Биотопливо для автомобилей

В продолжение нашей недавней статьи о грузовике на водородном топливе, рассмотрим другой вид альтернативного горючего — биотопливо. Первое в мире биотопливо для автомобилей представляло собой смесь дизельного топлива и рапсового масла (его доля колебалась от 5 до 30 процентов).

Впрочем, большого распространения такое горючее не получило, – такая топливная смесь вела себя нестабильно, быстро расслаивалась. К тому же она негативно влияла на работу двигателя, который начинал часто глохнуть. В дальнейшем совершенствование технологии позволило значительно улучшить характеристики биотоплива для автомобиля, чьи физико-технические данные стали практически идентичны минеральному топливу, произведенному из нефти. Кроме того, такое топливо имеет ряд преимуществ, которые будут рассмотрены ниже.

Биотопливо для автомобиля: преимущества

Оценивая преимущества биотоплива для автомобилей, чаще всего во главу угла ставят два фактора. Первый – биотопливо относится к возобновляемым источникам энергии. Если запасы нефти – ископаемый конечный ресурс, то сырье для получения биотоплива (в основном — сельскохозяйственные энергоемкие культуры и отходы их переработки, в перспективе – водоросли и т.д.) – ресурс возобновляемый, который может постоянно воспроизводиться в необходимых для потребления количествах.

Второй фактор – экологическая нейтральность (безопасность) использования биотоплива. Широкое внедрение биотоплива рассматривается как один из наиболее эффективных способов противостоять глобальному потеплению. Сжигание биотоплива не приводит к образованию большого объема углекислого газа, а значит – снижает влияние парникового эффекта. Современные исследования показали, что использование автомобильного биотоплива на 65% снижает выброс парниковых газов. Кроме того, выращивание растений и сельхозкультур, идущих на переработку для получения биотоплива, приводит к частичному поглощению оксида углерода, находящегося в атмосфере.

Стоит отметить еще ряд факторов, которые говорят в пользу биотоплива для автомобилей:

  • низкая стоимость – именно топливный кризис стал причиной резко возросшего интереса к биотопливу и массовому его внедрению. В целом, стоимость биотоплива для автомобилей почти на порядок ниже, чем стоимость обычного топлива (бензина или дизельного топлива). Важно, что оно меньше подвержено колебанию цены, ведь цена бензина напрямую связана с текущей стоимостью нефти на международных спекулятивных рынках. Поэтому стабильная цена биотоплива позволяет делать более точные экономические прогнозы и планировать развитие бизнеса;
  • использование биотоплива позволяет экономить на обслуживании автомобиля, особенно когда речь идет о моделях двигателей, специально адаптированных под биотопливо. Как известно, со временем бензиновый двигатель увеличивает выбросы СО2, что требует дополнительных затрат для контроля за уровнем выбросов. Еще один плюс – использование биотоплива снижает загрязнение двигателя (при сгорании не образуется сажа и гарь), не засоряется топливная система – все это в комплексе приведет к снижению затрат на проведение техобслуживания;
  • мобильность – использование, например, электромобилей напрямую связано с развитием сети электрозаправок, что требует дополнительных капиталовложений. Кроме того, зарядка аккумулятора не может быть выполнена в течение малого времени – это достаточно длительный процесс. Для автомобильного биотоплива может быть задействована уже существующая инфраструктура автозаправок. Отдельно стоит отметить тот факт, что биотопливо для автомобилей очень легко доставить к пункту заправки, оно стабильно и не теряет своих свойств во время доставки;
  • энергетическая независимость – импорт энергоносителей (нефти и продуктов её переработки, природного газа) не только негативно сказывается на бюджете любой страны (ведь деньги фактически вымываются из экономики), но ставит страну в зависимость от внешних поставок. В случае кризиса и ограничения или прекращения поставок энергоносителей, экономика страны может быть практически полностью парализована. Поиск новых поставщиков, смена логистики и маршрутов перевозки – все это потребует значительных временных и финансовых вложений. Производство биотоплива для автомобилей, которое может быть налажено с использованием местного сырья, позволит любой стране повысить собственную энергетическую независимость, сократив внешние поставки. При этом значительные средства останутся внутри страны, что положительно скажется на потенциале экономического развития. Кроме того, организация производства биотоплива – это дополнительные рабочие места, а это еще один положительный фактор для экономики;
  • безопасность использования – биотопливо для автомобилей нетоксично, не имеет резкого запаха, не может вызвать отравление. При его использовании существенно снижается опасность загрязнения почвы, ведь разлитое топливо, попав в землю, быстро разлагается под воздействием микроорганизмов.

Биотопливо для автомобилей: недостатки

Анализируя недостатки биотоплива для автомобилей, в качестве основного минуса указывают снижение мощности двигателя при его использовании. Разные источники приводят разные значения, но в среднем падение мощности оценивают в пределах от 30 до 40 процентов. Снижение мощности компенсируется ростом потребления топлива, что приводит к снижению экономической составляющей от внедрения биотоплива. На самом деле, такое утверждение правдиво только частично, прежде всего – для старых двигателей, которые проектировались для работы на бензине или дизельном топливе. В этом случае действительно происходит ощутимое падение мощности. В более современных моделях, адаптированных к работе на биодизеле, падение мощности менее ощутимо.

Из технических факторов к недостаткам биотоплива можно отнести следующие:

  • склонность к парафинированию при низких температурах, что снижает возможность использования биотоплива зимой и в условиях Севера. Впрочем, для объективности следует отметить, что для дизельного топлива характерна аналогичная проблема, поэтому при наступлении морозов необходимо переходить на особые, зимние (еще их называют арктическими) марки дизельного топлива.
  • зимой при использовании биотоплива машине требуется больше времени чтобы прогреться;
  • биотопливо агрессивно воздействует на лакокрасочную поверхность автомобиля и резиновые детали в двигатели. Впрочем, негативное воздействие во многих случаях преувеличивают. Кроме того, если использовать качественное проверенное моторное масло и своевременно проводить его замену – это минимизирует негативное воздействие биодизеля на мотор. А при попадании биодизеля на лакокрасочное покрытие необходимо немедленно и качественно помыть кузов.

Для использования в других целях, см E85 (значения) . Дополнительная информация: топливо этанол в Соединенных Штатах и биотопливо в Соединенных Штатах Логотип, используемый в США для топлива E85

E85 — это аббревиатура, обычно обозначающая топливную смесь этанола, состоящую из 85% этанольного топлива и 15% бензина или другого углеводорода по объему .

В Соединенных Штатах точное соотношение топливного этанола и углеводорода может варьироваться в соответствии с ASTM 5798, который определяет допустимое содержание этанола в E85 в диапазоне от 51% до 83%. Это связано с более низкой теплотворной способностью чистого этанола, что затрудняет запуск двигателей в относительно холодном климате без предварительного нагрева воздуха на впуске, более быстрого запуска или смешивания различных фракций бензина в зависимости от климата. Запуск холодного двигателя в холодном климате является основной причиной смешивания этанольного топлива с любой бензиновой фракцией.

В Бразилии этанол находится в чистых насосах, поэтому автомобили с гибким топливом (FFV), включая грузовики, тракторы, мотоциклы и мопеды, работают на E100. Фракция 85% обычно продается на насосах по всему миру (за пределами США), и когда она специально поставляется или продается как E85, всегда 85% этанола (на насосах или в бочках). Наличие гарантированной доли этанола устраняет необходимость в системе транспортного средства для расчета оптимальной настройки двигателя в соответствии с максимальной производительностью и экономичностью.

В таких странах, как Австралия, где E85 всегда на 85% состоит из этанола (а топливо для перекачки с различными фракциями называется «гибким топливом»), энтузиасты спортивного автомобилестроения и клубы / чемпионаты автоспорта широко используют E85 (без необходимости какой-либо сертификации FFV). Использование спирта (этанола и метанола) в истории автоспорта идет параллельно с изобретением автомобиля, которому отдается предпочтение из-за присущих ему характеристик сгорания, таких как высокий тепловой КПД, повышенный крутящий момент, а с некоторыми усовершенствованными двигателями — лучший удельный расход топлива. В Соединенных Штатах государственные субсидии этанола в целом и E85 в частности стимулировали рост инфраструктуры для розничной продажи E85, особенно в штатах, выращивающих кукурузу на Среднем Западе .

все новости: 1 2 3 текущие

В Бельгии заправляют автомобили биоэтанолом из злаковых и свеклы

В Брюсселе открылась первая в Бельгии АЗС с экологически чистым топливом — биоэтанолом Е85 (bioethanol E85). Производящая его бельгийская компания намерена открыть в Брюсселе еще три таких заправочных пункта.

Биоэтанол – это жидкое спиртовое топливо, пары которого тяжелее воздуха. Он вырабатывается из сельскохозяйственной продукции, содержащей крахмал или сахар, например, из кукурузы, зерновых или сахарного тростника. В отличие от спирта, из которого производятся алкогольные напитки, топливный этанол не содержит воды и производится укороченной дистиляцией (две ректификационные колонны вместо пяти) поэтому содержит метанол и сивушные масла, а также бензин, что делает его непригодным для питья.

Сам биоэтанол Е85 (bioethanol E85) — смесь биоэтанола и бензина с прошлого года можно купить на специализированных заправочных станциях в Германии. Это биогорючее представляет собой смесь этанола, получаемого в результате перегонки зерна, сахарной свеклы и опилок, и супербензина в соотношении 85:15. Е85 на 15-20% дешевле стандартного бензина в Германии. Литр смеси стоит 0,92 евро (около 30 руб.).

Однако проехать на биоэтаноле смогут только владельцы автомобилей, адаптированных к потреблению такого горючего. Доработка обыкновенного двигателя стоит недешево — от 300 до 1000 евро в зависимости от марки машины. Но некоторые автолюбители идут на затраты не только ради последующей экономии на топливе, но и потому, что мощность двигателя, работающего на биоэтаноле Е85, возрастает приблизительно на 20%. Сейчас компания Volvo уже серийно выпускает версии своих автомобилей, которые помимо бензина могут работать на биоэтаноле Е85. Такие моторы устанавливаются на модели V50 и S60 c 1,8- и 2,4-литровыми моторами.

В Евросоюзе автозаправки с биоэтанолом также действуют в Швеции и Нидерландах. Согласно директиве ЕС, к 2010 году 5,75 процента от общего объема продаваемого в странах-членах этой региональной организации топлива должно иметь биологическую основу.

При использовании материала гиперссылка на www.orangesmile.com/ru желательна

наши партнеры
наши партнеры

все новости: 1 2 3 текущие

Категория: Строительные машины и их эксплуатация
Публикация: Топливо для двигателей внутреннего сгорания
Читать далее:
Топливо для двигателей внутреннего сгорания

Все виды топлива, применяемого для двигателей строительных машин, можно разделить на две группы: топливо для карбюраторных двигателей с искровым зажиганием и топливо для двигателей с высокой степенью сжатия, самовоспламеняющиеся при сжатии (дизельное топливо).

Топливо для карбюраторных двигателей. Карбюраторные двигатели работают на автомобильных бензинах, лигроинах, керосинах и бензоло-бензиновых смесях. Топливо для карбюраторных двигателей, должно обладать следующими основными свойствами:
1) способностью образовывать однородную топливно-воздушную
смесь заданного состава (карбюраторные свойства);
2) детонационной стойкостью, т. е. способностью сгорания без детонации;
3) стабильностью, характеризующей сроки хранения топлива без изменения его первоначальных качеств;
4) коррозионными свойствами, определяющими степень корродирующего воздействия на детали двигателя и топливной системы;
5) отсутствием примеси воды, смол и механических частиц.

Карбюрационные свойства топлива характеризуются удельным весом, плотностью, испаряемостью, вязкостью и поверхностным натяжением.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Удельный вес влияет на дозировку смеси в карбюраторе, так как весовое количество топлива, протекающего через жиклеры, прямо пропорционально удельному весу. От удельного веса зависит величина погружения поплавка и, следовательно, уровень топлива в поплавковой камере карбюратора и поступление его в смесительную камеру.

Вязкость топлива влияет на скорость протекания топлива через калиброванные отверстия жиклеров; чем выше вязкость, тем с меньшей скоростью оно поступает из поплавковой камеры в смесительную. Вязкость топлива изменяется с повышением температуры, поэтому при сезонных изменениях температуры воздуха необходимо регулировать проходные отверстия жиклеров при помощи регулировочной иглы.

Испаряемость карбюраторного топлива зависит от его фракционного состава, характеризуемого температурой, при которой перегоняются 10, 50 и 90% его состава. Чем ниже температура перегонки первых 10% его состава, тем выше его пусковые качества, тем легче и быстрее заводится двигатель.

В то же время большое содержание в топливе легкоиспаряющихся фракций приводит к образованию паровых пробок, затрудняющих или прекращающих подачу топлива в смесительную камеру.

Температура, при которой перегоняется 50% топлива, характеризует быстроту прогрева и надежность работы двигателя на этом виде топлива; чем ниже указанная температура, тем устойчивей работает двигатель на малых оборотах; чем выше эта температура, тем больше времени потребуется на прогрев двигателя. Температура, при которой перегоняется 90% топлива, определяет возможность полного испарения топлива в двигателе.

Детонационная стойкость зависит от способности топлива к образованию рабочей смеси, сгорающей в двигателе без детонации.

При детонационном сгорании пламя распространяется со скоростью 1500—2500 м/сек, превышающей нормальную скорость сгорания в 100 раз, в связи с чем в цилиндрах двигателя появляется металлический стук, головки цилиндров перегреваются, снижается мощность двигателя, выхлопные газы окрашиваются в черный цвет.

Детонационная стойкость топлива характеризуется октановым числом; чем выше октановое число, тем выше детонационная стойкость топлива.

Детонационная способность бензина может быть повышена добавлением антидетонационных присадок или же смешением его с высокооктановыми компонентами: киробензолом, бензолом, этиловым спиртом и др.

Стабильность топлива отражает его физические и химические свойства. Физическая стабильность обусловливает способность топлива сохранять в период хранения свои эксплуатационные свойства. Химическая стабильность характеризует стойкость топлива против окисления и смолообразования.
Коррозионные свойства топлива определяются содержанием вредных примесей серы, кислот и щелочей, которые вызывают усиленную коррозию и увеличивают износ деталей двигателя. Вода, находящаяся в топливе, также способствует коррозии, ускоряет смолообразование, а при низких температурах в результате замерзания может закупорить бензопроводы и фильтры. Автомобильные бензины выпускаются марок А-66, АЗ-бб, А-72, А-74, А-76, у которых цифровая часть означает октановое число. Марка АЗ-бб обозначает бензин зимний, предназначаемый для районов Севера, Урала, Сибири.
Лигроин представляет собой тяжелый бензин и применяется для тракторов, а в смеси с бензином — для бензиновых двигателей с соответствующей их регулировкой. Бензолы применяются для автомобильных двигателей в смеси с бензином (с содержанием бензола до 25% летом и 10—25% зимой).

Керосин применяется для тракторов.

Дизельное топливо (топливо для двигателей с высокой степенью сжатия) должно обладать следующими свойствами:
1) самовоспламеняемостью и плавностью сгорания рабочей смеси;
2) определенной вязкостью, обеспечивающей хорошее распыление топлива в камере сгорания и бесперебойность подачи по топливопрово-дящей системе;
3) способностью не оставлять нагаров и отложений в камере сгорания на других деталях двигателей;
4) низкой коррозирующей способностью;
5) отсутствием примесей воды и механических частиц.

Самовоспламеняемость топлива характеризуется цетановым числом. Цетановое число соответствует процентному содержанию цетана в эталонном топливе, соответствующем по своей воспламеняемости испытываемому топливу. Чем выше цетановое число, тем меньше жесткость работы двигателя, но при чрезмерно высоком цетановом числе горение происходит в непосредственной близости у головки форсунки, что снижает срок ее службы. Для современных быстроходных дизелей цетановое число должно быть равным 40—60 единицам.

Вязкость дизельного топлива определяет характер распыления-— количество и размер частиц при впрыскивании топлива в камеру сгорания. При крупных каплях топлива замедляется испарение, что приводит к его неполному сгоранию (дымный выхлоп), затрудняется пуск двигателя, снижается его мощность, увеличивается расход топлива. Необходимо выбирать топливо с температурой застывания на 15—20° С ниже возможной температуры в данном климатическом поясе.

Фракционный состав топлива влияет на скорость образования топ-ливовоздушной смеси и характер ее сгорания. При утяжелении фракционного состава ухудшается качество сгорания и увеличивается расход топлива, образуется коксообразный нагар, вызывающий износ поршневой группы двигателя.

Дизельное топливо с более легким фракционным составом облегчает запуск двигателя, но вызывает более жесткую его работу.

Способность топлива к нагарообразованиям оценивается коксовым числом, которое соответствует процентному содержанию кокса при прокаливании без доступа воздуха 10% оставшегося топлива после отгона более легких фракций. Коксовое число обычно составляет 0,05—0,1%; для тяжелых топлив — 3—4 %.

Коррозионные свойства топлива определяются содержанием в нем кислот, щелочей и серы, которые вызывают коррозию и увеличивают износ деталей двигателя. Содержание воды в дизельном топливе недопустимо, так как в зимнее время замерзая она забивает фильтры тонкой очистки и может ограничить или совсем прекратить подачу топлива.

Сорта дизельных топлив. Для быстроходных дизелей (с числом оборотов 1000 в 1 мин) применяют топливо марки ДА — дизельное арктическое при эксплуатации машин в районах с температурой ниже 40° С; ДЗ — дизельное зимнее — при температурах от 0 до —30° С и ДЛ — дизельное летнее — для работы при температуре воздуха выше 0.

Заменителем летнего топлива может служить осветительный керосин.

Для двигателей с числом оборотов от 600 до 1000 в 1 мин применяется соляровое масло.

Для стационарных тихоходных двигателей используется моторное топливо ДТ-1, ДТ-2 и ДТ-3.

Нормы расхода топлива могут быть установлены на каждую строительную машину на основе практики их использования (в кг на 1 ч работы).

При работе строительных машин в зимнее время норма расхода топлива может быть повышена в зависимости от климатического пояса.

Рис. 1. Схема топливораздаточнон колонки для дизельных автомобилей 1—заливная горловина; 2 — указатель уровня: 3—цистерна; 4 — воздушная труба; б—фильтр предварительной очистки; 6 — фильтр тонлой очистки; 7 — колонка раздаточная

Количество единовременного наличия топлива на временных складах не должно превышать 5 г.

Карбюраторные топлива хранятся в резервуарах, бочках, цистернах. Наиболее рациональным является хранение топлива в подземных резервуарах.

Если резервуары с топливом приходится хранить в полевых условиях, их устанавливают на металлические козлы. Для раздачи карбюраторных и дизельных топлив применяются стационарные топливозаправочные станции (рис. 77) и передвижные топливозаправщики.

Учет топлива, поступающего.на склад и отпускаемого для заправки, ведется кладовщиком, который записывает в раздаточную ведомость. Первичной документацией по учету расхода горюче-смазочных материалов являются: сменный рапорт машиниста, путевой лист для водителя автомашин, наряды на работу и журналы учета работы машины и расхода горюче-смазочных материалов.

Экономия топлива имеет большое значение, так как его стоимость составляет значительную часть в общей сумме затрат на эксплуатацию строительных машин.

Для карбюраторных двигателей применяются легкие топлива, имеющие низкую температуру выкипания фракций. Способность легкого топлива образовывать горючую смесь определяется содержанием в нем отдельных фракций с различными температурами выкипания. По особенностям сгорания в двигателе легкие топлива различаются антидетонационными свойствами, которые характеризуются октановым числом.

Для дизелей применяются тяжелые топлива, обладающие относительно высокой температурой выкипания фракций. Для дизелей основное значение имеют вязкость, отсутствие механических примесей и фракционный состав топлива. Условия сгорания топлива в дизелях характеризуются величиной задержки самовоспламенения, оцениваемой цетановым числом.

Бензины. В карбюраторных двигателях применяются так называемые автомобильные бензины, которые содержат фракции, выкипающие при температурах от 70 до 195 °С. Температура выкипания наиболее легких фракций (около 10% от общего содержания) характеризует пусковые качества бензина, т. е. возможность образования рабочей смеси при пуске холодного двигателя. Температура выкипания более тяжелых фракций (до 90% от общего содержания) характеризует полноту испарения бензина.

Выпускаемые в настоящее время промышленностью автомобильные бензины ГОСТ 2084—56 марок А-66, Аз-66, А-72, А-74 и А-76 имеют октановые числа соответственно 66, 66, 72, 74 и 76, температуру выкипания первых 10% фракций не выше 79, 65, 70, 75 и 75 °С, температуру выкипания тяжелых фракций—соответственно 195, 175, 165, 180 и 180 °С.

Зональный бензин Аз-66 обладает улучшенными пусковыми свойствами (температура выкипания первых 10% фракций не свыше 65 °С) и выпускается для Севера и Сибири на зимний период.

Для каждого карбюраторного двигателя, в зависимости от степени сжатия и особенностей камеры сгорания, заводом-из-готовителем указывается рекомендуемое октановое число бензина. При работе двигателя на топливе с октановым числом ниже рекомендуемого опережение момента зажигания приходится уменьшать и мощность двигателя снижается. При работе же двигателя на топливе с октановым числом выше рекомендуемого возможности топлива остаются неиспользованными.

Бензины с октановым числом 66 применяются для двигателей со степенью сжатия не свыше 6,3, как например, ГАЗ-51, ГАЗ-бЗ и ГАЗ-69, а также М-20. Бензины с октановым числом 72 и 74 «предназначаются в основном для двигателей легковых автомашин. Бензины с октановым числом 76 применяются для новых двигателей повышенного сжатия грузовых машин типа ЗИЛ-130 и др.

Дизельное топливо. Для автомобильных и тракторных дизелей применяются топлива, имеющие нормированный фракционный состав, а именно: дизельное топливо и топливо для быстроходных дизелей.

Дизельное топливо (ГОСТ 305—62) выпускается двух марок— летнее Л и зимнее 3, различающихся между собой вязкостью и температурой застывания. Цетановое число этих топлив не нормируется. При температуре до 350° С происходит выкипание не менее 50% топлива. Дизельное топливо применяется для двигателей тракторного типа, работающих с числом оборотов до 1000 в минуту.

Топливо для быстроходных дизелей (ГОСТ 4749—49) выпускается четырех марок — ДА, ДЗ, ДЛ и ДС, различающихся по вязкости, температуре застывания и фракционному составу. Цетановое число этих топлив 40—50. При температуре 255—290 °С выкипает до 90% топлива.

Топливо ДА (арктическое) с температурой застывания —60 °С применяется при температуре среды ниже —30 °С; топливо ДЗ и 3 (зимнее)-—при температуре до —30 °С; топлива ДЛ и Л — при положительных температурах; топливо ДС (судовое) — при работе двигателя в помещениях с повышенной температурой (судовые дизели).

В низкотемпературных условиях практикуется разбавление дизельных топлив осветительным керосином ГОСТ 4753—49. Соотношение зимнего топлива и керосина зависит от температуры среды и составляет соответственно при —20 —30° 75 и 5%; при —30 —40° 40 и 60%; при температуре ниже —40° — 20 и 80%.

Для сохранности топливной аппаратуры дизелей исключительно важное значение имеет чистота топлива, т. е. отсутствие u нем механических примесей. Поэтому двигатели должны снабжаться топливом, отстоявшимся в складских цистернах не менее чем в течение десяти дней. При работе на топливе, прошедшем необходимое отстаивание, износ отдельных узлов топливной аппаратуры дизелей снижается в 5 раз и более.

Рекламные предложения:

Читать далее: Специальные жидкости, прокладочные, фрикционные и другие материалы
Категория: — Строительные машины и их эксплуатация

-►

ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ

УДК 620.97

ПЛ. Москвин

БИОТОПЛИВО ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ И ПРОБЛЕМЫ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ

Биотопливо — это топливо из возобновляемого сырья. Оно бывает твердое (например, дрова) и жидкое. С применением дров как биотоплива в мире нет технологических проблем: дрова жгут в котлах, которые есть практически повсеместно. Развиваются технологии сжигания угля, торфа, газа, да и атомная энергия при нормальном подходе экологична и дает «чистое» электричество и/или тепловую энергию. Проблема сейчас в нехватке энергии для автомобилей и транспорта .

На производство топлива из возобновляемого сырья обратили внимание сравнительно недавно ввиду ухудшения экологической ситуации в мире и исчерпаемости запасов углеводородов. Биотопливо считается реальной альтернативой нефтяному топливу. Разработки и исследования ведутся в различных направлениях, технологии и способы получения биотоплива совершенствуются. Сконцентрируем внимание на существующих видах и перспективных направлениях развития биотоплива.

Биоэтанол — это биотопливный заменитель бензина. Производится из зерновых культур (по большей части — из пшеницы в Англии, сахарной свеклы и маиса, соевых бобов и сахарного тростника в США и Южной Америке ).

Топливный этанол не содержит воды и производится укороченной дистилляцией (две ректификационные колонны, а не пять, как для спирта, применяемого в пищевой промышленности). Биоэтанол нейтрален с точки зрения выброса парниковых газов. Содержащийся в этаноле кислород способствует более полному сжиганию углеводородов топлива. Присутствие в бензине всего 10 % этанола позволяет уменьшить выхлопы аэрозольных частиц до 50 %,

а выбросы угарного газа — на 30 %. Кроме того, с помощью генной инженерии создаются новые клоны дрожжей, которые более стойки к пагубным последствиям алкоголя и способны вырабатывать на 50 % больше этанола во время 21-часового периода. Эта технология сможет существенно увеличить эффективность производства топливного этанола из кукурузы и растительных отходов.

Согласно оценкам экспертов, к 2030 году выпуск биотоплива в мире составит 150 млн т, при ежегодном приросте производства 7—9 %. При этом предпочтение будет иметь биоэтанол, так как себестоимость его производства снижается быстрее, чем биодизеля.

Биодизель — биотопливный заменитель дизельного топлива. Получают его из масел зерновых культур (чаще всего из семян рапса в Англии и пальмового масла в Юго-Восточной Азии). Биодизелыюе топливо привлекло внимание исследователей сравнительно недавно, но быстро приобрело важное значение. Согласно стандарту США биодизельным топливом считаются мо-ноалкиловые эфиры жирных кислот, получаемых из растительного или животного сырья. Важнейшее достоинство применения биодизелыюго топлива — замена продуктов нефтепереработки на природное возобновляемое сырье .

Наиболее распространенным топливом этого типа является так называемый рапсметило-вый эфир, который в заметном количестве используется в Швеции, ФРГ, Франции и других странах. Его можно добавлять к дизельному топливу в концентрации до 30 % без дополнительной модификации двигателя. В западноевропейских странах принято решение об обязательной добавке 5 % рапсметилового эфира в дизельное

топливо, но в некоторых странах, например в Швеции, его используют как самостоятельное топливо. Стоимость топлива на основе рапсме-тилового эфира в настоящее время примерно в два раза выше, чем нефтяного дизельного топлива, но можно полагать, что объемы производства метилированных растительных масел будут увеличиваться, и это приведет к снижению их себестоимости до приемлемого уровня.

Широкие испытания рапсметилового эфира и его добавок к дизельному топливу в США и Европе показали, что при их использовании снижается эмиссия углеводородов и СО, а интенсивность образования оксидов азота остается без изменения.

Топливный потенциал масличных культур (на 1 т сырья) значительно выше, чем у других культур. Расчеты показывают, что энергетические затраты на производство рапсовых семян составляют 17700 МДж/га, на извлечение масла — 700 МДж/га, энергия же, полученная от масла, — 22200 МДж/га. Таким образом, энергетическая прибыль с каждого гектара составляет 3800 МДж (по энергетической ценности это соответствует 110 л дизельного топлива).

Исходя из литературных данных и проведенных исследований можно выделить следующие основные преимущества биологического дизельного топлива:

возобновляемость;

замкнутый круговорот углекислого газа; использование соломы рапса в качестве топлива в фермерском хозяйстве;

отсутствие серы и токсичных веществ; незначительный выброс загрязнителей (за исключением закиси азота);

рапсовое масло — самое распространенное растительное масло и наиболее устойчивое к влиянию низких температур (без добавок — минимум до минус 10°С);

рапс задерживает питательные вещества в почве, улучшает ее структуру, поддерживает плодородие, хорошо перерабатывает органические удобрения;

при производстве рапсового масла получают такие ценные побочные продукты, как глицерин и жмых;

рапс — отличный медонос (с 1 га посевов пчелы собирают до 90 кг меда);

рапсовое масло нетоксично, не загрязняет грунтовые воды и водоемы (при утечках полнос-

тью разлагается в почве в течение трех недель), обеспечивает рекультивацию радиоактивно зараженных земель;

рапсовое масло — самое безопасное горючее (точка воспламенения 325°С);

использование биотоплива не снижает ресурс двигателя, но уменьшает эмиссию вредных веществ на 25—50 % и парниковый эффект (до минимума), освобождает (хотя бы частично) от нефтяной зависимости.

Главные недостатки этого вида топлива: закоксовывание форсунок, отложения углерода в камере сгорания и смолистых веществ на фильтрах;

быстрый износ колец;

повышенное выделение закиси азота в сравнении с традиционным дизельным топливом (на 12 % больше, чем для дизелей с неразделенной камерой сгорания, и на 10 %, чем для дизелей с вихревой камерой);

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

биотопливо из рапсового масла более агрессивно, чем обычное дизельное топливо по отношению к резиновым деталям автомобиля или трактора и лакокрасочному покрытию кузова;

в силу того, что МЭРМ — кислородосодер-жащее соединение, низшая теплота сгорания эфиров несколько меньше, чем у дизельного топлива, и, как следствие, на 2,5 % меньше эффективный КПД.

Две рассмотренные выше формы — это так называемое «биотопливо первого поколения», так как они получены из сырого материала, который можно использовать в пищевом производстве .

Вторичное биотопливо. Одним из последних достижений современной альтернативной энергетики стало биотопливо второго поколения, которое получают различными методами, в том числе пиролизом биомассы. Технология получила название biomass to liquids (BtL). BtL производят из древесины и отходов деревообработки (при этом промежуточный продукт — биогаз). Преимущество этого вида топлива перед биоэтанолом и биодизелем в том, что, в отличие от упомянутых продуктов, при производстве BtL древесина полностью перерабатывается. BtL может производиться из любого вида биомассы, к тому же, по заявлению производителей этого топлива, для перевода автомобилей на него не требуется модификация современных двигателей. Быстрый пиролиз позволяет превратить биомассу в жидкость, которую легче и дешевле

транспортировать, хранить и использовать. Согласно исследованиям концернов Daimler Chrysler и Volkswagen синтетическое биотопливо не требует специальной доработки существующих автомобильных двигателей и модернизации сетей заправочных станций. Оно практически не содержит углекислого газа, серы и ароматических углеводородов.

Многие машины используют в качестве топлива природный газ. Для него также существует альтернативное топливо из возобновляемого сырья. Биогаз — биотопливная замена природного газа. Его получают из органических отходов, включая отходы животноводческих хозяйств и мусор, полученный от муниципальных, коммерческих и индустриальных источников, прошедшие процесс анаэробного разложения. В Соединенном Королевстве биогаз производится из отходов животноводства, а также за счет выделяющегося на свалках газа.

Для получения биогаза можно использовать растительные и хозяйственные отходы, навоз, сточные воды и другие подобные источники. В процессе ферментации жидкость в резервуаре стремится к разделению на три фракции. Верхняя — корка, образованная из крупных частиц, увлекаемых поднимающимися пузырьками газа, через некоторое время может стать достаточно твердой и будет мешать выделению биогаза. В средней части ферментатора скапливается жидкость, а нижняя фракция выпадает в осадок в виде грязи.

Производство биогаза позволяет сократить выбросы метана в атмосферу. Переработанный навоз применяется в качестве удобрения в сельском хозяйстве. Это позволяет снизить применение химических удобрений, сокращается нагрузка на грунтовые воды.

Расчетные экономические пок

Природопользование

Метан оказывает влияние на парниковый эффект в 21 раз более сильное, чем С02, и находится в атмосфере 12 лет. Захват метана — лучший краткосрочный способ предотвращения глобального потепления .

Сведем в таблицу экономические показатели некоторых видов топлива. За 100 % примем показатели бензина из нефти.

Таблицадемонстрирует, что метанол и в особенности этанол экономически эффективны.

С каждым годом наука разрабатывает все новые способы получения биотоплива.

Ученые из Эдинбургского университета На-пьера решили поддержать национальную экономику, не в последнюю очередь зависящую от экспорта виски, и разработали технологию производства биотоплива, в качестве сырья для которого используется все то, что владельцы шотландских винокурен привыкли считать отходами.

Используя образцы твердых и жидких отходов с фабрики С1епкшсЫ, исследователи получили бутанол, который на 30 % эффективнее классического биотоплива на основе этилового спирта.

Сейчас группа изобретателей приступила к коммерциализации своей разработки. Власти Евросоюза одобряют данную инициативу .

Американские ученые создали новый вид биотоплива, не отличающийся от обычного бензина, с помощью бактерий, перерабатывающих углеводы из различных типов промышленных и сельскохозяйственных отходов. Стоимость такого «биобензина» может не превысить 50 долларов за баррель, сообщается в статье исследователей.

Группа разработчиков сумела с помощью методов генной инженерии «научить» безвредные

геели альтернативного топлива

Вид биотоплива Затраты на производство, % Стоимость единицы пробега автомобиля,%

Бензин из нефти 100 100

Сжиженный природный газ 50-60 70-75

Сжиженные ^леводородные газы 60-70 80-99

Электроэнергия 65 90-130

Метанол 110 120

Этанол 120 170

Синтетический бензин 160 120

бактерии Е.соН вырабатывать несвойственный им тип химических соединений — так называемые насыщенные углеводороды, или алканы. Именно алканы служат ключевым компонентом бензина, а потому такое биотопливо может быть сразу после получения отправлено в существующие распределительные сети заправочных станций. До сих пор для массового использования биотоплива, в частности биодизельного, приходилось создавать специальные станции и трубопроводы для очистки и транспортировки, так как химический состав такого типа синтетического топлива отличается от природного .

В Бразилии разработан очередной вид биотоплива — Н-биодизель, (смесьнефтепродуктов и растительных масел). Он может стать достойной альтернативой бензину и спиртовому топливу в условиях дефицита нефтепродуктов.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Заявленные характеристики Н-биодизеля идентичны параметрам стандартного дизельного топлива, однако благодаря растительным добавкам его использование ведет к меньшему загрязнению атмосферы продуктами горения и выбросу меньшего количества серы. Как показали тесты, Н-биодизель к тому же более экономичен и будет обходиться дешевле обычного дизельного топлива, а также уже существующего в Бразилии биодизелыюго топлива, производимого на основе добавок растительных масел в дизель.

Биотопливо из водорослей. По своим энергетическим характеристикам водоросли значительно превосходят другие источники. 200 тысяч гектаров прудов могут производить топливо, достаточное для годового потребления 5 % автомобилей США, 200 тысяч гектаров — это менее 0,1 % земель США, пригодных для выращивания водорослей.

Однако водоросли, содержащие большее количество масла, растут медленнее. Например, водоросли, содержащие 80 % нефти, вырастают за 10 дней, в то время как водоросли, содержащие 30 %, — 3 раза в день.

Производство водорослей привлекательно еще и тем, что в ходе биосинтеза поглощается углекислый газ из атмосферы.

Однако основная технологическая трудность заключается в том, что водоросли чувствительны к изменению температуры, которая для их нормального роста должна поддерживаться на определенном уровне (резкие суточные колебания недопустимы).

Также коммерческому применению водорослей в качестве топлива препятствует отсутствие на сегодняшний день эффективных инструментов для сбора водорослей в больших объемах. Немецкий автопроизводитель Daimler AG совместно с компаниями Archer Daniels Midland (ADM) и Bayer Crop Science начали цикл изучения тропического растения ятрофа в качестве потенциального источника биодизелыюго топлива. Об этом сообщает Reuters со ссылкой на информацию Daimler.

Биологическое дизельное топливо, полученное в результате переработки ядер орехов ятро-фы, имеет свойства, аналогичные тем, которые имеет биотопливо, полученное из рапсового масла. Оно к тому же характеризуется позитивным балансом С02 и, таким образом, может способствовать защите климата.

Специалисты сельскохозяйственного университета нидерландского города Вахенинген открыли способ получения автомобильного топ -лива из соломы.

Ученые придумали технологию, согласно которой солома нагревается до высокой температуры, к ней добавляются специальные ферменты, благодаря чему образуются сахара. На следующем этапе при помощи бактерий сахара превращаются в этанол, который используется в качестве топлива для автомобилей.

Производство достаточно экономично — около трети объема соломы идет в отходы, которые при горении дают энергию, необходимую для получения Сахаров из остальных двух третей. При этом образуются излишки энергии, их можно применять в других целях. По подсчетам ученых, при переработке 5 т соломы по вышеуказанной технологии полученного биотоплива хватит автомобилю на год езды .

Учеными японского университета Кобе и специалистами автоконцерна Toyota было разработано высокоэффективное биотопливо из рисовой соломы. Стоимость нового альтернативного вида топлива будет в три раза ниже, чем у аналогичного продукта, созданного концерном Toyota ранее. Коммерческое производство нового биотоплива планируется начать через пять лет.

Наращивание мощностей производства биотоплива, поиск и создание новых его видов — сложная, трудоемкая задача, решением которой занимаются большие группы ученых в разных странах. Замена нефтяного топлива топливом из

Природопользование^

возобновляемого сырья — это перспективное и необходимое направление научнойдеятелыюс-ти, особенно если учесть исчерпаемость запасов нефти и пагубное влияние на экологию. Возможно, уже в скором времени люди будут ездить на продуктах переработки рапса, водорослей, тростника, и это улучшит экологическую ситуацию, снимет проблему энергетического кризиса .

Применение биотоплива связано с некоторыми проблемами. Элементный и структурный состав компонентов новых видов топлива значительно отличаются от традиционного углеводородного состава нефтяныхтоплив, что обусловливает их различия в физических, химических и эксплуатационных свойствах. Применение в качестве биотоплива необработанных растительных масел может привести к сбоям в работе двигателя. Использование смесевого топлива (смесь растительного масла с нефтяным дизельным топливом) не решает проблему лако- и на-гарообразования, закоксовывания форсунок, загрязнения минерального картерного масла. Применение в качестве биотоплива растительных масел и их смесей требует некоторых изменений в конструкции двигателя. Более перспективным биотопливом для дизельных двигателей считают продукт переработки растительных масел по реакции метанолиза — метиловые эфиры растительных масел (МЭРМ, или биодизелыюе топливо). Отмечается, что при работе двигателя на этом топливе в большинстве случаев не наблюдается повышенного нагаро- и лакообразо-вания, но проблемы уменьшения отложений и повышения стабильности биотоплив при длительном хранении требуют решения. В качестве причины нарушения работы дизельных двигателей при использовании биотоплив указывают их высокую вязкость и меньшую теплотворную способность по сравнению с нефтяным топливом при практически одинаковых цетановых числах, температурах кипения и молекулярной массе. С последними утверждениями нельзя со-

гласиться. Установлено, что именно различие в молекулярной массе компонентов топлив приводит к разнице их вязкости и испаряемости, определяемой фракционным составом — температурами кипения компонентов топлива, а значит, и к различиям в работе двигателей .

Даже если биотопливо — качественное, большое количество его сортов делает калибровку двигателей под оптимальную производительность практически невозможной. В наши дни некоторые производители дают гарантию на использование своих двигателей с полностью биологическим топливом, однако со многими оговорками касательно стандартов топлива, интервалов технического обслуживания и режима эксплуатации. Высокое содержание биодобавок в топливе коренным образом меняет процесс его сгорания. Существует еще одна проблема: разработка стандартов. В нефтяной промышленности и лабораториях нет специалистов, имеющих опыт работы с биологическими материалами. Кроме того, мнения специалистов-химиков, экспертов по двигателям и законодателей относительно того, с какой точки зрения рассматривать биотоплива, весьма далеки от согласия. Существует центр Ricardo, имеющий опыт работы с биотопливом на протяжении около четверти века, и в этой ситуации он становится одним из ключевых источников информации.

В будущем возникнет еще одна проблема. На многих станциях просто будет негде разместить «колонки» для всех видов топлива. Широкий выбор внесет путаницу; будут нередки случаи непреднамеренной заправки автомобилей неверным сортом топлива .

Развитие отрасли идет высокими темпами, в скором времени процессы сгорания биотоплива будут изучены и модернизированы, появятся четкие стандарты на различные сорта топлив. Тогда и только тогда будет возможно говорить о перспективах и сроках реализации различных проектов в сфере биоэнергетики для автомобилей.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

2. Романцова, C.B. Исследование фрикционного состава биотоплива, синтезированного из во-

3. Дмитриев, АЛ. Водородное топливо: экономика и экология / A.J1. Дмитриев // ФГУП РНЦ «Прикладная химия».— СПб.

4. Биотопливо из водорослей / /Upgrade. — 2010,- № 38. — С. 9.

УДК626.824:575.2

Т.А. Иса беков, Н.П. Лавров

АЛГОРИТМ УПРАВЛЕНИЯ ВОДОРАСПРЕДЕЛЕНИЕМ НА ТРАНСГРАНИЧНОМ ЧУМЫШСКОМ ГИДРОУЗЛЕ

Чумышский гидроузел (ЧГУ) — трансграничное водораспределительное гидротехническое сооружение, служащее для подачи воды в Атбашинский магистральный канал (АМК) и Георгиевский магистральный канал (ГМК) для орошения земель Кыргызской Республики и Республики Казахстан. ЧГУ построен как межгосударственный объект и работает на экономику этих двух централыюазиатских республик.

ЧГУ расположен в нижней части р. Чу на расстоянии 25 км севернее г. Бишкек. В состав ЧГУ (рис. 1) входит: Чумышская плотина, подводящая и отводящая зарегулированное русло р. Чу; сбросной канал Аламединского каскада гидроэлектростанций (АКГЭС); головные участки АМК и ГМК; бассейн суточного перерегулирования (БСП).

Для управления водораспределением на Чу-мышской плотине должны использоваться данные гидропоста (ГП) Милянфан, находящегося от плотины в 5 км вверх по течению р. ЧУ, и данные по сбросу воды с Аламудунского каскада гидроэлектростанций. Незарегулированность реки Норус и отсутствие информации о расходе воды в ней привело к неопределенности в отношении притока воды из нее в Чумышское водохранилище. Однако замеры расходов воды, поступающих в сбросной канал АКГЭС после забора ее в вышележащий канал Норус-Аламу-

дун показывают, что величина этих расходов не превышает 10 % от расходов воды в реке Чу.

Емкость Чумышского водохранилища является фактически руслом реки Чу и довольно ограничена по объему. Поэтому в составе Чумышского гидроузла имеется бассейн суточного перерегулирования (БСП). Проектная емкость бассейна — 1 млн м-, однако в связи с заилением емкость БСП в настоящее время стала гораздо ниже.

Стратегия алгоритма управления ЧГУ заключается в безусловной подаче воды приграничным водопользователям в соответствии с режимом (планом) водоподачи. В случае недостатка воды этот дефицит должен распределяться по водопользователям в заданных пропорциях, оговоренных межгосударственными соглашениями. Математически данная задача может быть сформулирована в следующем виде:

найти значения переменных <2рМК< 0лмк<

0БС.П< 0ЧУ 0БСП< составляющих минимум целевой функции

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *