Альтернативные моторные топлива

Под альтернативным видом топлива  подразумевают любое топливо, частично или полностью ненефтяного происхождения, т.е. полученного из нетрадиционного сырья или ресурсов. В зависимости от теплоты сгорания альтернативные топлива делят на три группы - с высокой энергоемкостью (на уровне бензина - Нб), средней - около 0,5Нб и низкой - ниже 0,5Нб. В соответствии с видом заправочных станций, требуемых для распре-деления альтернативных топлив, их подразделяют на 4 группы: 1) распределямые обычными автозаправочными станциями (АЗС); 2) распределяемые газонаполнительными станциями для сжиженных газов; 3) выполняющие заправку газом высокого давления; 4) требующие принципиально новых методов распределения (заправка сжиженным топливом при низких температурах, заправка газогенератор-ных автомобилей и т.д.). Среди альтернативных топлив полностью ненефтяного происхождения наибольшее распространение получили сжиженный нефтяной газ (пропан-бутан) и сжатый природный газ (метан). В СНГ число автомобилей, работающих на этих топливах составляет около 4 млн.шт. В 70-е годы в промышленно развитых странах в связи с ростом цен на нефть широко развивались исследования по созданию технологии получения синтетических жидких топлив из углей. В бывшем СССР для получения синтетических топлив были разработаны процессы переработки углей Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов на основе гидрирования при 10 Мпа и 4300С. Получаемая по этой технологии бензиновая фракция после риформинга может быть использована для получения неэтилированных бензинов А-76 и АИ-93. Дизельная фракция отвечает всем требованиям ГОСТа к дизтопливу. Разработан проект завода по производству 10 млн.т/год жидкого топлива. Фирмой Мобил (США) разработан процесс получения высокооктанового неэтилированного бензина (типа АИ-93) из метанола (на цеолитном катализаторе). В Узбекистоне производятся и применяются на грузовых автомобилях и автобусах дизельные топлива, выделенные из местных газоконденсатов газовых месторождений. Для реализации этих возможностей необходимы малогабаритные перегонные установки, которые могут быть смонтированы на газопромыслах. Днепропетровским химико-технологическим институтом (ДХТИ) раз-работано синтетическое смесевое топливо (ССТ) на основе спиртов и угле-водородов, получаемых из отходящих газов металлургических производств. Опытная установка для получения ССТ построена на Никопольском ферросплавном заводе. По оценкам ДХТИ возможности по производству такого топлива составляют порядка 5 млн.т/год. Топлива на основе этанола. Чистый этиловый спирт и его смеси с бензином - газохол используются в Латинской Америке (меньше в США). В Бразилии с 1975 года осуществляется правительственная программа использования возобновляемых источников растительного сырья для производства этанола и его использования в качестве автомобильного топлива “Проалкоол”. Ежегодно в Бразилии вырабатывается около 11 млн.м3 автомобильных спиртов. Количество автомобилей, работающих там на этаноле и этанолсодержащих топливах составляет порядка 5 млн. Перспективным для сельского хозяйства Украины является увеличение октанового числа неэтилированных бензинов добавками метанола и сивушного масла (отхода спиртовой промышленности). Сивушное масло содержит примерно две трети изоамилового спирта (остальное - это изобутиловый спирт - 15-25%, пропиловый спирт 3-8%, этиловый спирт 4-6% и до 5% воды). В такой смеси сивушное масло играет роль стабилизатора (против расслаивания). Октановое число повышают и метанол и сивушное масло. Согласно польскому патенту № 117863 (класс C10L1/18) от 10.02.83г. при добавлении к неэтилированному бензину с октановым числом 88 (по исследовательскому методу) добавляют 16% метанола 4% сивушного масла, получая неэтилированный бензин АИ-94. При длительной эксплуатации автомобиля с карбюраторым двигателем на таком бензине не наблюдалось никаких проблем. Следует добавить, что и метанол и сивушное масло дешевле бензина (не более 20 копеек за литр). Производство метанола (из природного газа даже сейчас составляет сотни тысяч тонн, а ресурсы сивушного масла на украинских спиртзаводах (которое потребляется в небольших количествах) составляют порядка 2000 т/год. Таким образом, возможности изготовления неэтилированного бензина на основе сивушного масла составляет порядка 50 тыс.т/год. Дизтопливо на основе рапсового масла. В Западной Европе ввиду ограниченных возможностей производства и высокой его стоимости применение этанола не получило широкого распространения. Зато широкое распространение получило применение метилтретбути-лового эфира как компонента неэтилированных высокооктановых бензинов. Заметных масштабов (особенно в ФРГ) достигло применение так на-зываемого “биодизеля” - дизельного топлива на основе метиловых эфиров рапсового масла. Это топливо обладает высоким качеством и значительно меньше загрязняет окружающую среду, чем нефтяное дизтопливо. В Европейском сообществе его применение поддерживается правительственными субсидиями, т.к. существуют значительные площади неиспользуемых (излишних) сельхозугодий. Следует отметить, что получаемый из рапса рапсовый шрот является лучшим (высокопротеиновым) кормом для животных, а рапсовая солома - сырьем для получения высококачественной бумаги. Таким образом этот вариант альтернативного топлива особенно перспективен для Украины (в первую очередь на землях, загрязненных в результате аварии на ЧАЭС). Использование метанола в моторных топливах. Использование этого вещества в качестве моторного топлива или его компонентов широко исследовано в Западной Европе, особенно в ФРГ. Со-гласно 3-летней федеральной программе в Германии в 1979-82 гг в ФРГ эксплуатировалось 1000 автомобилей на метаноле и бензометанольных смесях (около 15% метанола). Для заправки указанных автомобилей в городах ФРГ функционирует 30 автозаправочных станций (АЗС), распределяющих метанольные смеси и 16 АЗС, распределяющих чистый метанол. В бывшем СССР были разработаны рецептуры автобензинов, содержащих метанол, исследованы их моторные свойства с проведением соответствующей модификации топливной аппаратуры. В результате этого были разработаны рецептуры метанольных бензинов А-76 летнего и зимнего видов, включающего соответственно 5 и 15% метанола (М5 и М15). Смесь М5 может использоваться наравне с обычным бензином А-76. Для работы на смеси М15 требуется установка специальной топливной аппаратуры. В различных регионах СНГ проводилась опытная эксплуатация около 200 автомобилей ЗИЛ-130 на бензино-метанольной смеси М15. Применение смеси М15 обеспечивает экономию около 10% нефтяного сырья. Недостатком метанольных смесей является возможность их расслоения при низких температурах и необходимость добавления для фазовой стабилизации около 5% высших спиртов (С3-С5). По применению в качестве моторного топлива чистого метанола в СНГ не получены положительные результаты. Применение комбинированного автомобильного топлива. В созданных в России так называемых двухтопливных системах обеспечивается подача низкооктанового бензина на всех режимах работы двигателя на бензине с более низким октановым числом (например А-66 вместо А-76 или А-76 вместо АИ-93). Благодаря этому достигается экономия бензина, а в нефтепереработке его ресурсы возрастают на 3-5% (за счет снижения октанового числа). При этом невысокое октановое число позволяет исключить токсичный тетраэтилсвинец (т.е. применять неэтилированный беннзин). Институтом газа Национальной академии наук Украины в качестве высокооктанового компонента предложен природный газ (метан), октановое число которого равно 110 ед. Для этой цели с другими организациями созданы двухтопливные системы питания “жидкость-газ” для автомобилей ГАЗ-52, ГАЗ-53 И ЗИЛ-138. Эти системы созданы на основе стандартной газобаллонной топливной аппаратуры с доработкой газового редуктора и карбюратора. В двухтопливном газо-жидкостном автомобиле газ заменяет 15-30% бензина, причем применяемый бензин может иметь октановое число в пределах 56-65 ед. Таким образом в этой системе могут применяться упомянутые газоконденсатные бензины, упомянутые ранее (имеющиеся в существенных количествах в Украине). По сравнению с обычным газобалонным автомобилем за счет уменьшения количества баллонов увеличивается грузоподъемность автомобиля и пробег на одной заправке. Полное внедрение этой системы на Украине может сэкономить до 0,5 млн.т нефтяного сырья. Эта система для Украины особенно перспективна ввиду недостаточных мощностей процессов каталитического риформинга и крекинга на украинских нефтеперерабатывающих заводах и небольшой потребности в капиталовложениях. Применение в качестве моторного топлива водорода. Водород считается топливом будущего благодаря практически неограниченным ресурсам и почти полной безвредности продуктов его сгора-ния. Еще одним его большим преимуществом с экологической точки зре-ния является то, что он не дает выделений СО2 (т.е. не усиливает парнико-вый эффект в атмосфере Земли). Основной проблемой его применения является повышенная взрывоопасность. Для его хранения в автомобилях нужны либо сосуды Дьюара или тяжелые металлогидридные баки. Кроме того его стоимость в настоящее время в 3-5 раз выше нефтяных топлив. На Западе и в бывшем СССР были созданы опытные образцы автомобилей, работающих на водороде. В настоящее время больший практический интерес представляет применение водорода в двухтопливной системе в качестве высокооктановой добавки к бензину. При этом экономия топлива достигает 20-40%, выделения окиси углерода снижаются на 30-40%, а токсичных окислов азота в 1,5-2 раза. Для широкого внедрения водорода в двухтопливной системе необходимы бортовые аккумуляторы водорода на основе гидридов металлов. Такие аккумуляторы выпускает фирма “Биллингс” (США). Эта же фирм предлагает услуги по переводу автомобилей на водородное питание. Другие виды альтернативных моторных топлив. В ряде стран в качестве альтернативного топлива для дизельных двигателей использовались растительные масла. Однако реальные положительные результаты достигнуты лишь в ФРГ, где фирмой Элсбет разработана специальная конструкция дизельного двигателя. В качестве альтернативного топлива рассматривается также аммиак. Однако исследования возможности этого топлива находяться в начальной фазе. Следует упомянуть также о возрождении старой идеи Рудольфа Дизе-ля - изобретателя дизельного двигателя, т.е. применения пылеугольного топлива. Работоспособный пылеугольный двигатель создан фирмой “Ши-хоу” (США). Конкурирующим направлением использования угля является его при-менение в виде коллоидной дисперсии в дизтопливе. Фирмой “Зульцер” (ФРГ) создана конструкция дизельного двигателя для работы на смеси, содержащей 68% порошкообразного угля в дизтопливе.

2)