Альтернативные виды топлива

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Пермский государственный технический университет

Кафедра «Автомобили и автомобильное хозяйство»

Доклад

По дисциплине:  «Экология автотранспорта»

на тему: «Альтернативные виды топлива»

Выполнил:

студент гр. А-04-2

Наговицын М.А.

Проверил преподаватель:

Коновалов И.А.

г. Пермь 2008 г

Содержание

1.       Введение…………………………………………………………………3

2.       Спирт………………………………………………………………….…4

3.       Биотопливо……………………………………………………………....6

4.       Газ…………………………………………………………………….…..9

5.       Водород…………………………………………………………………..10

6.       Электричество……………………………………………………...…....13

7.       Топливные элементы…………………………………………..…...…...16

8.       Заключение…………………………………….…………………..…….17

9.       Список литературы……………………………………………………...18

Введение.

Интерес к альтернативным источникам энергии, в частности, к альтернативным видам горючего повышается с каждым витком роста цен на нефть и нефтепродукты. Тем самым в наши дни всё больше и больше учёные стремятся получить альтернативные виды топлива и энергии, которые не требуют больших затрат при их производстве и эксплуатации.

Вообще различают шесть видов альтернативных источников энергии и горючего:

а) Спирт

б) Биотопливо (этот вид топлива производиться путем, в основном, переработки сельскохозяйственных отходов. На данным момент существуют три вида биотоплива).

в) Газ

г) Водород

д) Электричество

е) Топливные элементы

Спирт

Этанол в качестве топлива для четырехтактного двигателя внутреннего сгорания в 1876 году применял немецкий изобретатель Николаус Отто, а в 1908 году Генри Форд предложил покупателям Ford T с двигателем, работающим на этаноле, бензине или их смеси.

Биоэтанол

         Этанол, или этиловый спирт, более известен как сырье для изготовления алкогольных напитков. Биоэтанол – это обезвоженный этиловый спирт, изготовленный из биологически возобновляемого сырья.

  Есть три способа получения этилового спирта: сбраживанием пищевого сырья (переработкой содержащегося в сырье сахара в спирт при помощи дрожжей), гидролизом растительного сырья и гидратацией этилена (синтетический спирт). Энергетическая ценность спирта почти в полтора раза ниже, чем у бензина.

Метанол

         Более известен как метиловый (или древесный) спирт. Процесс получения основан на каталитической конверсии углеводородов природного, коксового и других углеводородсодержащих газов с водяным паром. Как самостоятельное горючее и в качестве добавок к бензину применяется редко и только для двигателей спортивных мотоциклов, не рассчитанных на длительную эксплуатацию. В то же время достаточно широко используется как сырье, из которого автомобили на топливных элементах черпают водород.

Получение этанола.

Первый этап - это получение целлюлозы. Например, в древесине ее содержится до 60%, а в бумажных отходах - все 90%. Затем целлюлозу в присутствии катализатора подвергают гидролизу (или «осахариванию»), в результате которого получается техническая глюкоза. После этого глюкозу в присутствии дрожжей (обычных, как в тесте) заставляют бродить. И на выходе образуется этиловый спирт - С2Н5ОН.

    В качестве автомобильного топлива этанол по некоторым параметрам превосходит бензин. В нем гораздо меньше примесей (например, серы), а октановое число по исследовательскому методу достигает 125 единиц. Поэтому этанол иногда используют как высокооктановую добавку - например, «девяносто второй» бензин с десятью процентами этанола становится «девяносто пятым» (схожее горючее, Е-10, используют в Таиланде). Однако теплотворная способность этанола существенно ниже «бензиновой» (21,2 кДж/л против 31,9 кДж/л) - отсюда и более высокий расход топлива. Кроме того, этанол очень гигроскопичен - при контакте с водой он «вымывается» из состава смеси, нарушая ее характеристики.

Рис.1. Опытная станция по производству этанола

Опытная станция в Орнскольдсвике (рис.1.) вырабатывает этанол из древесины. Опилки из контейнеров (1) поступают в автоклав (2), где подогреваются паром, и оказываются в реакторе (3). В нем опилки «осахариваются», разлагаясь на техническую глюкозу и лигнин. Затем в баке (4) в процессе детоксификации глюкоза лишается примесей и отправляется на брожение в колонны (5), где превращается в этанольное «сусло». Завершает процесс дистилляция, по окончании которой товарный этанол скапливается в баке (6)

Плюсы и минусы этанола.

Плюсы:
-Запасы сырья разнообразны и практически неограниченны;

-Есть богатый опыт эксплуатации двигателей, работающих на спирте (Бразилия, Австралия);

-Ниже токсичность выхлопных газов;

Минусы:
-Нужно вносить конструктивные изменения в систему питания;

-Мощность двигателя снижается, а расход горючего увеличивается;

-Из-за гигроскопичности спирта могут ухудшаться пусковые свойства двигателя;

-Дорогостоящее производство биоэтанола;

Плюсы и минусы метанола.

Плюсы:
-Позволяет решить проблему хранения водорода и извлечения его по мере надобности;

-Запасы сырья практически неограниченны;

-Может использоваться как сырье для производства синтетического бензина;

Минусы:
-Очень токсичен (смертельная доза для человека – 30 миллилитров);

-Вызывает коррозию деталей;

Биотопливо. Способы получения.

Технологий производства биотоплива несколько. Одна из них - это переработка сельскохозяйственных отходов в топливо. Сырьем, для этого процесса, могут служить и куски древесины, и солома, и навоз. роизводство именно такого топлива, получившее название SunDiesel, начала немецкая химическая компания Choren Industriers при поддержке концернов DaimlerChrysler и Volkswagen.

    После сушки отходы нагреваются до 400-500°С, выделившийся газ проходит ряд превращений в присутствии катализатора - и на выходе из реактора получается дизельное топливо без содержания серы и других вредных примесей. Кроме того, биодизельное топливо «СО2-нейтрально» по отношению к окружающей среде - при его сгорании в атмосферу возвращается та углекислота, что была поглощена растениями при росте.

    Чистота такой биосолярки тоже играет положительную роль - испытания показали, что она позволяет выполнять нормы токсичности Евро 4 даже тем двигателям, которые рассчитаны только на Евро 3. Конечно, пока литр «солнечной» солярки дороже обычной.

    По оценкам авторов проекта, нынешние возможности сельского хозяйства Европы способны обеспечить таким топливом от половины до 80% всех легковых дизелей.

Способ получения – растительное сырье.

Еще один способ получения биологического дизельного топлива - растительное сырье. Тем более идея получать его из растительного сырья была озвучена еще Рудольфом Дизелем! В 1900 году он даже продемонстрировал двигатель, работавший на горючем из арахисового масла.

    Основой для биодизельного топлива служат различные компоненты, чаще всего соя, рапс, хлопок, а в последнее время ятрофа – это южноамериканское растение еще называют бутылочным деревом. Технология в общих чертах такова: семена растений проходят через маслобойку, в которой масло отделяется от шрота – отходов маслоэкстракционного производства. Затем масло смешивают с метанолом, применяя в качестве катализатора метоксид натрия. Полученную смесь очищают – горючее готово.

Рис.2. Установка по получению биодизеля

В процессе производства «биодизеля» из сырья выжимают масло, очищают от вкраплений; полуфабрикат нагревают, охлаждают и дистиллируют (рис.2.): 1 – низкотемпературный газовый генератор; 2 – высокотемпературный реактор; 3 – пылевой фильтр; 4 – теплообменник; 5 – подача воды; 6 – сепаратор; 7 – многотрубочный реактор; 8 – газовый компрессор; 9 – конденсор; 10 – система охлаждения; 11 – нагреватель; 12 – дистилляционная емкость; 13 – газовый электрогенератор; 14 – резервуар с готовым топливом.

В данный момент наиболее предпочтительным сырьем для производства биодизеля является рапс, которое как сорняк растет где угодно, единственный нюанс - его надо вовремя собрать. Урожайность рапса достигает 20-25 центнеров с гектара. Но пока его только добавляют в дизельное топливо, поскольку рапсовое масло в чистом виде как топливо не используется. Из-за более высокой вязкости (почти в 20 раз выше по сравнению с дизельным горючим) требуется другая топливная аппаратура и изменение камеры сгорания. Масло смешивают с метанолом и получают метиловый эфир, иначе называемый «маслометанольная смесь». Из тонны получается 350 килограммов такой смеси. Для получения биодизеля в солярку добавляют 30% маслометанольной смеси. Вместо ядовитого метилового спирта рапсовое масло можно смешивать с этиловым (пищевым) спиртом.

    Интересно, что в ходе переработки масла в биодизель получают ряд дополнительных продуктов, пользующихся спросом (например, глицерин, сульфат калия).

Плюсы и минусы биотоплива.

Плюсы:

-Экономический аспект. Страны, где нефти нет либо крайне мало, готовы платить зеленым сырьем (а не долларом) за энергетическую независимость!

-«Биодизель» практически не содержит серы и канцерогенного бензола. Разложение этого топлива происходит в естественных условиях без вреда для природы, а в процессе сгорания в двигателе выбросы в атмосферу СО2 на 50–80% ниже, чем при работе на традиционном минеральном дизтопливе;

-Растительное топливо отличает хорошая воспламеняемость, поскольку его цетановое число достигает 58, тогда как этот показатель для традиционной солярки не превышает 52. Иными словами, зажечь биодизельное топливо легче, но, увы, сгорает оно с меньшей теплоотдачей;

-Запасы сырья могут возобновляться ежегодно, культура не требует особого ухода в процессе выращивания;

-В ходе переработки масла получают дополнительные продукты (глицерин, сульфат натрия);

Минусы:

- Себестоимость производства выше, чем бензина и дизтоплива;

- Требуются дополнительные площади сельскохозяйственных земель;

- Эфиры рапсового масла обладают значительной коррозионной активностью. Это чревато потерей стойкости резиновых прокладок и сальников, образованием твердых отложений в форсунках и жиклерах, забитыми топливными фильтрами и отказавшими насосами высокого давления;

- Высокое содержание в «растительном» выхлопе окиси азота NOx. Содержание NOx в выхлопе в сравнении с обычным дизельным топливом на 10% больше, а в ходе эксперимента инженеры Volvo доказали, что эта разница может достигать 40%;

- Борьба с токсичностью приводит и к потере мощности, а ее компенсирует больший расход топлива;

Синтетическое горючее.

Третий вид биологического топлива - синтетическое горючее. Современные технологии переработки углеводородов позволяют производить синтетическое дизельное топливо и синтетический бензин. В качестве сырья используются отходы деревообрабатывающей промышленности, сельского хозяйства и даже бытовой мусор. Особенности разработанных технологических процессов заключаются в том, что из одного и того же сырья могут получаться различные виды топлива.
    Еще во время Второй мировой войны немцы учились не зависеть от нефти. С помощью синтеза Фишера-Тропша они добывали из каменного угля синтетическое топливо. Уголь измельчали, помещали в воду и нагревали до 800 градусов, после чего проводили каталитическую реакцию и конденсировали газообразные углеводороды в ректификационной трубе.

    А еще во время войны ездили грузовики на дровах. Дрова, сгорая в условиях высокой влажности и недостатка кислорода, выделяли «синтезгаз», который и приводил в движение дизельные моторы. Но после войны производство заморозили из-за нерентабельности - нефть тогда была дешевой.     Первое в мире синтетическое дизельное топливо, в 2003-м году, разработала корпорация DaimlerChrysler.

    Новое топливо, которое разработчики назвали BIOTROLL, производится из древесных отходов, а при его сгорании в атмосферу вообще не выбрасывается углекислый газ.
    Биотопливо можно смешивать с обычной соляркой, улучшая экологические показатели дизельных двигателей, однако пока не получены точные данные о том, возможна ли эксплуатация современных дизельных двигателей только на новом виде топлива без проведения каких-либо доработок.

    Первая заправка, на которой можно пополнить баки новым топливом, уже функционирует в Штутгарте.

Плюсы и минусы синтетического горючего.

Плюсы:

-Можно получить требуемые характеристики топлива;

-В синтетическом дизтопливе отсутствует сера;