VI. Использование экологически более чистых видов топлива.

Это направление позволило значительно снизить уровень выбросов. Особое внимание уделяется разработкам в области перевода двигателей на газ. Лидерами по использованию газового топлива являются такие страны, как Аргентина, Италия, США и Россия.

В качестве альтернативных видов топлива для ДВС используют:

1. Сжиженный нефтяной газ (СНГ) получают при переработке нефти как побочный продукт, состоящий в основном из пропан-бутановых фракций. Его выпуск составляет 2–3 % от выхода основной продукции при перегонке нефти, и поэтому его ресурсы ограничены. Важным преимуществом СНГ является переход в сжиженное состояние при температуре окружающей среды и сравнительно небольшом избыточном давлении – 1,6 МПа, В таком виде он хранится в баллонах. По калорийной способности нефтяной газ уступает не более чем на 3–4 % бензину, поэтому при переводе бензинового двигателя на газ его мощность снижается незначительно (на 5–7 %). СНГ находит применение на бензиновых легковых и грузовых автомобилях и автобусах, однако он может использоваться лишь в тех местностях, где имеются автомобильные газонаполнительные станции (АГНС), в основном в крупных городах.

2. Компримированный (сжатый) природный газ КПГ) - в качестве основного компонента содержит метан и в небольшом количестве примеси других газов. Особенностью метана является то, что при нормальной температуре и даже высоком давлении он не переходит в сжиженное состояние. Чтобы иметь достаточный энергетический запас, сжатый газ хранится в высокопрочных металлических баллонах под давлением 200 МПа. Баллоны имеют большую массу. Калорийность природного газа ниже калорийности бензина на 10– 15 %, поэтому при работе на КПГ мощность бензинового двигателя снижается на 18–20 %.

Сегодня некоторые российские автозаводы совместно с научно-производственными фирмами ведут интенсивные работы по созданию современных систем пита­ния двигателей внутреннего сгорания компримированным при–родным газом. Однако рынок газовых автомобилей в эксплуатации расширяется медленно, а экологические показатели эксплуатируемых газовых систем не обеспечивают выполнения требований современных норм по токсичности.

3. Сжиженный природный газ с точки зрения технико-экономической эффективности значительно выгоднее, чем КПГ. Сжижение природного газа обеспечивает снижение его объема примерно в 600 раз. Это позволяет получить преимущества по сравнению с использованием сжатого природного газа: уменьшить массу газового оборудования на автомобиле в 3–4 раза, а объем – в 1,5–3 раза. Переход на использование СПГ в нашей стране тормозится отсутствием инфраструктуры, обеспечивающей его получение. Эта проблема может быть решена в кратчайшие сроки путем использования криогенных машин Стирлинга, на основе которых можно создать компактные и простые газозаправочные станции для СПГ. Производство машин Стирлинга уже освоено отечественной промышленностью, а также они выпускаются зарубежными фирмами. По мнению отечественных специалистов, примене­ние СПГ является наиболее перспективным направлением использования природного газа в качестве моторного топлива. Программой развития транспорта до 2010 г. предусмотрена разработка нового подвижного состава, работающего на сжиженном газе.

Применение газа на транспортном подвижном составе позво­ляет существенно снизить токсичность по:

- оксиду углерода (СО) в 3—4 раза;

- оксидам азота (NО_Х) в 1,2—2,0 раза;

- углеводородам (С_хН_у) в 1,2—1,4 раза.

При работе дизеля по газодизельному циклу дымность в режиме свободного ускорения уменьшается в 2—4 раза, шумность снижается на 8 — 10 дБА, двигатель работает мягче и без специфического запаха.

Наряду с очевидными преимуществами газовое топливо имеет недостатки: у газобаллонных грузовиков по сравнению с бензиновыми снаряженная масса повышается на 400—600 кг, соответственно снижается грузоподъемность, а запас хода сокращается почти вдвое. Кроме того, слабо развита сеть газонаполнительных и заправочных станций.

Природный газ в качестве топлива для автомобилей получает все большее распространение. Сегодня по дорогам мира передвигаются 3 млн. автомобилей, потребляющих в качестве моторного Топлива природный газ. Большую популярность в странах Западной Европы в последнее время получило использование СНГ. В Германии в 2004 г. пущено в эксплуатацию около 250 автомобильных газозаправочных станций, а к 2007 г. их число возрастет до 1300. Высоки темпы газификации автомобилей и в Италии: там уже эксплуатируется свыше 370 тыс. единиц. В Аргентине парк автомобилей, работающих на газе, достиг 735 тыс. Рост темпов пере­хода на газовое топливо обусловлен высокими ценами на бензин. Во многих странах Европы они превышают 1 евро/л. Цена газово­го топлива, по прогнозам, на перспективу ожидается вдвое ниже цены бензина.

В России применение газового топлива на автомобилях нача­лось еще в советское время. Первоначально сеть газонаполнитель­ных АЗС появилась в Ленинграде, она действует и по настоящее время, заправляя автомобили природным газом.

Пока в России эксплуатируются более 200 тыс. автомобилей, работающих на газовом топливе. Газовое оборудование и баллоны размещают либо на крыше (для автобусов), либо под полом кузова (для грузовых автомобилей и автобусов), либо в багажном отделении (для легковых автомобилей). По всей территории распределены 218 газонаполнительных станций. В будущем рынок газа может составить в общем объеме продаж всех видов топлива лишь 3—5 %. И это может быть обеспечено только при условии государственной поддержки. Наибольшая экономическая и экологическая эффек­тивность при переходе на метан достигается на городских автобусах, коммунальных грузовиках, дорожной технике. Перевод го­родского автотранспорта на метан – это быстрое решение про­блемы загрязненности атмосферы крупных городов.

4. Использование возобновляемых энергоресурсов, т. е. энергии, полученной из природных источников. Самое большое распространение в развитых странах получило биотопливо, которое производят из самых различных растений – рапса, конопли, сои и бобовых культур.

Биотопливо – это жидкое топливо, получаемое благодаря технологиям химического (метанолового) синтеза из биогаза. По сравнению с обычным дизельным при сгорании биотоплива выделяется на 10 % меньше СО и на 50 % меньше сажи.

В Великобритании начали производить дизельное топливо из использованного подсолнечного масла. Топливо XXI века стоит на 20 % дешевле, чем аналогичные нефтепродукты. Одновременно решается задача утилизации использованного пищевого продукта. Ежегодно остается не менее 70 млн л подсолнечного масла.

В ЕС установлен норматив доли биодизельного топлива – 7,5 % общего объема потребления топлива. Примером широкого применения рапсового горючего является Чехия – 1 млн т в год. При сгорании топлива в двигателях выделяется в 2 раза меньше опасных компонентов отработавших газов, в первую очередь оксида серы.

Отмечено на значимость биотоплива второго поколения – биобутанола (октаноповышающие добавки в различные типы моторных топлив) путем перепрофилирования существующих спиртпроизводящих предприятий. Приводя преимущества такого шага, например, возможность использования более дешевого сырья вместо высококачественного зерна.

Однако переход на биотопливо таит в себе и некоторые опасные моменты. Из-за того, что на производство биоэтанола во всем мире идет продовольственное зерно, его не хватает и оно растет в цене. Следовательно это влияет на продовольственное обеспечение населения во всём мире.

В РСО-А есть пример переориентации спиртового производства на выработку биоэтанола в ОАО «Миранда». Здесь уже построен завод мощностью 2 миллиона 72 литров биотоплива в год. Это немало. Но в ряде других регионов страны пошли дальше и преуспели больше, полным ходом строя предприятия еще большей мощности, вкладывая в них колоссальные средства. Например, в Липецке, Омске, Тамбове Татарстане, Ставропольском крае создаются крупные предприятия. И это - несмотря на отсутствие нормативной базы. Очевидно, там действовали предусмотрительно, уже зная, что она к нужному сроку появится. Эти предприятия рассчитаны на комплексное и полное использование сырья. С созданание как алкогольного производства, так и выработкой отходов кормов для животноводства и, собственно животноводческими фермами. Естественно, с необходимым очистным оборудованием.

5. Применение водородного топлива на автотранспортном комплексе. Считается, что отработавшие газы автомобиля, использующего водородное топливо, практически не содержат вредных веществ. Водород хорошо воспламеняется и будет гореть при концентрации от 4 до 74 %, при этом образуется некоторое количество оксидов азота. В выбросах содержится также незначительное количество диоксида углерода и углеводородов от сгорания масляной пленки на стенках цилиндров. Использование водорода продлевает срок службы двигателя, так как углерод не образуется в камере сгорания и на свечах зажигания, а масло двигателя отличается высокой чистотой.

6. Применение электрической энергии на транспортных средствах позволяет улучшить их экологические показатели и способствует сохранению топливно-энергетических природных ресурсов. С этой целью ведутся разработки новых конструкций на базе суще­ствующих транспортных средств.

В течение многих лет создают и испытывают экспериментальные образцы и опытные партии электромобилей, однако до настоящего времени не созданы конструкции для серийного производства. Основным препятствием на пути широкого внедрения электромобилей является несовершенство источника энергии – аккумуляторных батарей.

Пробег электромобиля на одной зарядке составляет в среднем 100–150 км (у лучших образцов – 200–250 км), а масса тяговых аккумуляторных батарей приближается к 1 т. Есть более совершенные аккумуляторы на основе драгоценных металлов и редкоземельных элементов, но их высокая цена совершенно неприемлема для массовых технологий, поэтому электромобиль сегодня – не массовый, не универсальный транспорт, хотя у него есть своя ниша. Это парковые зоны, вокзалы и аэропорты, производственные и складские помещения, поля для гольфа и пр.

Применение альтернативных топлив — топливных элементов, солнечных батарей и других источников энергии — не способно заменить ДВС. Возлагать серьезные надежды на электромобиль также не следует, так как с точки зрения эколога он не безупречен: при зарядке аккумуляторов используется энергия от ТЭЦ, сильно загрязняющих атмосферу. Производство и утилизация аккумуляторов также не безопасны для окружающей среды. Но главный недостаток – необходимость создания новой, чрезвычайно дорогой инфраструктуры зарядных станций и всего, что связано с эксплуатацией и переработкой аккумуляторов.

В ближайшей перспективе представляет интерес создание гибридных энергоустановок. С середины 1980-х гг. практически одновременно в нескольких странах, прежде всего в Японии, начались работы по использованию электропривода на самых опасных с точки зрения загрязнения атмосферы и неэкономичных по расходу топлива режимах работы ДВС (разгонном режиме и режиме принудительного холостого хода, при которых выбросы наиболее велики).

Гибридная энергоустановка, смонтированная на этом автомобиле, состоит из двух различных источников энергии – двух двигателей. Один из них рассчитан на длительную работу с невысокой мощностью, а второй – на кратковременную отдачу пиковых уровней энергии. Следовательно, комбинированная энергоустановка (КЭУ) включает в себя ДВС и электропривод в комбинации с накопителем энергии – аккумуляторными батареями (кислотными, свинцово-кислотными, иногда суперконденсаторами). Применение КЭУ позволяет в экологически и экономически невыгодных режимах использовать вместо ДВС электротягу.

Применение комбинированных энергоустановок серийно осуществляется в Японии (несколько моделей поставляют такие автогиганты, как «Тойота», «Хонда», «Ниссан», «Мицубиси», «Субару», «Судзуки», «Дайхацу»). В основном такие установки приме­няются на легковых автомобилях, в меньшей степени – на небольших автобусах.

В Германии концерны БМВ и «Фольксваген» тоже создали мо­дели на базе КЭУ. Во Франции их используют на автомобилях «Рено», «Пежо», «Ситроен», в Швеции — «Вольво», в том числе на автобусе и грузовом автомобиле. В США их применение характер­но для большегрузных автомобилей фирм «Форд», «Дженерал Моторс», «Даймлер-Крайслер».

Для внедрения более совершенных в экологическом плане тех­нологий правительства многих стран оказывают поддержку производителям, используя для этого законодательную базу, соответствующие правила, тарифы и т. д.

В России проводятся только эксперименты по применению КЭУ на заводах ГАЗ, «Ижмаш». В ближайшей перспективе предполагается создать опытные образцы городского автобуса с КЭУ (на базе «Икаруса» Тушинского завода). Кроме того, ведутся разработки, которые показали эффективность использования комби­нированных установок с накопителем энергии в конденсаторной батарее. Это позволит снизить мощность ДВС на автобусе в 8,4 раза, грузовом автомобиле – 7,5 раза, легковом автомобиле – в 6 раз без ущерба для динамических качеств транспортных средств. Соответственно сократятся расход топлива и выбросы за­грязняющих веществ в окружающую среду.

Дата добавления: 2015-07-20