Алтернативни горива за автомобили
Една от най-важните области на борбата за поддържане на чистотата на въздушния басейн трябва да се признае като търсенето на "по-чисто" гориво за транспортни двигатели. В тази връзка, наред с кардиналните предложения, се правят опити за създаване на добавки и примеси за конвенционалните горива, които биха могли да намалят токсичността на автомобилните изгорели газове.
На първо място, припомняме, че повечето от използваните в момента разновидности на бензина съдържат тетраетил олово (0,41-0,82 g / l) като антидетонационна добавка. Бензинът с тази добавка се нарича оловен. Необходимостта от използване на оловни горива е продиктувана преди всичко от икономическите условия. Използването им позволява да се повиши степента на компресия на работната смес в цилиндрите и по този начин да се увеличи горивната ефективност на двигателите, т.е., при други равни условия, да се намали разходът на гориво. Но това обстоятелство в известен смисъл отговаря и на екологичните изисквания, тъй като намаляването на разхода на гориво е придружено от намаляване на емисиите на други токсични вещества. Добавката обаче съдържа оловно съединение, което е вредно във високи концентрации.
Недостигът на течно гориво от петролен произход, както и достатъчно голямото количество вредни вещества в отработените газове по време на използването му, допринасят за търсенето на алтернативни горива. Като се вземат предвид спецификите на автомобилния транспорт, са формулирани пет основни условия за перспективите на нови видове горива: наличието на достатъчно енергия и суровини, възможността за масово производство, технологична и енергийна съвместимост с транспортни електроцентрали, приемливи токсични и екологични показатели на процеса на използване на енергията, безопасност и безвредност на експлоатация. ТакаПо този начин едно обещаващо автомобилно гориво може да бъде този химически източник на енергия, който позволява до известна степен да реши енергийния и екологичния проблем.
Според експертите въглеводородните газове от природен произход и синтетичните горива-алкохоли отговарят в най-голяма степен на тези изисквания. В редица трудове като обещаващи горива се посочват водородни и азотсъдържащи съединения като амоняк и хидразин. Тъй като тези видове енергийни източници като гориво за автомобили могат да намерят приложение в по-дългосрочен план, се дава кратка информация за тях и се разглеждат по-подробно споменатите по-горе алтернативни горива.
Метанолът, етанолът е друг вид алтернативно гориво за двигатели с вътрешно горене и идеята за използване на алкохоли като моторно гориво е многократно разглеждана по време на развитието на двигателите с вътрешно горене. Според данните, дадени през 1902 г., на международния конкурс в Париж са демонстрирани повече от 70 двигателя, работещи с алкохоли и техните смеси. През 1905-1907г. Геоложкият комитет на САЩ е провел повече от 2000 експеримента, за да оцени ефективността на бутални двигатели, работещи с алкохоли. Същият въпрос е изследван подробно и от български учени, които през 1910 г. посочват перспективите на спиртните горива във връзка с неизбежното изчерпване на петролните ресурси.
Недостатъкът на метанола е ниската консумация на енергия. Следователно, когато се използва метанол вместо бензин, резервоарът за метанол трябва да бъде 2 пъти по-голям, за да се поддържа запасът от гориво. Стартирането на двигател с чист метанол, особено през зимата, е трудно. Според някои доклади метанолът увеличава корозията на всички видове метали, особено в присъствието на вода. В момента цената на метанола е по-висока от цената на бензина. Въпреки това, у нас и в много чужди страни, особено неразполагайки със собствени петролни ресурси, започна научна, експериментална и практическа работа за намиране на икономично производство и използване на метанол в автомобилния транспорт.
Като недостатъци на сместа като гориво се отбелязва склонността й към разслояване, особено при навлизане на вода в сместа и при понижаване на температурата. Метанолът е отровен.
Наред с метанол и смеси вода-метанол, използването на смеси бензо-метанол в двигателите е обещаващо. Оптимално е добавянето на 10-15% метанол към бензина, когато намаляването на производителността поради високата топлина на изпаряване и корозивността на метанола е незначително. В същото време трябва да се отбележи ниската стабилност на такива смеси, особено когато водата навлиза, когато се отделя. В този случай като стабилизиращи добавки се използват алкохоли с голямо молекулно тегло и разклонена структура.
Тестовете на NAMI на смес от бензометанол (79% бензин, 14% метанол и 7% изобутанол) показват намаляване на емисиите на NOx и CmHn с практически непроменени емисии на CO [1].
По този начин перспективата за използване на метанол като алтернативно гориво в неговата чиста форма или като добавка към бензина е неоспорима. Цената на метанола се оценява по различни начини: според някои оценки той е по-евтин от бензина, според други - с 8 - 70% по-скъп, което очевидно е свързано с технологията на производство и транспорта. През 1992 г. в целия свят са получени 22864 хил. Тона метанол (през 1989 г. - 21 млн. Тона), включително: САЩ - 4752 хил. Тона, Канада - 2055, Южна и Централна Америка - 1610, Африка, Близкия и Близкия Изток - 3261 хил. Тона Япония е произвела 1665 хил. Тона метанол през 1989 г. (през 1984 г. - 1 357 хиляди тона). В същото време Япония годишно внася 1645 хиляди тона метанол. Основни доставчициметанол към Япония са Канада, Южна Африка, Нова Зеландия, Малайзия. Според [143, 144] в момента в Япония работят събирачи на боклук с метанолов двигател, чийто обхват на пътуване с едно зареждане (капацитет на резервоара за гориво 180 l) е 500 km; в Бразилия 4 милиона превозни средства за различни цели работят с метанол.
Според експерти обаче остават нерешени следните технически проблеми:
1) система за подаване на метанол към горивните камери;
2) надеждност и дълготрайност на каталитичните конвертори за метанол;
3) възможност за приложение в ДД;
4) възможността за по-нататъшно намаляване на вредните примеси в отработените газове.
Що се отнася до етанола, получен главно от растителни суровини, той, като аналог на метанола и има подходящи характеристики (октаново число 106 единици, по-ниска калоричност - 25 MJ / kg), може да се използва за захранване на двигатели с искрово запалване в чист вид и смесен с бензин. Когато се използва в чиста форма, характеристиките на работа, икономически и екологични показатели на двигателите са близки до тези при използване на метанол. Използването на смес от етанол и бензин (10 - 20% етанол) за двигатели с искрово запалване показва намаляване на емисиите на CO с 26,5%, CmHn с 4,5 и NOx с 5,7%. Няколко проучвания за токсичността на дизелови двигатели, използващи етанол, показват, че по отношение на количеството вредни емисии, токсичността на EG е същата като тази на дизеловото гориво.
Амонякът обикновено е токсичен газ с остра миризма. При изгарянето му обаче се образува само един токсичен компонент - азотни оксиди, и то в много по-малки количества, отколкото при изгарянето на други видове въглеводородно гориво. Това се дължи на значително по-нискататемпература на работния процес.
Суровините за производството на амоняк са големи, а цената му е ниска. Но за да работят с това гориво, двигателите трябва да бъдат сменени поради необходимостта от увеличаване на съотношението на компресия, укрепване на системата за запалване и загряване на работната смес във всмукателния колектор. За активиране на процеса в някои експерименти е използвано впръскване на пилотно гориво, чийто факел ускорява запалването на основната амонячна смес и нейното изгаряне. Недостатъците на амоняка включват факта, че като основа той е агресивен към мед, бронз и някои други метали, сплави и материали, попадайки в атмосферата, самият той е замърсител на въздуха.
Водородът е идеално гориво по отношение на опазването на околната среда. Горейки в чист кислород, той се превръща във вода. Ако се получава от вода чрез електролиза, тогава процесът се затваря: вода - водород - вода. Ресурсите на това гориво са колосални и постоянни
Все още не е намерен надежден и икономичен начин за използване на водород, но въпреки големите трудности и трудности, значителни научни и инженерни сили по света са ангажирани в разработването на този проблем.
Биогориво. Най-популярният заместител на бензина днес ебиоетанолът, който се получава чрез ферментация на царевица, захарна тръстика, пшеница и др. Цената на биоетанола, в зависимост от суровината, варира от 160 $/m 3 до 800-900 $/m 3 [1]. Добавките на етанол към бензина (до 20%) подобряват качеството му. Колата може да работи на всякаква смес от бензин и алкохол и дори на чист алкохол. Мнението за екологичната чистота на алкохола се опровергава от някои изследвания, които показват, че в продуктите на изгаряне на алкохола има повече алдехиди, които имат вредно въздействие върху човешкото тяло, отколкото при изгаряне на бензин. Такане се очаква забележимо подобрение на чистотата на въздуха при преминаване към алкохол.
Биодизел може да се получи чрез естерификация с метилов алкохол от всяко растително масло. Биодизелът може да се налива в конвенционалните двигатели с вътрешно горене в чиста форма или смесен с минерално дизелово гориво. Биодизелът има редица предимства, включително увеличаване на цетановото число и намаляване на емисиите на отработени газове. Като се имат предвид предимствата на това гориво, много страни започнаха да увеличават производството му. Западна Европа планира да произведе 8,3 милиона тона биодизел до 2010 г. [2]. Една от най-перспективните култури за производство на биодизел е рапицата. Отглеждането на рапица изисква обширни площи обработваема земя. По този начин има конфликт „гориво или храна“ [3]. Трябва да се помни както за производството и поддръжката на огромен парк от машини, които осигуряват отглеждането, събирането и обработката на растителна маса, така и за горивото, което тези машини изгарят.
Наред с технологиите за получаване на биогорива от растителна маса започват да се развиват и технологии за преработка на лигноцелулозни отпадъци. Те се превръщат чрез пиролиза в течно органично гориво -биомасло. Заводът на Dynamotive Energy Systems (Канада) може да преработва 200 тона суровини на ден, които могат да бъдат царевични отпадъци, дървесина, слама и др. От един тон биомаса се получават 580 ... 800 kg биомасло [2].
Биогаз е биометан или биоводород, който се получава от битови и промишлени органични отпадъци, оборски тор и др. методи на ферментация. ЕС планира да произвежда 15 милиона тона нефтен еквивалент гориво от биогаз до 2010 г. Почти 800 автобуса и първият влак в света се движат с биогаз в Швеция [2]. Недостатъкът на биогаза е, че не се получава чист метан, а сместа му с CO2 - баласт,от който трудно се отърваваме.