Альтернативное топливо для автомобилей без загрязнений окружающей среды
7 экологичных видов топлива для автомобилей
Многие годы исследователи бьются над поиском альтернативы бензину как основному типа топлива для автотранспорта. Экологические и ресурсные причины нет смысла перечислять — о токсичности выхлопных газов не говорит только ленивый. Решение проблемы ученые находят в самых, порой, необычных видах топлива. Recycle выбрал наиболее интересные идеи, бросающие вызов топливной гегемонии бензина.
Биодизель на растительных маслах
Биодизель – разновидность биотоплива на основе растительных масел, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом. Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит еще Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.
Как правило, для получения биодизеля используют рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Разумеется, сами по себе растительные масла в качестве топлива в бензобак не заливаются. В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биосоляры» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты — метанол и, реже, этанол. Это и становится компонентом биодизеля.
Во многих европейских странах, а также в США, Японии и Бразилии, биодизель уже стал неплохой альтернативой обычному бензину. Так, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.
Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. В почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля — это минимизирует степень загрязнения рек и озёр.
Сжатый воздух
Модели пневмоавтомобилей — машин, ездящих на сжатом воздухе — выпущены уже несколькими компаниями. Инженеры Peugeot в свое время произвели фурор в автомобильной индустрии, заявив о создании гибрида, у которого в помощь к двигателю внутреннего сгорания добавляется энергия сжатого воздуха. Французские инженеры рассчитывали, что такая разработка поможет малолитражкам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Специалисты Peugeot утверждают, что в городе пневмогибрид может до 80% времени передвигаться на сжатом воздухе, не создав ни миллиграмма вредных выбросов.
Принцип работы «воздухомобиля» довольно прост: в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). Пневматический мотор конвертирует энергию сжатого воздуха во вращение полуосей.
К сожалению, машины целиком на сжатом воздухе или air-гибриды создаются, в основном, мизерными партиями — для работы в специфических условиях и на ограниченном пространстве (например, на производственных площадках, требующих максимального уровня пожарной безопасности). Хотя существуют некоторые модели и для «стандартных» покупателей.
Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair – первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию. Его уже можно видеть на улицах Мельбурна. Грузоподъёмность – 500 кг, объём баллонов с воздухом – 105 литров. Пробег грузовичка на одной заправке – 16 км.
Продукты жизнедеятельности
Изобретение GENeco поспешили назвать прорывом во внедрении энергосберегающих технологий и экологически чистого топлива. Обывателю идея кажется сюрреалистической, поэтому стоит разъяснить: в автомобиль загружается, конечно, уже переработанное топливо — в виде готового к использованию метана, полученного заблаговременно из отходов жизнедеятельности.
При этом двигатель VW Bio-Bug использует два вида топлива одновременно: машина стартует от бензина, но, как только двигатель прогревается, а автомобиль набирает определенную скорость, включается подача переработанного на заводах GENeco человеческого желудочного газа. Потребители могут даже не заметить разницы. Впрочем, остается главная маркетинговая проблема — человеческое негативное восприятие того сырья, из которого получают биогаз.
Солнечные батареи
Производство автомобилей, питающихся солнечной энергией — пожалуй, самое развитое направление автопрома, ориентированного на использование эко-топлива. Машины на солнечных батареях создаются по всему миру и в самых разных вариациях. Еще в 1982 году изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток (правда, со скоростью всего лишь 20 км в час).
В сентябре 2014 года автомобилю Stella на солнечных батареях удалось проехать маршрут от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско, а это 560 км. Солнцемобиль, разработанный группой из голландского Университета Эйндховена, оснащён панелями, собирающими солнечную энергию, и 60-килограммовым блоком батарей ёмкостью шесть киловатт-часов. Stella имеет среднюю скорость 70 км в час. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км. В октябре 2014 года студенты из Эйндховена на своей чудо-машине приняли участие в World Solar Challenge — 3000-километровой ралли по Австралии для машин на солнечных батареях.
Самым скоростным электрокаром на солнечных батареях на данный момент является Sunswift, созданный командой студентов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса. На испытаниях в августе 2014 года этот солнцемобиль на одном заряде аккумулятора преодолел 500 километров с потрясающей для такого транспорта средней скоростью 100 км в час.
Биодизель на кулинарных отходах
В 2011 году Министерство сельского хозяйства США вместе с Национальной лабораторией возобновляемых видов энергии проводило исследование альтернативных типов топлива. Одним из удивительных результатов стал вывод о перспективности использования биодизельного топлива на основе сырья животного происхождения. Биодизель из остатков жиров — технология еще не слишком развитая, но уже используемая в азиатских странах.
Каждый год в Японии после приготовления национального блюда, тэмпура, остается приблизительно 400 тысяч тонн использованного кулинарного жира. Раньше он перерабатывался в корм для животных, удобрения и мыло, однако в начале 1990-х годов экономные японцы нашли ему еще одно применение, наладив на его основе производство растительного дизельного топлива.
По сравнению с бензином такой нестандартный вид автозаправки выделяет в атмосферу меньшее количество окиси серы — главной причины кислотных дождей — и на две трети сокращает количество других ядовитых выбросов выхлопных газов. Чтобы сделать новое топливо более популярным, его производители придумали любопытную схему. Каждому, кто пришлет на завод по выработке РДТ десять партий пластмассовых бутылок с использованным кулинарном жиром, выделяется 3,3 квадратных метра леса в одной из японских префектур.
До России технология в таком объеме еще не дошла, а зря: ежегодное количество отходов российской пищевой промышленности составляет 14 млн тонн, что по своему энергетическому потенциалу эквивалентно 7 млн тонн нефти. В России пущенные на биодизель отходы закрыли бы потребность транспорта на 10 процентов.
Жидкий водород
Жидкий водород уже давно считается одним из главных видов топлива, способных бросить вызов бензину и дизелю. Транспортные средства на водородном топливе не являются редкостью, но в силу многих факторов так и не завоевали широкую популярность. Хотя в последнее время благодаря новой волне озабоченности «зелеными» технологиями идея водородного двигателя приобрела новых сторонников.
Сразу несколько крупных производителей сейчас имеют в своем модельном ряду машины с водородным двигателем. Один из самых известных примеров – BMW Hydrogen 7, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который может работать и на бензине, и на жидком водороде. BMW Hydrogen 7 имеет бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода.
Таким образом, автомобиль может использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение с одного типа горючего на другое происходит автоматически, при этом предпочтение отдается водороду. Таким же типом двигателя оснащен, например, гибридный водородно-бензиновый автомобиль Aston Martin Rapide S. В нем двигатель может работать на обоих видах топлива, а переключение между ними осуществляет интеллектуальная система оптимизации расхода и выбросов вредных веществ в атмосферу.
Водородное топливо собираются осваивать и другие авто-гиганты – Mazda, Nissan и Toyota. Считается, что жидкий водород экологически безопасен, так как при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.
Зеленые водоросли
Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.
Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.
Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.
В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.
8 самых экологически чистых видов топлива
Известно, что не только использование бензина наносит урон экологии, но и его производство. Поэтому ученые уже давно работают над изобретением «зеленого» топлива. В этой статье мы расскажем о 8 альтернативных вариантах, которые имеются уже сейчас или в скором времени будут массово доступны человечеству.
Биодизель или энергия растительного масла
Биодизель — популярный и доступный вариант экологического топлива. Впервые о нем заговорили в 1895 году, когда Рудольф Дизель создал первый двигатель со способностью работать на энергии растительного масла.
В Германии насчитывается 800 автозаправок с биодизелем. Заводы по его производству распределились по всей территории Евросоюза. Во многих странах доля этого вида топлива в соотношении с другими составляет 20 %.
Растительные масла содержат эфиры жиров и глицерин, однако в процессе обработки он выводится как побочный продукт. На его место ставят простые спирты (чаще метанол). Такой способ позволяет добиться почти полного распада, ведь 99 % биодизеля перерабатывается микроорганизмами из почвы / воды за месяц.
Энергия растительного масла как экологичный вид топлива
Для производства топлива предпочитают использовать соевое, рапсовое и подсолнечное масло, но в чистом виде его в бак не заливают.
Жидкий водород
Жидкий водород — достойная конкуренция бензину и дизелю. Он не выделяет при горении вредных веществ, что делает его безопасным для окружающей среды. Крупные компании по производству водорода: Mazda, Nissan и Toyota.
Известными моделями считаются автомобили Hydrogen 7 и Aston Martin Rapide S, которые способны работать на 2 видах топлива: бензине и жидком водороде. При этом топливо хранится в разных резервуарах. Переключение заправочного масла происходит автоматически, однако приоритет отдается именно жидкому водороду.
Батареи на солнечной энергии
Солнечные батареи — популярный источник энергии, используемый на крупных производствах и в автомобильной промышленности.
Принцип работы «солнечных» автомобилей прост:
Интересно, что в Австралии даже проводили World Solar Challenge — ралли для автомобилей, работающих на солнечной энергии. Протяженность трассы составляла 3 000 км.
Сжатый воздух
Несколько лет назад компания Peugeot презентовала автомобиль, который работал не только на привычном нам двигателе внутреннего сгорания, но и на энергии сжатого воздуха.
Принцип работы этого вида топлива заключается в том, что сжатый воздух находится в баллоне под давлением в 300 атмосфер. При его высвобождении импульс энергии приводит автомобиль в движение.
Такая система для гибридных моделей позволяет сократить расходы топлива до трех литров на каждые 100 км и снизить выброс вредных веществ.
На австрийском рынке можно найти модель микрогрузовика Gator от компании Engineair грузоподъемностью 500 кг. За счет установленных баллонов объемом в 105 литров он может перемещаться по Мельбурну на расстояние до 16 км.
Метан из продуктов жизнедеятельности
Машина, заправленная биогазом, способна преодолевать расстояние в 15 000 км.
Топливо из водорослей
Еще один повод для удивления — автомобили, работающие на водорослях. Впервые этот вариант всерьез стали рассматривать в Японии и США, где имеется близость к океану.
Принцип использования водорослей в топливной индустрии:
Такие экологичные подходы позволяют снизить токсичность вредных веществ и уменьшить выброс углекислоты на 20 %.
Муравьиная кислота как топливо будущего
В 2020 году ученые из Кембриджа открыли новый вид экологического топлива, в основе которого лежат возобновляемые источники энергии: вода, свет и углекислый газ.
Эти компоненты при взаимодействии превращаются в синтетический газ. Благодаря фотокатализаторам, размещенным на пластине из порошка-полупроводника, образуется муравьиная кислота.
Муравьиная кислота как экотопливо будущего
Она представляет прозрачное горючее вещество, используемое в промышленной сфере и для производства экологичного топлива. Из муравьиной кислоты можно получить и водород, который в процессе горения не выделяет вредных соединений.
Отходы пищевой промышленности
Речь идет о разновидности биодизеля, где сырьем выступают остатки жиров животного происхождения.
Исследования доказали, что топливо, полученное на его основе, содержит меньше оксида серы. Это снижает количество образования кислотных дождей и на ⅔ объем выхлопных газов.
В России такая технология не популярна, а зря. Ведь за год на территории страны накапливается 14 млн. тонн жира, которые можно приравнять к 7 млн. тоннам нефти. Переработка таких отходов обеспечила бы до 10 % топлива от общего объема, необходимого российским автолюбителям.
Мировое сообщество все больше интересуется переходом к более дешевым, экологически безопасным, а главное — возобновляемым источникам энергии. Какой вид биотоплива показался вам самым перспективным в будущем? Пишите в комментариях!
Проблемы использования альтернативных экологически чистых газообразных топлив для автомобилей
Статья просмотрена: 471 раз
Библиографическое описание:
Кузнецова, Л. П. Проблемы использования альтернативных экологически чистых газообразных топлив для автомобилей / Л. П. Кузнецова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2009. — № 6 (6). — С. 29-32. — URL: https://moluch.ru/archive/6/449/ (дата обращения: 20.12.2021).
Необходимость разработки и применения альтернативных моторных топлив обусловлена двумя основными взаимосвязанными причинами:
Ø быстрым истощением запасов нефти;
Ø ухудшением экологической обстановки.
Запасы нефти ограничены, затраты на ее добычу и транспортировку постоянно возрастают. В настоящее время нефть является практически единственным источником производства моторных топлив, на получение которых расходуется около 50% (1,7 млрд т из 3,5) добываемой нефти. Такой колоссальный расход нефти на производство моторных топлив обусловлен быстрым ростом автомобильного парка [1].
Быстрый рост автомобильного парка усиливает сопутствующие автомобилизации негативные процессы, особенно остро проявляющиеся в городах. Отставание развития улично-дорожных сетей и объектов дорожной инфраструктуры, слабая организация дорожного движения, недостаточно развитый общественный пассажирский транспорт – все это приводит к снижению средних скоростей движения, росту числа заторов на дорогах, высокому уровню дорожно-транспортной аварийности, повышению уровня загрязнения атмосферного воздуха, особенно вдоль автодорог и на прилегающих к ним территориям.
Если учесть, что один легковой автомобиль ежегодно в среднем поглощает из атмосферы больше 4 т кислорода, выбрасывая примерно 800 кг оксида углерода, около 40 кг оксида азота и почти 200 кг различных углеводородов, которые в дальнейшем образуют токсичные соединения, то экологическая проблема налицо.
 |
Автотранспорт характеризуется следующими особенностями выбросов:
Ø малая высота выбросов;
Ø нахождение в районах с высокой плотностью населения;
Ø многокомпонентность и высокая токсичность;
Ø мобильность источника;
Ø возможность преобразования компонентов отработавших газов и образование при этом вторичных более токсичных продуктов;
Ø зависимость состава выбросов не только от качества топлива и режима работы двигателя, но и от параметров окружающей среды (температуры, давления и т. д.).
Несоответствие транспортных средств экологическим требованиям при продолжающемся увеличении транспортных потоков приводит к непрерывному возрастанию загрязнения атмосферного воздуха [1].
Однако существующие экологические проблемы можно решить, если разумно и эффективно использовать имеющиеся ресурсы и внедрять экологические технологии. Снижение загрязнения воздушного бассейна может быть достигнуто выполнением работ, направленных на сокращение образования вредных веществ.
Пытаясь контролировать объем выбросов углекислого газа, Европа одной из первых стала вводить жесткие экологические стандарты, как для топлива, так и для автомобилей. С 2012 года Евросоюз собирается ввести новый экологический стандарт «Евро-6», предполагающий снижение среднего объема выделяемого автомобилями углекислого газа до 130 г на километр пробега (сейчас этот показатель составляет 160 г). Исландия официально объявила о введении с того же 2012 года запрета на своей территории автомобилей с традиционными двигателями внутреннего сгорания, а Швеция утвердила программу полного отказа страны от нефти к 2020 году. Подобные жесткие меры вынуждают автопроизводителей разрабатывать новые двигатели, работающие на альтернативных видах топлива [3].
Каждый вид автомобильного топлива имеет свои преимущества и недостатки. Одни способствуют достижению хорошей динамики и мощности, другие экономичности, третьи обладают низкой ценой. Однако сегодня, проблемы глобального потепления климата придают проблеме экологичности топлива все большую актуальность.
Согласно существующей классификации альтернативные топлива подразделяют: на топлива нефтяного происхождения: сжиженные нефтяные газы; сжатые сопутствующие газы; и топлива не нефтяного происхождения: сжатый природный газ; газоконденсатное топливо; спирты; водород.
Некоторые компании делают автомобили с газовым оборудованием. Например, немецкий концерн Volkswagen достаточно давно предлагает покупателям легкий коммерческий автомобиль Caddy. АвтоВАЗ также работает в этом направлении. На Московском международном автомобильном салоне- 2008 была представлена Lada Priora c ГБО [4].
Установкой газового оборудования на автомобиль должны заниматься специализированные фирмы, они же оформляют соответствующие документы в ГИБДД. Но практически все автомобильные компании не разрешают установку газобаллонного оборудования на свои машины, иначе автомобиль снимается с гарантии. При установке газового оборудования баллон занимает значительную часть полезного объема багажника. Но все эти минусы начинают меркнуть на фоне экономического эффекта.
Получаем: расходы на бензин: 382,5 руб. в день (250 км умножить на 9 литров по цене 17,0 руб. за литр), расходы на газ: 237,5 руб. в день (250 км умножить на 9,5 литра по цене 10,0 руб. за литр). Реальная экономия: 145 руб. в день (382,5 минус 237,5). Срок окупаемости затрат на установку оборудования: от 91 до 172 рабочих дней.
Экономия за год: в первом случае 39730 рублей (365 дней минус 91 – срок окупаемости – остается 274 дней, каждый из которых экономит еще по 145 руб.) во втором случае 27985 рублей. В обоих случаях сумма экономии впечатляет.
Если посмотреть рисунок 1 (кривая 2), то хорошо виден темп роста количества транспортных средств с установленным газовым оборудованием в Курской области. Можно отметить, что все больше автовладельцев получили экономический эффект от внедрения такого оборудования, используя более экологически чистое топливо.
 |
Однако, если посмотреть на процент транспортных средств от общего количества за год, то получается совершенно обратная зависимость (рис. 2.).
Наблюдается тенденция к снижению использования имеющихся возможностей использования экологически и экономически эффективного топлива. Почему же возникает такая ситуация.
Основная причина – это плохо развитая сеть АГЗС. По данным на 01.01.2009 в г. Курске число официально зарегистрированных автозаправочных станций, составило 134, из них 110 специализируются только на бензине (Аи-80, АИ-92, АИ-95), дизельном топливе (ДТ) и топливе, соответствующему стандарту «ЕВРО-4». Оставшиеся 24 автозаправочные станции специализируются только на заправке автомобилей газом. Сейчас строятся 5 совершенно новых автозаправочных станций, которые будут совмещать и заправку газом и заправку бензином и дизельным топливом.
 |
Еще одна причина заключается в том, что за последние несколько лет среднестатистический житель области, использую банковские кредиты, мог позволить купить себе новую иностранную модель автомобиля, причем пик такой возможности приходился на 2007 год согласно рисунку 3.
Естественно все автомобильные компании не разрешают установку газобаллонного оборудования на свои машины, иначе автомобиль снимается с гарантии. Однако, нужно отметить, увеличение доли иномарок отечественной и зарубежной сборки, имеющих, как правило, улучшенные экологические характеристики, приводит к снижению доли выбросов в атмосферу.
Постепенный перевод автомобилей с жидкого вида топлива на альтернативное, преимущественно газовое, позволяет наряду с экономическим эффектом получить и экологический.
1. Емельянов В.Е. Альтернативные экологически чистые виды топлив для автомобилей: свойства, разновидности, применение/ В. Е. Емельянов, Н.Ф, Крылов. – М.: ООО «Издательство Астрель »: ООО «Издательство АСТ», 2004. 128 с.
2. Луконин В. Н. Промышленно – транспортная экология. М.: Высш. Школа, 2001. 373 с.
3. Качество автомобильных топлив. Эксплуатационные свойства. Требования к качеству. Методы испытаний. НПИКЦ, 2006. 400 с.
5. Автомобильный справочник / Б.В. Васильев, М.С. Высоцкий, К.Л. Гаврилов и др. Под общ. Ред. В.М. Приходько. М.: ОАО «Издательство «Машиностроение», 2004. 704 с.