Вместо бензина и дизеля: альтернативное топливо

Сжатый воздух

Пневмоавтомобили, передвигающиеся на сжатом воздухе, выпускаются рядом компаний. Машина приводится в движение за счет потока воздуха из баллона, давление в котором может достигать 300 атм. Полуоси автомобиля приводятся в движение за счет конвертации сжатого воздуха пневматическим мотором. Пока проходимость подобного пневмотранспорта после заправки невелика. Также существуют требования к противопожарной безопасности, обязательные для пользования таким автомобилем.

Эти ограничения приводят к созданию лимитированной коллекции пневмотранспорта, задействованной в работе в специфических условиях: на складах, в производственных помещениях с максимальным соблюдением уровня пожарной безопасности.

Регламенты, которые регулируют качество топлива

Стоит отметить, что на данный момент на территории России качество реализуемого топлива регламентируют сразу семь ГОСТов. В данном случае три из них имеют непосредственное отношение к бензину (P51105, P51866 и 32513), а четыре относятся к солярке (P52368, 32511, P55475 и 305)

Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что текущее российское законодательство не обязывает компании строго следовать условиям ГОСТа, из-за чего можно придерживаться и некоторых иных нормативов. В частности, производители нередко принимают во внимание технические условия (ТУ) или соответствующий стандарт организации (СТО)

Читайте наc:

Разумеется, в данном случае лучше доверять горючей смеси, чье производство в полной мере соответствует нормам ГОСТ. При желании, каждый автолюбитель при посещении заправочной станции может ознакомиться с технологией производства и предусмотренным нормам. Сведения об этом всегда присутствуют в открытом порядке, а кроме того, необходимые документы вывешены на территории АЗС, чтобы каждый желающий заправиться автомобилист мог ознакомиться с условиями. Стоит отметить, что основные нормативы в данном случае излагаются в техническом регламенте таможенного союза.

Также автомобилистам стоит присматриваться к маркировке используемого топлива. Так, к примеру, стандартный 95-й бензин имеет обозначение, как АИ-95 К5. Это означает, что топливо соответствует 5 классу качества. Примечательно, что на территории с 2016 года действует запрет на использование горючих смесей, которые не соответствуют этому классу. Что касается отличия топлива АИ-92 и АИ-95, то речь идет про допустимое содержание определенных примесей, повышающих октановое число горючей смеси. Кроме того, автолюбители должны понимать, что присутствующий экологический стандарт Евро-5 никакого отношения к дизельному или бензиновому топливу не имеет, по той простой причине, что применяется к уровню выбросов CO2 автомобиля. По этой причине, не стоит вестись на надписи типа «Наш бензин полностью соответствует требованиям Евро-5». Таким образом заправочные станции проводят маркетинговый ход.

Почему нефть не закончится

Артем Козинов называет 5 главных причин:

• Мы до сих пор не знаем, как образуется нефть. На этот счет есть 2 теории: органическая и неорганическая. Сторонники первой считают, что углеводороды появились в древности из органического вещества и планктона под воздействием высоких температур и давления. Вторые полагают, что нефть образовалась на большой глубине в мантии Земли из-за сложных химических реакций. Но обе теории говорят о том, что нефть возобновляема;

• Нефть не всегда зарождается там, где ее добывают. Это также следует из теорий ее происхождения и означает, что новейшие методы разработки позволят снова и снова добывать нефть в нужных количествах;

• Человечество добывает меньше половины мировых запасов нефти. Даже при интенсивной добыче в нефтяных месторождениях мы извлекаем лишь меньшую часть углеводородов;

• Нефть добывают далеко не из всех открытых месторождений. Многие из них пока плохо исследованы и не освоены;

• Многие месторождения до сих пор не обнаружены.

Дополнительным фактором служит то, что добыча нефти ограничена международными организациями — такими, как ОПЕК и Международное энергетическое агентство.

Водород в качестве альтернативного топлива

Транспортные средства достаточно активно используют природные источники энергии, потребляя около трети всей нефти, добываемой в мире, и из всех видов транспорта автомобили являются наиболее энергоемкими. Использование углеводородного топлива на нефтяной основе сопровождается выбросом в атмосферу большого количества вредных веществ. Это приводит к глобальному загрязнению окружающей среды. В качестве альтернативы предлагается начать активно использовать гидроген и на его основе устанавливать в машины топливные элементы. Давайте сначала поймем, почему выбор пал на этот изотоп.

Водород (H2) — один из немногих газов, широко распространенный на планете, обладающий высокой теплотвотворной способностью. Это абсолютно бесцветный газ, без вкуса и без запаха, из-за чего экологи ратуют за его применение в качестве топлива. Можно отметить, что он очень перспективный энергоноситель. Промышленный процесс его получения таков, что когда вещество соединяется с кислородом, образуется вода и выделяется определенное количество тепла. Это сгорание не вызывает вредных выбросов в окружающую среду, в частности двуокиси углерода. При горении с доступом кислорода снова образуется вода, которую можно использовать повторно. Это делает источник энергии самообновляемым, а отсутствие вредных веществ – экологически чистым и безвредным для окружающей среды. 

Идея создания углеводородного электродвигателя пришла с запада, а точнее из Америки. Интерес к газу как альтернативному питанию для транспорта обусловлен, прежде всего:

• возможностью использования топливных элементов в FCEV (fuel cell vehicle) в электромобилях топливного типа без выбросов;
• быстрой заправкой автомашин, занимающей от 3 до 5 минут;
• эффективностью ТЭ с точки зрения расхода и стоимости;
• возможностью получения его из углеводородов, биомассы и мусора;
• потенциалом для отечественного производства.

Принцип действия ТЭ основан на прокачивании кислорода и водорода через катоды и аноды, контактирующими с платиновым катализатором. В результате происходит химическая реакция, в которой образуется вода и электрический ток. Топливный элемент, подсоединенный к электродвигателю, в два-три раза быстрее и экономичнее, чем бензиновый мотор внутреннего сгорания. 

Использование ресурсов и энергии часть 1 — Основные виды топлива и их характеристики

Подробности

Категория: Энергосбережение

Опубликовано 15.02.2013 21:12

Просмотров: 3636

• Использование ресурсов и энергии (часть 1)

• Энергосбережение

• Энергетические эпохи

• — Эпоха химической теплоэнергетики

• Определение энергии и законов ее превращения

• Виды энергии

• — Классификация видов энергии по группам

• — Суммарные энергозатраты (энергоемкость)

• Основные виды топлива и их характеристики

• — Некоторые расчетные характеристики различных топлив

• — Угольное топливо

• — Торф

• — Древесное топливо

• — Жидкое топливо

• Потери тепла при сжигании топлива

• — Потеря тепла от механической и химической неполноты горения в котле

• Производная энергия

• — Электрическая энергия (электричество)

• Технологические схемы производства энергии

• — Принципиальное устройство атомной станции

• Все страницы

1.4. Основные виды топлива и их характеристики

Состав топлива. Энергетическое топливо по своему физическому составу делится на твердое (кусковое и пылевидное), жидкое и газообразное. Топливо в том виде, в каком оно обычно используется, называют рабочим топливом. Оно состоит из следующих элементов: углерода – С, водорода – Н, кислорода – О, азота – N, серы – S_л, золы – А и влаги – W. Индексом S_л обозначается летучая сера. Остальная сера входит в состав золы топлива. Если выразить в процентах содержания каждого элемента в топливе, то для элементарного состава его рабочей массы будет справедливо равенство:

Ср + Нр + Ор + Nр + Sр_л + Ар + Wр = 100 %.

Влага топлива. Влага является вредной (балластной) составляющей состава топлива, уменьшающей его тепловую ценность. Основная часть фактической влажности топлива – это внешняя влага, механически удерживаемая наружной поверхностью фракций топлива. Ряд топлив (торф, дрова, солома и т.п.) имеют способность активно набирать влагу. Для этих топлив вводится понятие условной влажности.

Следует обратить внимание на одну особенность при учете дров. В статистической отчетности они учитываются в плотных кубических метрах. Если по каким-то причинам вес дров приведен в складских кубометрах, то необходимо сделать их пересчет в плотные путем умножения количества складских кубометров на коэффициент 0,7

Если по каким-то причинам вес дров приведен в складских кубометрах, то необходимо сделать их пересчет в плотные путем умножения количества складских кубометров на коэффициент 0,7.

Зола топлива. Так же как и влага является балластной частью. Наибольшее количество минеральных примесей содержится в твердых топливах. Это глины (Аl₂О₃·2SiО₂·2Н₂О), свободный кремнезем (SiО₂), карбонаты (СаСО₃, МgСО₃ и FеСО₃), сульфаты (СаSО₄ и МgSО₄) и т.д.

Минеральные примеси в жидких топливах (различные соли и окислы) содержатся в небольших количествах (до 1,0 %).В газовых искусственных топливах минеральные примеси содержатся в долях процента и определяются технологией производства газа.

Содержание в топливе «внешнего балласта» (А+W) зависит не только от природы топлива, а также от внешних условий (способа добычи, наличия фазы обогащения, хранения, транспортирования).

Для твердых топлив различают истинную, объемную и насыпную плотность (первая – в объеме плотной массы без пор, вторая – с порами и трещинами, третья – с порами, трещинами и межкусковыми промежутками). Практическое значение для топлив имеют истинная и насыпная плотности, которые и приведены в табл. 1.2.

Теплотворная способность. Под теплотворностью (теплотой сгорания) понимается то количество теплоты (тепла), которое выделяется при полном сгорании топлива. Кроме полной теплотворности, т.е. количества теплоты, выделившегося при полном сгорании единицы топлива (1 кг, 1 м3, 1 моль), в расчетах чаще всего используют низшую теплотворность – Q_н – это теплотворность, определяемая при условии, что вода, образующаяся при сгорании топлива, будет в парообразном состоянии. В практических условиях приходится иметь дело с низшей теплотворной способностью рабочего топлива – Qр_н – это основной показатель теплоценности топлива, выражаемый в ккал/кг, Дж/кг.

Чтобы можно было сопоставить топлива между собой по их теплоценности, введено понятие условного топлива (у. т.), теплотворность, которого 7000 ккал/кг у. т.

В различного вида отчетных документах расход топлива на каждый вид продукции (выполненных работ) и в целом по предприятию приводится в тоннах условного топлива (т у. т.), натуральное топливо пересчитывается в условное, как правило, по их фактическим тепловым эквивалентам К, определяемым как отношение низшей теплоты сгорания рабочего состояния топлива к теплоте 1 кг у. т.:

К = Qр_н/7000.

Вперёд >>

Вперёд >

Биогаз

Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения, к которым относится и биогаз. Биогаз — это продукт переработки различных видов пищевых и сельскохозяйственных отходов, навоза и другого мусора. Не зря его еще называют «канализационный газ». Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении.

К достоинствам биогаза относят низкую концентрацию вредных веществ в выхлопных газах, высокую антидетонационную стойкость. Также утверждается, что газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, увеличивая тем самым ресурс двигателя.

Недостатки – низкая теплотворная способность, а, значит, повышенный расход; необходимость заправки в тяжелые баллоны. Поэтому основная область его применения — общественный и грузовой городской транспорт.

Альтернативные виды топлива: сравнение

Потребление альтернативных видов топлива на 2011 год

Сравнение потребления альтернативных видов топлива и традиционных (бензин и дизель)

Гибридные автомобили в России

Следует сразу прояснить – назначением гибридных автомобилей является комфортное движение, но никак не покорение скоростей. Поэтому почти все они имеют программные ограничения по скорости, до уровня которой электромотор не будет дополнительно задействовать ДВС (двигатель внутреннего сгорания).

Несомненными преимуществами таких моторов являются:

• экономия топлива от 15 до 40% в зависимости от модели автомобиля;
• практически мгновенный разгон электромотора даже без переключения передач;
• увеличение проходимого без дозаправки расстояния. Если закончится топливо в одном из двигателей, то можно дотянуть до заправки на следующем;
• снижение выбросов углекислого газа в атмосферу;
• гибриды и электромобили попадают под государственную программу налоговых льгот.

Хотя в Европе владельцев таких машин либо весьма существенно освобождают от налога, либо полностью.

Если все так радужно, то почему россияне не спешат их приобретать?

1. Цена, которая выше любой другой популярной модели на 25-30%, что сразу отпугивает потенциальных покупателей. Стоит ли новомодный автомобиль таких средств?
2. Количество автозаправочных станций и сервисов в России слишком мало, поэтому в случае поломки или во время длительного переезда водитель может столкнуться с серьезными проблемами по обслуживанию машины.
3. В тех же сервисах, которые существуют, благодаря их дефицитному характеру, цены на услуги таковы, что проще самому разобраться в механизме.
4. Каждые 6-7 лет придется менять аккумуляторную батарею, стоимость которой вкупе с самими работами выльется в цену небольшого бюджетного автомобиля. А российский климат и перепады температур могут еще больше сократить его жизненный срок. Кроме того, использованный аккумулятор придется соответствующим порядком утилизировать.
5. Из-за отсутствия спроса на гибриды не существует и вторичного рынка. Таким образом, после приобретения такого автомобиля владельцу придется ездить на нем до самой старости, своей или машины.

В совокупности все эти факторы на данный момент делают любой автомобиль, кроме бензинового и дизельного, не практичным и недоступным для России.

Недостатки

Имеются и недостатки у автомобилей на водородном топливе:

Дорогой и сложный способ получений топлива в промышленных объемах.

Отсутствие водородной инфраструктуры заправок автотранспорта.

Не разработаны стандарты транспортировки, хранения и применения топлива на водороде.

Несовершенство технологий хранения такого топлива.

Дорогие водородные элементы.

Большой вес транспорта. Работа электродвигателя на водородном топливе требуют водородные преобразователи тока и мощные аккумуляторные батареи, которые весят не мало, а также обладают внушительными габаритами.

Существует опасность возгорания и взрыва при работе водорода с традиционным топливом.

Ознакомившись с достоинствами и недостатками водородного топлива можно понять, почему до сих пор откладывается серийный выпуск водородных автомобилей. Однако из-за ухудшающейся экологии этот альтернативный источник энергии может оказаться единственным решением проблемы.

Биотопливо

Вести о новейших разработках в сфере энергетики быстро проникают в народ, а потому большое количество современных людей знает, что такое биотопливо и для чего оно используется.

Биологическое топливо производится из биомассы, запасы которой в мире постоянно возобновляются. Всё производимое топливо делится на такие категории:

• твёрдое;
• жидкое;
• газообразное.

Твёрдое

Топливо имеет вид брикетов и пеллет. Для их производства используются отходы древесной промышленности: опилки, кора, щепки, мелкие сучья и ветки. В ход идут сено, торф и бумага. С помощью пресса предварительно измельчённым ингредиентам придаётся форма цилиндрических гранул (пеллет) или целых брусков. В самом автомобиле твёрдое биотопливо преобразуется в газ посредством газогенератора.

Жидкое

Жидкое биотопливо подразделяется на такие виды:

1. Биоэтанол.Производится в процессе спиртового брожения ингредиентов, содержащих крахмал или сахар (иногда целлюлозу). Это альтернативное топливо уже сегодня стало лидером продаж и активно используется автолюбителями. Биоэтанол улучшает качество работы мотора, увеличивает его мощность, не способствует образованию нагара и копоти. Двигатель также не перегревается и не забивается отходами. В качестве топлива для ДВС может использоваться лишь смесь этанола с бензином.
2. Биодизель.Его производство базируется на использовании органических масел. В Европе и Японии активно ведутся разработки авто, способного ездить на отработанном масле из фастфуд-ресторанов. Современные ДВС уже адаптированы под потребление этого вида топлива.Биодизель нового поколения производится из зелёных водорослей, при гниении которых выделяется метансодержащий газ. Однако эти водные растения привередливы в уходе, поэтому проект пока невозможно реализовать в глобальных масштабах – это нерентабельно.
3. Биобутанол.По свойствам и технологии производства схож с биоэтанолом, хотя пока не так популярен.
4. Биометанол.Редко играет роль топлива для автотранспорта, и его технология производства требует серьёзных доработок.

Основой жидкого биотоплива являются компоненты растительного происхождения, поэтому оно не наносит ущерба природе и не портит качественные характеристики машины.

Газообразное

Газообразное биотопливо для автомобилей получают в результате метанового брожения биомассы:

• отходов жизнедеятельности человека и животных;
• соломы, силоса;
• опавшей листвы;
• водорослей;
• отходов сельхоз промышленности;
• бытового мусора.

При использовании этого топлива исключена детонация, поэтому срок службы двигателя увеличивается.

Электричество

На сегодняшний день электрокары нельзя назвать редкостью. Почти каждый из производителей-гигантов регулярно выпускает такого вида модели. Считается, что за ними будущее, так как источников электричества на планете предостаточно.

Достоинствами электромобилей являются:

• отсутствие выхлопных газов;
• зарядка аккумуляторных батарей от обычной электросети;
• низкий уровень шума;
• высокий КПД двигателя.

Но есть и недостатки:

• цена на такие автомобили пока остается высокой по сравнению с обычными;
• слабо развито сервисное обслуживание, так как присутствует нехватка квалифицированного персонала.

Вода

Японская компания представила электромобиль c водой в качестве топлива. Одного литра любой воды достаточно, чтобы ехать на таком автомобиле в течение часа со скоростью 80 километров в час. Силовая установка на топливных ячейках расщепляет воду на водород и кислород, но вместо того, чтобы сжигать полученный водород, он заново соединяется с кислородом и на выходе получается пар.

Производить и применять те или иные виды топлива во всем мире затруднительно. В нашей стране, например, отсутствует сырьевая база для изготовления этанола и биодизельного топлива. А вот использование природного газа – актуально для России. Посмотрим, что ждет нас в скором будущем, вдруг автомобили скоро не только воздухом будут заправляться, но еще и летать над крышами домов.

Почему топливный элемент выбран в качестве альтернативного источника питания

Работающая модель игрушки-электромобиля на водородном топливном элементе

Альтернативным источником питания выбран топливный элемент, поскольку конечным продуктом сгорания водорода в нем является вода. Проблема касается только в нахождении недорогого и эффективного способа получения водорода. Колоссальные средства, вложенные в  развитие генераторов водорода и топливных элементов, не могут не принести свои плоды, поэтому  технологический прорыв и реальное их использование в повседневной жизни, только вопрос времени.

Уже сегодня монстры автомобилестроения: «Дженерал Моторс», «Хонда», «Драймлер Коайслер», « Баллард», демонстрируют автобусы и авто, которые работают на топливных элементах, мощность которых достигает 50кВт. Но, проблемы, связанные с их безопасностью, надежностью, стоимостью  — еще не решены. Как говорилось уже, в отличие от традиционных  источников питания – аккумуляторов и батарей, в этом случае окислитель и горючее подаются извне, а топливный элемент лишь является посредником в происходящей реакции по сжиганию топлива и  превращению в электричество выделяющейся энергии. Протекает «сжигание» только в том случае, если элемент ток отдает в нагрузку, подобно дизельному электрогенератору, но без генератора и дизеля, а также без шума, дыма и перегрева. При этом, КПД намного выше, поскольку отсутствуют промежуточные механизмы.

Видео: Автомобиль на водородном топливном элементе

Большие надежды возлагаются на применение нанотехнологий и наноматериалов, которые помогут миниатюризировать топливные элементы, при этом увеличить их мощность. Появились сообщения, что созданы сверх-эффективные катализаторы, а  также конструкции топливных элементов, не имеющих мембран. В них вместе с окислителем подается в элемент топливо (метан, например). Интересны решения, где в качестве окислителя используется кислород, растворенного в воде воздуха, а в качестве топлива – органические примеси, скапливающиеся в загрязненных водах. Это, так называемые, биотопливные элементы.

Топливные элементы, по прогнозам специалистов, на массовый рынок могут выйти уже в ближайшие годы