших запасов нефти, но зато есть идеальные условия для выращивания сахарного тростника и производства из него дешевого спирта.
Помимо этанола и метанола, в качестве моторных топлив предлагается использовать и другие спирты. Компании BP и Du Pont делают ставку на бутанол.
Наибольшее внимание сейчас уделяется именно этиловому спирту. В лентах научно-технических и экономических новостей сообщения о планах по строительству новых заводов появляются, чуть ли не каждый день. В США сахарный тростник не растет, поэтому главным источником биоэтанола должна стать кукуруза. "Царицей полей" дело, впрочем, не ограничивается: в ход планируется пустить все - от картофеля и пшеницы до различных органических отходов. Ряд стран планируют наладить экспорт биоэтанола в США и другие государства, заинтересованные в переходе на спиртовое горючее. Бразилия планирует к 2025 г. заменить тростниковым спиртом до 10% потребляемого в мире бензина.
Бензиновые двигатели, в общем случае, не годятся для использования спиртового топлива, хотя конструктивные изменения для перевода их на спирт минимальны. Часто удается ограничиться использованием стойких к спиртам материалов и установкой элементов для отделения водяного конденсата. В настоящее время многие ведущие автопроизводители выпускают универсальные двигатели, способные работать на бензине, спирте или их смесях. При использовании смесей бензина с небольшим количеством спирта (до 10%) топливо, как правило, подходит и для обычных бензиновых двигателей.
В США международной командой учёных создан прототип автомобиля, работающего на металлической пудре вместо бензина.
Идеи проведённых исследований основаны на разработках советских химиков 80-х годов. Тогда был даже создан опытный образец подобного двигателя, однако полностью реализовать проект не удалось, поскольку в 80-е не смогли создать металлопудру из отдельных, не связанных атомов - для получения "взрывного эффекта" от окисляющегося металла. Разрешить проблему позволили новейшие разработки в области нанотехнологий.
Под руководством бывшего советского учёного Соломона Лаби-нова научный коллектив американской лаборатории "Оук Ридж" в штате Теннеси создал пудру, которая в двигателе автомобиля выделяет вдвое больше энергии, чем бензин.
Особенность нового топлива в том, что оно возобновляемо: отработанную пудру достаточно собрать и пропустить через водород. В результате металл отдает находящийся в нем кислород и вновь готов для работы в качестве топлива.
Ученые из штата Теннесси утверждают, что металл должен стать новым, революционным видом автомобильного топлива. Они считают, что из порошкового железа или алюминия при определенных условиях высвобождается огромное количество энергии. Для этого нужно лишь сделать частицы размером примерно в нанометр и добавить воспламеняющий элемент. По словам исследователей, энергия от сгорающего порошкового железа в два раза превысит энергию от сгорания бензина. Металлическое "нано-топливо", как его называют ученые, не дает выброса углекислого газа и оксидов азота; а при добавлении водорода наночастицы можно использовать даже по несколько раз.
Принцип работы здесь, грубо говоря, схож с запуском ракеты: порошковый металл используется при запуске космических шаттлов и военных торпед. Для автомобильной промышленности здесь существует лишь одна проблема - что делать с оксидами, которые образуются при контакте металла с воздухом.
Ученые, придумавшие новый вид топлива, говорят, что его в первую очередь можно использовать для двигателей внешнего сгорания (или двигателях Стирлинга), которые сейчас делают только для грузовых автомобилей или судов. В таких двигателях топливо сжигается в форсунках (горелках), пламя которых направлено на трубки нагревателя. Горение происходит с большим избытком воздуха, вследствие чего в продуктах сгорания содержится значительно меньше токсичных веществ, чем в продуктах сгорания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Такой двигатель может работать на любом топливе, включая ядерное.
|
