Спирт вместо бензина — автомобильное топливо будущего. Спиртовой двигатель

описание, устройство, принцип работы, плюсы и минусы, фото

В укор многим людям следует ставить косность ума, что мешает видеть новые возможности и применение обычных вещей. Например, двигатель на спирту. Пускай и не самое лучшее решение среди всех возможных, но вполне рабочее. Причем вариантов воплощения есть большое количество. Существует спиртовой бензин. Но не только он. Давайте обо всем по порядку.

Вводная информация

Когда говорят о двигателе на спиртовом топливе, то обычно подразумевают ситуацию, когда добавляется 5-10 % технической или винной субстанции. Если бензина в конечном итоге получилось меньше 30 %, то лучше убрать это слово из названия. Ибо называть так топливо, когда в нем мало такого горючего – это неправильно.

Отдельно стоит затронуть обозначение. Для этого используется буква Е и цифра. Последняя указывает на процентное соотношение спирта. То есть готовая субстанция может быть обозначена как Е5, Е10, Е20, Е30 и так далее. Следует отметить, что подобное обозначение используется не везде. Иногда могут добавлять букву Е к обозначению бензина. Например – А-95Е. Он не является обычным и привычным топливом. Такая маркировка говорит о том, что приходится иметь дело со спиртосодержащим топливом, у которого октановое число равно 95-му бензину.

Заправка двигателя спиртом имеет свои преимущества и недостатки. Только ознакомившись с ними, можно решать, имеет ли смысл использовать такое топливо или нет. Следует отметить, что переделка бензинового двигателя на спирт не обязательна. Конечно, без определенной подготовки не обойтись, но сделать необходимо значительно меньше, чем может показаться на первый взгляд. Но давайте обо всем по порядку.

Какие преимущества и недостатки существуют?

Двигатель на спирту, хотя и привлекает сильными сторонами, имеет также ряд ограничений в использовании. Давайте рассмотрим это более подробно. Выделяют такие преимущества:

• Низкая цена. Спиртовое топливо стоит меньше своего нефтяного аналога на 5-15 %.
• По сравнению с бензином меньше загрязняет внешнюю среду.
• Двигатель может работать при достаточно низких температурах, что положительно сказывается на его износе.
• Уменьшается шанс возгорания при серьезной аварии.
• При езде в жару легче удерживать невысокую температуру в двигателе.
• Увеличивает ресурс использования моторного масла, благодаря чему можно проехать большее расстояние, не прибегая к его замене.
• Такое топливо обладает более мягким запахом.
• Двигатель при езде генерирует меньше шума.

Но всегда необходимо учитывать и недостатки. Они в данном случае являются следующими:

• Не рекомендуется использовать такое топливо в старых автомобилях. Это обусловлено тем, что их топливные системы не рассчитаны на использование бензина, в который добавлен технический спирт.
• Немного растет потребление топлива.
• Необходимо обеспечивать специальные условия для перевозки и хранения топлива. В противном случае его качество будет существенно ухудшаться.
• Нельзя использовать в карбюраторных автомобилях. Это увеличивает расход топлива, к тому же разъедаются детали из резины и пластмассы.
• Заправочные станции такого типа мало распространены на просторах СНГ, поэтому возникают проблемы с пополнением топлива.
• Хуже заводится автомобиль в зимнее время года.
• Увеличено время прогрева при минусовой температуре.
• Автомобили на спиртовом топливе стоят дороже.
• Наличие большого количества плохих отзывов от людей, которые имели дело с двигателями на спирту.
• С увеличением процента спирта в топливе, ухудшаются ездовые качества машин.

Еще немного минусов

Среди негативных моментов следует вспомнить о таких:

• При езде в жару автомобиль может ощутимо терять мощность.
• В некачественном топливе может образовываться вода. А в таком случае двигатель внутреннего сгорания на спирту может забарахлить и выйти из строя.
• Двигатель может сбрасывать обороты, глохнуть, не заводиться без видимых на это причин.
• Часто засоряется топливная система.
• Могут лопнуть топливные шланги (актуально при длительном использовании на старых автомобилях).
• Некоторые производители предоставляют топливо неудовлетворительного качества (впрочем, это можно сказать и об обычном бензине).
• Для использования спиртовых продуктов необходимо модернизировать систему. Под этим подразумевается регулировка топливного насоса, а также замена деталей, что подвержены коррозии.

Подводя итог, следует сказать, что перед заливкой такой субстанции необходимо хорошо подумать о том, стоит ли это делать. Для старых авто (2010 год и дальше) и карбюраторных машин она противопоказана. В остальных случаях использовать такое топливо следует на свой страх и риск. Если это не пугает, то двигатель, работающий на спирту, – это вполне реальная вещь.

Что есть сейчас?

Споры о применении этого топлива не утихают. Но тем не менее на АЗС все чаще можно встретить дешевые виды топлива, которые позиционируются как разработки нового поколения. Коммерчески реализуемая продукция являет собой смесь обезвоженного этилового спирта (от 30 % всего объема), легких фракций углеводородов, эфиров, бензинов, стабилизаторов и присадок. Последние необходимы для того, чтобы предотвратить коррозию и сохранить резиновые детали двигателя и топливной системы.

Двигатель на этиловом спирте позволяет тратить меньше денег на заправку. А учитывая намечающуюся тенденцию на содержание биокомпонентов, вполне возможно предположить, что скоро такое топливо будет более распространено. Но здесь есть свои нюансы. Так, один автомобиль сможет продолжить работу в штатном режиме без определенных изменений, тогда как аналогичная машина, выпущенная на год раньше, будет глохнуть и сбрасывать обороты. Поэтому принимать решение о целесообразности использования такого топлива необходимо каждому человеку самостоятельно.

Рекомендуют не заправляться на мелких заправках, если нет уверенности в них. Ведь очень часто качество топлива у них несколько хуже, что может привести к серьезной поломке. Поэтому, несмотря на все его преимущества, многочисленные недостатки не позволяют полностью перейти на использование горючего на спирту. Хотя этот двигатель постепенно завоевывает популярность.

А что в мировой практике?

Если попутешествовать в США и по западной Европе, то можно подметить, что там широко распространено использование биоэтанола. Наиболее популярно низкосодержащее топливо, обозначаемое как Е5, Е7, Е10. Теоретически его можно залить в любой новый автомобиль. Если число больше десяти, то желательно уточнять, допускает ли автопроизводитель использование биотоплива. В Бразилии, США и некоторых странах Европейского союза продают даже Е85. Как не сложно догадаться, такое топливо содержит 85 % этанола и 15 % бензина.

Но здесь не все так просто. Система эта относительно новая, поэтому двигатель на этиловом спирте в некоторых случаях следует поберечь. Почему? Дело в том, что могут быть определенные отклонения от установленного числа. Так, для Е5 (7,10,15,20,25) подобное не допускается. А вот если надпись гласит о том, что топливо Е30, то процентное содержание может колебаться в диапазоне 30-40. Для Е60 это 50-60. А под Е85 понимают 70-85. Да и если встречается, к примеру, А-95Е, то не лишним будет поинтересоваться процентным соотношением такого топлива. Ибо октановое число – это одно, а вот количество спирта на литр – совсем другое.

Дополнительно могут быть введены другие типы обозначения. В таком случае следует узнавать все детали. И не просто ограничиться тем, что переспросил у работников заправки, но затребовать паспорт качества топлива и убедиться в том, что оно соответствует установленным стандартам.

Ответы на вопросы "почему?" и "зачем?"

Бензиновый двигатель на спирту берет свое начало еще с нулевых годов. Дело в том, что сам по себе бензин – это крупный источник искусственных канцерогенных веществ. При добавлении биоэтанола он обогащается кислородом и лучше горит. При этом уменьшается количество выбросов окиси углерода плюс-минус на 30 %. Учитывая такое положение, законодательно в 2005 году установили, что в бензине должно быть 2 % спирта. В 2010-м этот показатель вырос до 5 %. А к 2020 году его планируют увеличить вообще до десяти процентов! Хотя там есть определенные послабления для неадаптированного автопрома. То есть для старых автомобилей допускается поставка бензина без биоэтанола. Но при этом очень важно, чтобы в его состав не входила вода.

На практике такого результата добиться сложно, поэтому стандартом установлено, что ее в биоэтаноле должно быть не более 0,2 %. Ибо это влияет на качество топлива, и особенно актуальна эта проблема в зимний период. Необходимо учитывать, что спирт является чрезвычайно гигроскопическим веществом. И это создает определенную опасность. Существует теоретический риск, что смесь в моторе разделится на водно-спиртовые шарики и бензин. Вследствие этого можно наблюдать перерасход топлива (ведь вода не вырабатывает энергию), детонацию, или машина вообще может не завестись. За качеством топлива следует внимательно следить, иначе напитанный водой спирт быстро превратится в льдинки.

Немного о топливе

Работа двигателя на спирту имеет свои особенности. Очень большое внимание во всей этой схеме следует уделять используемому топливу. Этанол является отличным растворителем и окислителем. Из-за этого, когда он в бензине присутствует в большом количестве, повреждаются уплотнительные прокладки и прочие пластмассовые детали. Чтобы этого не произошло, необходимо использовать нержавеющую сталь.

К тому же, если автомобиль выходит из строя из-за спиртосодержащего бензина, предусмотренные страховые суммы могут не выплачиваться (или даже сама гарантия аннулируется). И опять же, не следует забывать о том, что такое топливо используется в несколько увеличенном количестве. А с наступлением холодов лучше переходить обратно на обычный бензин.

Как сделать двигатель на спирту своими руками?

В целом, вариантов здесь может быть множество. Чтобы не лезть в дебри по созданию собственных конструкций, воспользуемся самым легким путем – адаптацией двигателя внутреннего сгорания. Обычно предусматривают два варианта: частичная или полная замена дизельного топлива и бензина. Под первым подразумевается доведение доли спирта до показателя в 20 %. Для получения высоких антидетонационных качеств необходимо использовать принудительное (искровое) зажигание. Также полезно будет промыть топливную систему и устранить в ней все загрязнения. Существенным преимуществом является то, что стандартные двигатели не нужно менять в конструктивном плане для того, чтобы они могли работать на бензо-спиртовой смеси.

Так, к примеру, «Автоваз» проводил испытания АИ-95, в котором было 10 % этанола без перерегулировки двигателя. Интерес представляли токсичность, расход топлива, динамика автомобиля. И в этом случае установили, что добавка приводит к обеднению топливовоздушной смеси, незначительно ухудшает ездовые качества (во всех режимах работы). А вот 5 % на продукцию "Автоваза" не повлияли. Поэтому, если сильно не увлекаться, можно спокойно создавать работающий двигатель на спирту.

А что с дизелем?

Этот вариант является более сложным. Следует признать, что адаптировать дизельный мотор для использования спиртосодержащих смесей не так легко, как хотелось бы. Почему? Дело в том, что этанол обладает низким цетановым числом. Чтобы улучшить положение, используется электронная система зажигания, а головка цилиндров модернизируется для того, чтобы их там разместить. Также могут понадобиться новые топливные насосы высокого давления, форсунки, система подачи горючего. Не исключено, что придется дорабатывать и геометрическую форму камеры сгорания в днище поршня. Следует сказать, что работает он практически без выделения дыма.

Также уменьшается температура, благодаря тому, что повышается теплота испарения. Хотя могут наблюдаться определенные проблемы с некоторыми отходами после работы. Больше всего внимание заслуживает СН. Но, впрочем, его можно радикально понизить, если использовать простейший нейтрализатор окислителя. Не следует забывать и о повышенном расходе топлива. К тому же для переработанного дизеля характерна повышенная дымность. То есть, как видите, дело это не легкое. Двигатель на спирту для авто является делом значительно более легким.

А для мелкой техники что?

Мотоциклы, скутеры, мопеды и им подобные средства передвижения тоже заслуживают внимания. Может ли быть организована работа двухтактного двигателя на спирту для такой небольшой техники? Да, это вполне реально. И не очень сложно. Благодаря конструктивным особенностям и принципиальной похожести на автомобильные двигатели, можно заставить работать скутеры, мотоциклы и мопеды на спирту. А если кто-то думает, что после этого будет неприятный запах алкоголя – это не верно. Заниматься подобными изменениями можно, будучи хорошо ознакомленным с конструкцией транспортного средства, а также имея полное представление о том, что необходимо сделать для перехода на биотопливо.

fb.ru

Спирт вместо бензина — автомобильное топливо будущего | Моторное масло - ГСМ

Какая связь между спиртом, его крепостью и автомобильным бензином? Оказывается, такая связь давно существует. Уже на протяжении многих десятилетий в разных странах, в том числе и нашей, постоянно ведутся работы и реализуются проекты использования спирта в качестве автомобильного топлива или как добавки к нефтяному автобензину и дизельному топливу.

Объектом пристального изучения является не только винный этиловый спирт, но и метиловый (метанол), хотя ядовитость последнего общеизвестна. Ядовит не только сам метанол, но и его пары в воздухе, предельно допустимая концентрация (ПДК) которых равна 5 мг/м3. Несмотря на столь отрицательный фактор, метанол рассматривается в качестве серьезной альтернативы нефтяным автомобильным топливам.

Основная цель работ в области «спиртовой топливной энергетики» заключается в увеличении ресурсов горючего для автотранспорта за счет использования альтернативных энергоносителей, которые, в отличие от нефтяных, характеризуются возобновляемой и, следовательно, неограниченной сырьевой базой.

Земные запасы нефти, этого ценного углеводородного сырья для нефтехимических производств, а также источника энергии, в определенной степени ограничены. Сроки их исчерпания в целом и в отдельных нефтесодержащих регионах планеты, по расчетам различных специалистов, составляют от 50 до 80 лет.

 

Россия по запасам нефти занимает восьмое место в мире (менее 7 млрд тонн), добывая ежегодно около 300 млн тонн и перерабатывая на отечественных заводах порядка 170 млн тонн нефти в год. Разделив 7 млрд на 300 млн, не нужно пугаться полученному числу в 23,3 года, поскольку практически ежегодно увеличивается количество открытых нефтяных месторождений, а вслед за ними возрастает объем новых разведанных запасов нефти.

Расчет и прогноз запасов нефти является сложной задачей, граничащей с искусством, которая заключается в оценке совокупности выявленных или доказанных запасов, а также измеренных, отмеченных, подразумеваемых, неоткрытых, потенциально рентабельных и умозрительных (классификация, принятая в США).

 

Спирты как автомобильное топливо

К идее использования спиртов в качестве автомобильного топлива неоднократно обращались специалисты и ученые на протяжении всего пути развития двигателей внутреннего сгорания (ДВС) и автомобильной техники. Так, еще в 1902 г. на интернациональном конкурсе в Париже демонстрировалось более 70 карбюраторных двигателей, работающих на этиловом спирте и его смесях с нефтяным бензином.

В 1906-1907 гг. Парижское автобусное общество успешно эксплуатировало городские автобусы на смеси 50% спирта и 50% бензина, которая была дешевле бензина и менее пожароопасна. После снижения цен на бензин эксплуатацию автобусов перевели на смесь спирта с более дешевым бензолом в аналогичной пропорции. В это же время спирт и смеси спирта с бензином стали широко использоваться в качестве топлива для автомобилей в Германии. Техническая служба отдела правительственных сообщений Германии скрупулезно обобщила все данные эксплуатации таких автомобилей и пришла к выводу о значительном преимуществе нового вида топлива. Соответствующие статистические данные показали, в частности, что на 1 л смеси бензин-этанол автомобили проходили в среднем 7,5 км, а на чистом бензине — 5,8 км. При этом средняя скорость движения автомобилей составляла, соответственно, 69 и 70 км/ч. Согласитесь, что для начала прошлого века это очень приличный показатель.

В 1914 г. в России были проведены испытания целого ряда автомобильных двигателей для установления особенностей их работы при замене бензина на спирт. На основе проведенных опытов преподаватель Императорского Московского технологического училища инженер Н.Р. Бриллин сделал 21 декабря 1914 г. доклад в аудитории Политехнического Российского общества, в котором указал на такие положительные факторы при работе двигателей на спирте, как более устойчивая работа и увеличение мощности на 5%. Была также высказана рекомендация о необходимости снабжения карбюратора подогревательным устройством, реализующим для улучшения пусковых качеств спиртовых двигателей тепло выхлопных газов. В заключение своего доклада инженер Н.Р. Бриллин отметил, что перевод эксплуатации автомобилей с бензина на спирт выгоден экономически и легко обеспечивается технически.

В этот же период работы по внедрению спирта в качестве автомобильного топлива были начаты и в Америке. В 1905-1907 гг. под эгидой Геологического комитета США проведено более 2000 испытаний основных моделей карбюраторных двигателей на спирте и спиртобензиновых смесях.

В последующие годы и до настоящего времени работы по внедрению на автотранспорте спиртовых топлив постоянно расширялись и, если в начальный период они проводились, в основном, с целью повышения мощности двигателей, то в дальнейшем приобрели большое значение для экономии ограниченных нефтяных ресурсов и снижения отрицательного воздействия отработавших газов (ОГ) двигателей на окружающую среду. Результаты испытаний автомобилей на спиртовых топливах показали, что при этом практически в два раза снижается концентрация в ОГ экологически опасных оксидов углерода, азота и несгоревших углеводородов.

 

Бразильская «находка»

В настоящее время спирты заняли твердую позицию в системе топливообеспечения мирового автомобильного парка. В странах Южной, Центральной Америки и США первенство завоевал этанол, что объясняется значительными ресурсами в этих регионах растительного природного сырья для его производства (биомасса, солома, древесные, кукурузные отходы и т.п.). На европейском континенте, с меньшими ресурсами зеленой массы, но с более развитой химической промышленностью, первое место занял метанол, основным сырьем для получения которого является как природный, так и нефтяной газ.

Масштабы использования спиртов в качестве автомобильного топлива постоянно возрастают. Только в США получают более 7,5 млн м3 топливного этанола в год с тенденцией роста его производства. Метанола в Америке для вовлечения его в состав бензина производят всего лишь 200 тыс. м3 в год.

В Бразилии для обеспечения горючим автомобильного парка страны производство этанола увеличено до 12 млн м3 в год. Дополнительно, около 300 тыс. м3, Бразилия ежегодно закупает этанол у других стран. Весь «бразильский» этанол получают из отходов при переработке сахарного тростника. 40% бразильского автопарка эксплуатируется на чистом этаноле, 60% — на спиртобензиновой смеси.

В странах Западной Европы для использования в составе автобензинов в пределах от 6 до 15% ежегодно потребляется около 20 млн тонн метанола.

В России для производства топливных спиртов имеется достаточно серьезная сырьевая, технологическая и промышленная база. Отечественные мощности уникального гидролизного производства этанола уже сейчас могут обеспечить получение до 160 тыс. тонн этанола в год.

Объем производства метанола превышает 1,4 млн тонн в год.

Уже пять нефтеперерабатывающих заводов отрасли провели все необходимые исследования и испытания для выпуска бензинов АИ-92, содержащих в своем составе 5% этанола, и получили соответствующие разрешения Госстандарта России (допуск к производству и применению).

В середине 80-х годов прошлого столетия в нашей стране были проведены широкомасштабные испытания (включая эксплуатационные) автобензинов с добавкой 5 и 15% метанола. Для исключения расслоения спирто-бензиновой смеси с 15% метанола в ее состав был введен стабилизатор — изобутиловый спирт, в концентрации 7%. Бензины маркировались как БМ-76/5 и БМ-76/15 (бензин, метанолсодержащий). В целом положительные результаты испытаний указали на необходимость разработки более дешевого и обеспеченного ресурсами стабилизатора, а также на необходимость замены ряда деталей и узлов из резины и пластмассы в системе питания автомобилей, средств транспортирования и заправки, на более стойкие в условиях контакта со спиртобензиновыми смесями.

К сожалению, межведомственная неразбериха тех лет и последующий экономический кризис 90-х годов не позволили реализовать результаты многолетних испытаний для развития в нашей стране столь перспективного направления топливной энергетики.

 

«Спиртовая энергетика» — за и против

Какие же свойства этилового и метилового спиртов позволяют им на равных конкурировать с нефтяными автомобильными топливами? Из данных, представленных в таблице, видно, что спирты значительно отличаются от бензина в основном по трем показателям:

Детонационная стойкость, теплота сгорания и теплота испарения. Высокие антидетонационные свойства спиртов позволяют повысить степень сжатия бензинового двигателя до 12-14 единиц и, соответственно, увеличить мощность и КПД двигателя. Из данных на рисунке также хорошо видно, как повышаются значения показателей детонационной стойкости бензина (октановые числа по моторному (ОЧМ) и исследовательскому (ОЧИ) методам) при добавлении в бензин спиртов. По данной характеристике спирты практически не отличаются эффективностью действия от широко применяемого много лет в составе автобензинов синтетического высокооктанового кислородсодержащего компонента метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ), что также видно на рисунке. При этом следует отметить, что МТБЭ, получаемый из метанола и изобутилена, по своей цене превосходит спирты в два и более раз.

Объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) спиртов на 40-50% ниже по сравнению с бензином, что видно из данных таблицы. Но при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно.

Высокое значение теплоты испарения спирта способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя, снижению их теплонапряженности и повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси, что в результате способствует росту мощности двигателя на 10-15%.

Однако повышенная, по сравнению с бензином, теплота испарения спиртов и их смесей с бензином обуславливает трудности при холодном запуске двигателя.

О снижении токсичности ОГ двигателей при использовании спиртовых топлив отмечено выше. Вместе с этим положительным фактом отмечается повышенная в 2-4 раза концентрация в ОГ формальдегида в случае применения метанола и ацетальдегида при применении этанола. Спирты и их смеси с бензином характеризуются повышенной агрессивностью по отношению к цветным металлам, пластмассам и некоторым маркам резин, стойким при контакте с нефтяными бензинами.

Главным эксплуатационным недостатком спиртобензиновых смесей является их повышенная склонность к расслоению при попадании в смеси воды, что заставляет использовать в их составе специальные стабилизаторы (сложные спирты, сивушные масла и т.п.).

Подводя итог краткому обзору положительных и отрицательных эксплуатационных свойств спиртов и нефтяных бензинов, следует отметить их примерно равный баланс.

Дальнейшее развитие на автотранспорте «спиртовой энергетики» будет зависеть в основном от темпов сокращения промышленных запасов нефти и роста себестоимости ее добычи.

Необходимо также отметить, что эффективное применение спиртовых топлив требует значительного повышения уровня технического состояния всех средств хранения и транспортирования горючего, заправки техники и самих систем питания автомобилей. В противном случае спирт будет растворять отстоянную воду на дне резервуаров и топливных баков и «терять» октановое число, а спиртобензиновые смеси будут расслаиваться. Применение спиртовых топлив требует также постоянной зачистки технических средств от смолистых отложений и загрязнений, накапливающихся на стенках и дне резервуаров, цистерн и продуктопроводов. При избытке таких загрязнений они будут прекрасно растворяться в спиртовом горючем и поступать вместе с ним в камеру сгорания двигателя со всеми отрицательными последствиями.

В свете изложенного вспомните, уважаемые автовладельцы, когда в последний раз вы сливали осадок из топливного бака автомобиля и насколько загрязнен этот самый бак?

Несмотря на отмеченные трудности, спиртовые горючие все более широко применяются на автотранспорте практически во всех странах мира. Так что, возможно, в ближайшем будущем все мы узнаем, что при оценке бензина необходимо еще и измерять его крепость. Но при соответствии данного показателя установленным требованиям заливать такой бензин можно будет только в бензобак автомобиля.

В заключение следует отметить, что спирты положительно зарекомендовали себя при их использовании в качестве добавки к дизельным топливам. При этом исследователями и специалистами было выявлено столь много особенностей применения таких топлив и найдено столь много новых технических решений, что это тема отдельной статьи.

motornoe.com

Спирт в качестве топлива: Автомобили-алкоголики

Мировой топливный кризис, из-за которого подскочили цены на бензин и дизтопливо, вновь заставляет задуматься об иных источниках энергии для транспортных средств. Неплохая альтернатива традиционному топливу – спирт. Чем хорош такой заменитель и что сделать, чтобы автомобильный двигатель смог на нем работать? 

Мировой топливный кризис, из-за которого подскочили цены на бензин и дизтопливо, вновь заставляет задуматься об иных источниках энергии для транспортных средств. Неплохая альтернатива традиционному топливу – спирт. Чем хорош такой заменитель и что сделать, чтобы автомобильный двигатель смог на нем работать?

Спирт обладает целым рядом преимуществ по сравнению с нефтяным топливом, и только большая стоимость, малая теплоотводность, высокая гигроскопичность и повышенное содержание альдегидов препятствуют его массовому применению в качестве топлива для ДВС. А достоинства спирта следующие.

Адаптация ДВС

Существуют два способа применения спирта в качестве горючего для автомобильных моторов – при частичной (до 20%) и при полной замене бензина и дизельного топлива. Высокие антидетонационные качества определяют преимущественное использование спирта в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием. Стандартный двигатель не нужно переделывать для работы на бензо-спиртовой смеси.

На АО «АвтоВАЗ» были проведены испытания бензина АИ-95 с 10-процентным содержанием этанола на токсичность, расход топлива и обеспечение динамики автомобиля без перерегулировки двигателя. Было установлено, что добавка к бензину 10% спирта приводит к обеднению топливовоздушной смеси и незначительно ухудшает ездовые качества машины практически на всех режимах движения. При переходе на АИ-95Э с 10-процентным содержанием этанола требуется перерегулировка карбюратора.

Согласно результатам стендовых испытаний «АвтоВАЗа», применение бензина АИ-95Э с 5-процентным содержанием спирта не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля и не требует изменения исходных регулировок двигателя.

А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12 – 14 ед. (чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива) и перерегулировка карбюратора или перепрограммирование ЭБУ инжекторного двигателя. Горючую смесь необходимо немного обогатить: для сгорания 1 кг спирта требуется 9 кг воздуха, а для сгорания 1 кг бензина – 14,93 кг.

Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спирт добавляют 4 – 6% изопентана (С5Н12) или 6 – 8% диметилового эфира (СН3-О-СН3 или С2Н6О), что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температуре от –25°С и выше. Для этой же цели спиртовые моторы оборудуют специальными пусковыми подогревателями. В случае неустойчивой работы двигателя при повышенных нагрузках (из-за плохого испарения спирта) применяется дополнительный подогрев топливной смеси с помощью, например, отработавших газов.

Дизель и спирт

Адаптировать дизельный мотор для сжигания в его цилиндрах спирта гораздо сложнее. Венским техническим университетом были проведены экспериментальные исследования на 4-цилиндровом тракторном дизеле фирмы Steyr.

Ввиду того, что цетановое число этанола низкое, двигатель был дополнительно оснащен электронной системой зажигания, а головку цилиндров модернизировали для размещения свечей зажигания. Кроме того, была изменена геометрическая форма камеры сгорания в днище поршня, установлены новые топливный насос высокого давления, форсунки и топливоподкачивающий насос повышенной производительности. Исследования показали, что дизель работает на этаноле практически бездымно. По сравнению с работой на дизельном топливе выброс NOx снижается, что является результатом уменьшения температуры вследствие повышенной теплоты испарения этанола. Выброс СО такой же, как у бензинового ДВС, выброс СН относительно высок, однако может быть радикально снижен при применении простейшего окислительного нейтрализатора. При переходе на дизельное горючее дымность и расход топлива у переоборудованного дизеля значительно выше, чем первоначально. Объемный расход у этанола почти в 2 раза больше, чем у дизельного топлива, что является следствием его более низкой теплоты сгорания, а удельный приведенный расход лишь немногим выше.

Модернизировать двигатель могут не только автопроизводители, но и специализированные фирмы. Например, в США бензиновые двигатели и дизели для работы на альтернативном топливе переоборудует фирма Jasper Engines and Transmissions. Переделываются моторы от 8-цилиндровых V-образных до рядных 6- и 4-цилиндровых. После переоборудования двигатели могут работать на метаноле, этаноле, сжатом и сжиженном природном газах.

Мировой опыт

Идея использования спирта в качестве топлива не нова. Самый богатый опыт его применения в ДВС имеет Бразилия. После мирового нефтяного кризиса 1973 – 75 годов в этой стране в начале 80-х приняли программу «Топливо на основе этанола». В результате здесь до конца прошлого столетия этанол ежедневно заменял до 250 тыс. баррелей импортируемой нефти. В 90-х годах в Бразилии этиловый спирт служил горючим более чем для 7 млн. машин, а его смесь с бензином (газохол) – для еще 9 млн. авто. Этанол в этой стране изготавливают из сахарного тростника, а продают через заправочную сеть, насчитывающую 25 тысяч станций. Вторым мировым лидером по использованию этанола в автотранспорте являются США. Здесь также реализуется программа замены бензина спиртом, который получают при переработке излишков кукурузы и других зерновых культур. Чистый этанол в этой стране используется как горючее в 21 штате, а на бензоэтаноловую смесь приходятся 10% топливного рынка США. Раньше заинтересованность в использовании более дорогого этанола ($60 за баррель) в качестве моторного горючего за рубежом была обусловлена налоговыми льготами. В США они компенсируют продавцам убыток в случае, если те продают этанол по цене бензина. Сейчас, после скачка цен на нефть ($40 – 50 за баррель), с учетом переработки сырья для получения бензина, стоимость этих видов топлива практически сравнялась. Поэтому использование спирта оказалось еще целесообразнее. Применение спирта в качестве топлива получило поддержку и в некоторых европейских странах – в частности, Франции и Швеции. 7 ноября 2001 года две комиссии ЕС приняли так называемые биодирективы относительно использования биотоплива в странах Евросоюза. Они предусматривают обязательное применение этого горючего как добавки к бензину в будущем.

Топливный спирт

Этанол (С2Н5ОН) – винный, или питьевой спирт, являющийся важнейшим представителем одноатомных спиртов. Эта бесцветная жидкость, которая смешивается в любых соотношениях с водой, спиртами, эфирами, глицерином, бензином и другими органическими растворителями, горит бесцветным пламенем. Этанол, обладая высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом. Для получения бензина АИ-95 требуется добавить в бензин АИ-92 около 10% этанола. Метанол (СН3ОН), или древесный спирт – простейший представитель предельных одноатомных спиртов, бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом. Смешивается с водой во всех соотношениях, а также с другими спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими растворителями. Основной способ производства метанола – синтез из водорода и оксида углерода. Сырьем для этого служат природный, коксовый и другие газы, содержащие углеводороды (например, синтез-газ), а также кокс, бурый уголь, древесина, сланцы, биомасса и др.

Характеристики рабочего процесса дизеля при работе на смеси дизтоплива с этанолом и при работе на чистой солярке

Из приведенных данных хорошо видно, что введение спирта в дизельное топливо приводит к росту давления (Р) в ВМТ более чем на 20%. Резко увеличивается скорость нарастания давления, т. е. возрастает жесткость работы двигателя. Горение этанольного топлива начинается раньше. При этом момент на валу двигателя снижается. Иными словами, введение этилового спирта в дизельное топливо ухудшает его технико-экономические показатели. Однако при этом несколько улучшаются экологические показатели работы мотора. Для получения максимального эффекта от введения спирта в дизельное топливо необходимо провести регулировку двигателя.

Украинские перспективы

В конце июня 2000 года Правительственный комитет по реформированию аграрного комплекса и проблемам экологии одобрил проект государственной программы «Этанол: 2000 – 2010», а также «Программу государственной поддержки развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и малой гидро- и теплоэнергетики», разработанной в соответствии с Указом Президента Украины № 285 от 2 апреля 1997 года. Кабинет Министров Украины постановлением № 1044 от 4.07.2000 года программу «Этанол» утвердил. Документ предусматривает ускоренный перевод примерно трети автопарка на газохол и этанол. Ресурсы по производству этанола в нашей стране практически неисчерпаемы: из отходов сельского хозяйства, главным образом свекловодства, и переработки импортного тростникового сахара-сырца ежегодно производится свыше 5,5 миллиона декалитров этанола и 300 – 310 тысяч декалитров технических спиртов. Мощности украинских предприятий позволяют выпускать 66 миллионов декалитров таких спиртов в год. В середине июня этого года Украина договорилась с Кубой об увеличении бартерных (в обмен на промышленные изделия) поставок тростникового сырца. По оценкам кубинских специалистов, около 25% этого сырья может использоваться исключительно для производства спиртового и спирто-нефтяного топлива. Программа «Этанол» предусматривает, в частности, перепрофилирование более трети мощностей украинских спиртовых и смежных (перерабатывающих сахарное сырье) заводов на выпуск высокооктановых кислородосодержащих добавок к бензину и техническому спирту – в основном из сельскохозяйственного сырья. Эксперты оценивают это как наиболее перспективное и экономически выгодное решение.

Подготовил Юрий ГерасимчукФото Сергея Кузьмича

www.autocentre.ua

Спирт в качестве топлива: автомобили-алкоголики

В последнее время в мировой прессе всё чаще публикуются сообщения об опасности и даже вредности массового перевода автомобилей на биоэтанол. Одно авторитетное мнение очень скоро оспаривается другим, не менее авторитетным. Критика настолько жёсткая, что поневоле вызывает недоумение. Как такое может быть: ведущие страны принимают энергетические стратегии, которые, если верить скептикам, совершенно бездумны и являются кратчайшим путём к масштабным экологическим и экономическим катастрофам? Где правда? Попробуем разобраться.

Противники сжигания этанола в двигателях внутреннего сгорания приводят убедительные доводы. Они не опровергают факта, что при использовании этилового спирта выхлоп автомобилей становится намного чище. Это действительно так. Главная же беда — в самом производстве этого вида топлива, когда в атмосферу выбрасываются огромные количества углекислого газа. А значит, вся экологическая эффективность использования спиртосодержащих смесей сводится на нет. И бравые лозунги о борьбе с глобальным потеплением, об изменении климата не только теряют свою актуальность, но даже смешны.

Вообще говоря, этиловый спирт можно получать из любых растений, лишь бы там в достаточном количестве содержались сахар и крахмал. Картофель, ячмень, пшеница, свёкла — всё подходит. Но лучший вариант — сахарный тростник. Можно также перерабатывать различные отходы, например древесные опилки, но пока что это экономически невыгодно. А потенциально рентабельные методы находятся в стадии разработки.

Правы они? И да и нет. Производство этанола действительно насыщает атмосферу парниковыми газами (ещё они называются GHG — от greenhouse gas) в количествах, сопоставимых с выбросами бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Но у всякой монеты есть и обратная сторона. Дело в том, что в процессе производства и сжигания 1 литра этанола из растительного сырья в атмосферу попадает ровно столько же CO2, сколько до этого было поглощено теми же самыми растениями в результате реакции фотосинтеза. По сути производство этилового спирта есть не что иное, как «фотосинтез наоборот», с той лишь разницей, что в одном случае требуется солнечный свет, а в другом — выделяется тепло.

Когда биоэтанол получит глобальное распространение, а всё к этому и идёт, то «с банкой чистого спирта» можно будет не только ходить в гости, но и помогать тем несчастным на дороге, у которых совсем опустел бак. Если вас смущает цвет, то помните, что в отличие от пищевого топливный спирт не подвергается чересчур уж тщательной обработке.

Получается, биоэтанол абсолютно нейтрален в качестве источника парниковых газов. Значит — лучше от него не станет, но и хуже не будет, в отличие от продуктов переработки нефти. Есть у этилового спирта и ещё одно преимущество: положительный энергетический баланс. В зависимости от вида сырья последний может колебаться от 1,24 до 8. То есть при сжигании этанола выделяется в несколько раз больше энергии, чем затрачивается при его производстве. В этом смысле «скандальное топливо» на порядок превосходит бензин или солярку. Только вообразите себе расходы на разведку, добычу, транспортировку, переработку нефти, и вы поймёте, что топливный баланс нефтяных продуктов значительно меньше единицы.

Сам процесс заправки этанолом не содержит в себе ничего особенного — всё ровно так же, как и в случае с бензином. Однако сеть таких заправок сегодня ещё только развивается. Например, в США точек, где продают E85, сегодня насчитывается примерно полторы тысячи.

Но и без недостатков у C2H5OH не обходится. При сгорании 1 литра этилового спирта выделяется на 34% меньше энергии, чем при сгорании того же объёма бензина. Выходит, что если заправлять автомобиль топливом с содержанием этанола (к примеру, широко пропагандируемой смесью с бензином E85), то расход топлива неизбежно возрастёт вплоть до этих самых 34% — всё будет зависеть от концентрации спирта в каждом конкретном случае. Но с этой печальной картиной столкнутся лишь владельцы машин с двигателями, изначально рассчитанными на традиционный бензин и лишь затем адаптированными под новомодное топливо.

 

Из примерно тысячи европейских этанольных заправок почти 800 находятся в Швеции. Эта страна планирует лет через 20 вообще отказаться от нефти. Скандинавы уповают на гибриды, потребляющие этанол. На этой фотографии люди из Scania представляют новейший городской автобус.

Нельзя забывать, что октановое число этанола равно 105. Это означает, что его можно сжигать в двигателях с куда большей степенью сжатия. Так что, в принципе, двигатели, рассчитанные исключительно на новый источник энергии, должны быть уж никак не хуже нынешних бензиновых или дизельных собратьев. И в плане экономичности, и в плане мощностных характеристик. А уж про экологию и говорить не приходится! Примерно на 80% уменьшаются выбросы углеродных соединений, а конкретно CO2 снижаются на 30%. Но заливать в такие машины бензин категорически нельзя — детонация мигом убьёт технологичный мотор.

Не секрет, что наиболее дешёвым способом транспортировки жидких топлив является закачка их в трубопровод. Но в случае с этанолом появляется проблема. Он гигроскопичен, то есть впитывает из атмосферы воду и, следовательно, обладает повышенной коррозионной агрессивностью. Поэтому пока что топливный спирт перевозят автотранспортом или по железной дороге.

Получается забавная ситуация: на бензине Flexifuel-машина едет хорошо, а на E85 (если кто забыл, это коктейль из 85% этанола и 15% бензина), во-первых, плохо, а во-вторых, «жрёт» ощутимо больше. Да, биоэтанол дешевле бензина, но не намного. Зря вы думаете, что с этим топливом сэкономите сколько-нибудь значимую сумму. Может даже случиться и так, что будут одни убытки. Смотря как ездить — на одной лишь «зелёной» ориентации недалеко окажешься. Поэтому не удивляйтесь, что внедрение, казалось бы, перспективной идеи сопровождается законодательным регулированием, например в США и Бразилии.

Не стоит думать, что при заправке биоэтанолом машина наотрез отказывается ехать, подобно водородным аналогам. По сравнению с бензином E85 действительно обладает меньшей энергетической ценностью, но для её сгорания требуется меньше кислорода, поэтому в цилиндры можно впрыскивать большие количества топлива. В итоге мощность падает, но не настолько, чтобы водители приходили в ярость.

Стоит тормознуть и поговорить подробнее, ибо в этих странах внедрение биоэтанола зашло очень далеко. Бразильцы очень не любят топливные кризисы c 1973 года. И всячески стараются их предотвратить. Так, с 1975-го в стране функционирует масштабная биотопливная кампания. Не стоит поэтому удивляться, что 4,5% площади Бразилии заняты плантациями сахарного тростника, а большинство местных автомобилей можно с чистой совестью причислить к заядлым алкоголикам. За год миллион бразильских рабочих производит двадцать с лишним миллиардов (!) литров этанола.

 

В Бразилии существует целая отрасль по выращиванию сахарного тростника, со своими традициями и правилами. При производстве широко используется дешёвый ручной труд, что приносит сумасшедшие доходы местным «сахарным королям». Иностранцы спят и видят, как бы принять участие в этанольном буме, но местные бизнесмены наотрез отказываются продавать свои предприятия. А если и соглашаются, то заламывают поистине космические цены. Стоит заметить, что правительство их полностью поддерживает.

Назвать экономику этой страны зависимой от нефти никак нельзя. Выращивая и перерабатывая сахарный тростник, Бразилия полностью обеспечивает себя топливом и электричеством. Всё это безусловно радует, но даже в бочке спирта нашлось место вездесущему дёгтю. Ради новых плантаций бразильцы вырубают леса Амазонки. Можно назвать это странной и недальновидной политикой, а если сказать прямо — то это настоящий идиотизм. Как жить без «лёгких планеты»?

 

Сахарный тростник в Бразилии выращивают тысячи частных хозяйств. И это порождает некоторые проблемы. Ведь из тростника и сахар делают. Поэтому когда в 1980-х годах резко выросли цены на сахар, производство этанола сократилось до такой степени, что людям стало элементарно нечем заправлять свои машины. Сейчас правительство регулирует ситуацию и даже вложило в 2007 году 25 миллионов долларов в развитие новых технологий. В США же эта сумма равняется $385 миллионам.

Похожая ситуация складывается и в США. Президент Буш выдвинул программу «20 за 10», которая должна помочь к 2017 году снизить потребление бензина на 20%. За счёт чего? Разумеется, за счёт этанола. К озвученному сроку власти намерены увеличить его производство до 30 с лишним миллиардов литров. За последние годы инвестиции только в исследования перевалили за 12 миллиардов долларов. И это только начало.

В Америке производят этанола хоть и много, но всё-таки чуть меньше, чем в Бразилии. Правда, делают его не из тростника (он в Штатах расти не хочет), а из кукурузы. Такой вариант менее эффективен, а стало быть, себестоимость американского эталона выше бразильского. Тем не менее программу активно продвигают власти многих штатов, и губернатор «кукурузного» Иллинойса, кандидат в президенты Барак Обама (Barack Obama), — не исключение. Принимаются новые требования к бензиновому топливу, которое должно содержать 10% этанола (такая пропорция безопасна для традиционных двигателей).

Чтобы машину можно было заправлять топливом, содержащим более 10% этанола, необходимы некоторые переделки. «Мозг» мотора должен научиться определять концентрацию спирта и подбирать соответствующие режимы работы. Поскольку спирт содержит воду, модернизации требует и топливная магистраль. Кроме того, если автомобиль эксплуатируется в холодных условиях, надо подогревать топливо перед запуском.

Достигнут ли американцы своих целей? Каково будущее всей этой затеи с биоэтанолом? Пока что всё туманно. Ясно одно — рассчитывать на тотальный переход к спиртовым двигателям нереально. Если предположить стопроцентную эффективность процесса переработки, то для того, чтобы только США перевести с нефти на этанол, нужно 75% сельскохозяйственных земель нашей планеты засеять соответствующими культурами. Грубо говоря, если даже всю Луну засадить тростником, этого окажется недостаточно.

Массовое культивирование культур для производства этанола неизбежно окажет значительное влияние на сельское хозяйство. Фермеры не дураки — раз спрос на кукурузу растёт, они будут её сеять везде, где смогут. А кто при этом подумает о миллионах голодающих жителей Земли? Поэтому многие исследователи и негодуют, утверждая, что «выращивать» биотопливо в то время, когда людям есть нечего, — низкое, подлое и вообще аморальное занятие.

 

Впрочем, к любой критике надо относиться со здоровой долей скептицизма. Сами по себе биотопливные программы вполне разумны и при грамотной реализации способны принести ощутимую пользу. Стоит только иметь в виду, что повсеместное внедрение этанола окажет ощутимое влияние на мировую экономику. И, разумеется, найдутся те, чьи интересы пострадают. Пример: так называемый саммит «табачных королей» 1988 года, где боссы крупнейших компаний обсуждали, как бы нейтрализовать политику ВОЗ по борьбе с курением. И есть ли гарантия, что подобные действия не предпринимают сейчас все те, кто почувствовал угрозу нефтяному бизнесу? Всё-таки, как ни крути, а внедрение биотоплива — это вопрос не столько научный и экономический. Здесь вступает в дело большая политика.

 Спирт обладает целым рядом преимуществ по сравнению с нефтяным топливом, и только большая стоимость, малая теплоотводность, высокая гигроскопичность и повышенное содержание альдегидов препятствуют его массовому применению в качестве топлива для ДВС. А достоинства спирта следующие.

Адаптация ДВС

Существуют два способа применения спирта в качестве горючего для автомобильных моторов – при частичной (до 20%) и при полной замене бензина и дизельного топлива. Высокие антидетонационные качества определяют преимущественное использование спирта в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием. Стандартный двигатель не нужно переделывать для работы на бензо-спиртовой смеси.

На АО «АвтоВАЗ» были проведены испытания бензина АИ-95 с 10-процентным содержанием этанола на токсичность, расход топлива и обеспечение динамики автомобиля без перерегулировки двигателя. Было установлено, что добавка к бензину 10% спирта приводит к обеднению топливовоздушной смеси и незначительно ухудшает ездовые качества машины практически на всех режимах движения. При переходе на АИ-95Э с 10-процентным содержанием этанола требуется перерегулировка карбюратора.

Согласно результатам стендовых испытаний «АвтоВАЗа», применение бензина АИ-95Э с 5-процентным содержанием спирта не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля и не требует изменения исходных регулировок двигателя.

А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12 – 14 ед. (чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива) и перерегулировка карбюратора или перепрограммирование ЭБУ инжекторного двигателя. Горючую смесь необходимо немного обогатить: для сгорания 1 кг спирта требуется 9 кг воздуха, а для сгорания 1 кг бензина – 14,93 кг.

Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спирт добавляют 4 – 6% изопентана (С5Н12) или 6 – 8% диметилового эфира (СН3-О-СН3 или С2Н6О), что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температуре от –25°С и выше. Для этой же цели спиртовые моторы оборудуют специальными пусковыми подогревателями. В случае неустойчивой работы двигателя при повышенных нагрузках (из-за плохого испарения спирта) применяется дополнительный подогрев топливной смеси с помощью, например, отработавших газов.

Дизель и спирт

Адаптировать дизельный мотор для сжигания в его цилиндрах спирта гораздо сложнее. Венским техническим университетом были проведены экспериментальные исследования на 4-цилиндровом тракторном дизеле фирмы Steyr.

Ввиду того, что цетановое число этанола низкое, двигатель был дополнительно оснащен электронной системой зажигания, а головку цилиндров модернизировали для размещения свечей зажигания. Кроме того, была изменена геометрическая форма камеры сгорания в днище поршня, установлены новые топливный насос высокого давления, форсунки и топливоподкачивающий насос повышенной производительности. Исследования показали, что дизель работает на этаноле практически бездымно. По сравнению с работой на дизельном топливе выброс NOx снижается, что является результатом уменьшения температуры вследствие повышенной теплоты испарения этанола. Выброс СО такой же, как у бензинового ДВС, выброс СН относительно высок, однако может быть радикально снижен при применении простейшего окислительного нейтрализатора. При переходе на дизельное горючее дымность и расход топлива у переоборудованного дизеля значительно выше, чем первоначально. Объемный расход у этанола почти в 2 раза больше, чем у дизельного топлива, что является следствием его более низкой теплоты сгорания, а удельный приведенный расход лишь немногим выше.

Модернизировать двигатель могут не только автопроизводители, но и специализированные фирмы. Например, в США бензиновые двигатели и дизели для работы на альтернативном топливе переоборудует фирма Jasper Engines and Transmissions. Переделываются моторы от 8-цилиндровых V-образных до рядных 6- и 4-цилиндровых. После переоборудования двигатели могут работать на метаноле, этаноле, сжатом и сжиженном природном газах.

Мировой опыт

Идея использования спирта в качестве топлива не нова. Самый богатый опыт его применения в ДВС имеет Бразилия. После мирового нефтяного кризиса 1973 – 75 годов в этой стране в начале 80-х приняли программу «Топливо на основе этанола». В результате здесь до конца прошлого столетия этанол ежедневно заменял до 250 тыс. баррелей импортируемой нефти. В 90-х годах в Бразилии этиловый спирт служил горючим более чем для 7 млн. машин, а его смесь с бензином (газохол) – для еще 9 млн. авто. Этанол в этой стране изготавливают из сахарного тростника, а продают через заправочную сеть, насчитывающую 25 тысяч станций. Вторым мировым лидером по использованию этанола в автотранспорте являются США. Здесь также реализуется программа замены бензина спиртом, который получают при переработке излишков кукурузы и других зерновых культур. Чистый этанол в этой стране используется как горючее в 21 штате, а на бензоэтаноловую смесь приходятся 10% топливного рынка США. Раньше заинтересованность в использовании более дорогого этанола ($60 за баррель) в качестве моторного горючего за рубежом была обусловлена налоговыми льготами. В США они компенсируют продавцам убыток в случае, если те продают этанол по цене бензина. Сейчас, после скачка цен на нефть ($40 – 50 за баррель), с учетом переработки сырья для получения бензина, стоимость этих видов топлива практически сравнялась. Поэтому использование спирта оказалось еще целесообразнее. Применение спирта в качестве топлива получило поддержку и в некоторых европейских странах – в частности, Франции и Швеции. 7 ноября 2001 года две комиссии ЕС приняли так называемые биодирективы относительно использования биотоплива в странах Евросоюза. Они предусматривают обязательное применение этого горючего как добавки к бензину в будущем.

 

Топливный спирт

Этанол (С2Н5ОН) – винный, или питьевой спирт, являющийся важнейшим представителем одноатомных спиртов. Эта бесцветная жидкость, которая смешивается в любых соотношениях с водой, спиртами, эфирами, глицерином, бензином и другими органическими растворителями, горит бесцветным пламенем. Этанол, обладая высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом. Для получения бензина АИ-95 требуется добавить в бензин АИ-92 около 10% этанола. Метанол (СН3ОН), или древесный спирт – простейший представитель предельных одноатомных спиртов, бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом. Смешивается с водой во всех соотношениях, а также с другими спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими растворителями. Основной способ производства метанола – синтез из водорода и оксида углерода. Сырьем для этого служат природный, коксовый и другие газы, содержащие углеводороды (например, синтез-газ), а также кокс, бурый уголь, древесина, сланцы, биомасса и др.

 

Характеристики рабочего процесса дизеля при работе на смеси дизтоплива с этанолом и при работе на чистой солярке

Из приведенных данных хорошо видно, что введение спирта в дизельное топливо приводит к росту давления (Р) в ВМТ более чем на 20%. Резко увеличивается скорость нарастания давления, т. е. возрастает жесткость работы двигателя. Горение этанольного топлива начинается раньше. При этом момент на валу двигателя снижается. Иными словами, введение этилового спирта в дизельное топливо ухудшает его технико-экономические показатели. Однако при этом несколько улучшаются экологические показатели работы мотора. Для получения максимального эффекта от введения спирта в дизельное топливо необходимо провести регулировку двигателя.

Источник

Понравился наш сайт? Присоединяйтесь или подпишитесь (на почту будут приходить уведомления о новых темах) на наш канал в МирТесен!

auto.mirtesen.ru

Прогноз перехода на спиртовые двигатели — Мегаобучалка

 

 

Наверное, неправильно было бы завершить данную книгу, оставив в ней

лишь описание уже свершившихся примеров, правильность которых уже доказана

временем. В данном разделе мы приведем пример, как КЭА помогает думать о

том, чему еще лишь предстоит произойти. И если данной книге суждено быть

прочитанной лет, предположим, через 30, то будущий читатель сможет оценить

качество нашего прогноза.

Рассмотрим такой повседневый для нас рынок, как бензин. На Западе это

безусловный пример третьеэтапного рынка. Автомобильный рынок - рынок

третьеэтапный. А ведь как процент бензиновых автомобилей, так и потребление

машинами бензина существенно не меняется вот уже десятилетия. Разумеется, на

данном рынке доминируют лишь третьеэтапные компании. Многие из которых стали

франчайзами бензозаправок. И, как и любой третьеэтапный рынок, рынок бензина

всячески пытается воспрепятствовать появлению альтернативного рынка, который

мог бы прийти ему на смену.

Для этого используются все механизмы. Чисто рыночный механизм- это

понижение цены на нефть в моменты, кагда начинаются какие-либо серьезные

программы разработки альтернативных источников топлива. Кроме того, нефтяное

лобби- это огромная политическая сила, точно знающая, чего она хочет. Не

секрет, что серьезнейшую поддержку нефтяное лобби США оказало на

впрезидентских выборах Джоржу Бушу.

А почему вообще для нефтянников есть опасность перехода от бензина к

чему-то еще? А потому, что с бензином связано, как минимум, три проблемы.

Во-первых, нефть - это невозобновляемый источник. И хоть ее находят все

больше и больше, но стоимость добычи на новых месторождениях в среднем

растет. К тому же рано или поздно нефть все равно закончится.

Второй более насущной причиной, почему бензиновый двигатель плох,

является экология. В масштабе планеты эта проблема возрастет в ближайшее

время до катастрофических масштабов. Ведь это лишь на Западе автомобили

находятся на третьем этапе рынка. А во многих странах на втором. Например,

уровень жизни в Китае и других традиционно бедных странах растет, а вместе с

ним и количество автомобилей, и выхлоп. Причем первое, на чем пытаются

экономить бедные люди - это на системе очистки. Наивно полагать, что их

можно перевоспитать. Скорее уж стоит дать им тот вид топлива, который не

столь вреден. Не говоря уже о том, что крушение нефтетанкера - это

экологическая катастрофа. И раз уж в масштабе планеты (за счет развивающихся

стран) рынок бензина - рынок второэтапный, то экологических трагедий будет

все больше.

Символом же третьей причины, почему нельзя более относиться к бензину с

былым легкомыслием, явлется 11 сентября 2001 г. Продолжая ездить на бензине,

Запад совершенно беспомощен в своих попытках защитить себя от терроризма.

Каждый теракт стоит денег, и не секрет, что деньги эти - нефтедоллары. На

сегодняшний день мир потребляет 18.1 млн. баррелей нефти в день, из которых

14.5 миллионов идут в индустриальные страны.

Ожидают, что к 2020 году потребление должно возрасти до 30.4 млн.

баррелей в день. В данной ситуации любые попытки Запада бороться с

терроризмом обречены, ибо мы все более накачиваем спонсоров террора деньгами

и от них зависим. Большинство же потребляемой нефти идет на бензин. Стало

быть, нет более первоочередной задачи в борьбе с терроризмом, чем отход от

бензина. То есть перевод бензинового рынка с третьего этапа на четвертый.

Рассмотрим сначала, какие есть технические решения, альтернативные

бензину. Самой распространенной является идея электромобиля. Однако идея

электромобиля является атавизмом светлых надежд на атомную энергетику. В

начале 80-х годов казалось, что вот-вот, и мир засияет дешевой и

экологически чистой электроэнергией, производимой на атомных

электростанциях. Количество запланированных и вводимых в действие атомных

станций росло экспоненциально.

Однако прогремел Чернобыль, и атомная энергетика замерла. Строительство

новых станций практически прекратилось, а старые отработают свой срок и

будут выведены из эксплуатации. На рис. 4 показана динамика установленной

мощности и количества энергетических ядерных реакторов в мире с 1955 по 2001

год и прогноз до 2030 года. (Fig. 4 Power and Number of Operating Reactors -

World. Data from Nuclear Training Center, Ljubljana, Slovenia, 2001). А без

атомной энергетики произвести и доставить количество электричества,

необходимое для каждого автомобиля, не представляется сегодня возможным.

Особенно если учесть, какой ущерб пришлось бы нанести окружающей среде,

вырабатывая это электричество.

Как эти ни парадоксально, но воплощение идеи электромобиля сегодня лишь

подхлестнуло бы потребление той же нефти. Ее бы стали больше сжигать на

электростанциях, чтобы потом пускать ток к аккумуляторам автомобилей.

Идея же водородных двигателей, как и другие научно-интересные

разработки, вряд ли широкомасштабно воплотимы, даже если их и удастся

реализовать технически. Ведь как мы знаем, третьеэтапный рынок связан с

имеющейся в обществе инфрастуктурой, обслуживающей его. И эта инфраструктура

будет всячески бороться за свою нужность и место под солнцем.

За двадцатый век планета покрылась инфраструктурой бензоколонок,

бензовозов и всего того, без чего мы уже не мыслим внешний вид наших

районов. Вложены миллиарды и миллиарды долларов, работают сотни тысяч людей.

Просто взять и отбросить все это, введя принципиально новую сеть, невозможно

в достаточно краткие сроки, диктуемые существующей экономической и

политической ситуацией. В случае с бензином на сегодняшний день альтернатива

становится реальной, только если она может быть внедрена в жизнь, используя

ту же инфраструктуру, что и бензин.

Такая альтернатива существует! Это горючее, основанное на этиловом

спирте. Уже сегодня реально работающее топливо Е85, состоящее на 85% из

этилового спирта и лишь на 15% из бензина, прекрасно развозится теми же

бензовозами и может продаваться на тех же бензоколонках. Если не считать

замены нескольких второстепенных элементов, вся инфраструктура остается

прежней. Да и технические показатели спирта как топлива примерно такие же,

как у бензина.

Естественым образом спиртовые двигатели решают проблему

возобновляемости топлива. Ведь спирт ферментативно делают из растительного

сырья: тростника, зерна, свеклы. А уже урожаи-то возобновляются ежесезонно.

Кроме того, спиртовое горение чище экологтически. Недаром спиртовые

двигатели называют "зелеными двигателями".

Спирт и бензин прекрасно иллюстрируют обсуждавшуюся нами ранее ситуацию

продуктов, возникших одновременно, при которой естественным образом победил

на рынке тот вариант, что был более выигрышным вчера, но не сегодня.

Сначала двигатели работали или на бензине, являвшемся отходом при

производстве керосина, или на спирту. И продолжалось это довольно долго.

Например, когда россияне на заре советской власти закупили у американцев

двигатели, чтобы производить электричество в глухих райнах, а бензин туда

поставить забыли, то комиссары, дабы избежать трибунала, заливали в бак

самогон. И лампочка горела.

Однако по мере развития бензиновой промышленности и автомобилестроение

стало подстраивать машину все более под бензин. Тем не менее даже в

современном автомобиле, рассчитанном специально на бензин, есть лишь

несколько деталей, устойчивых к бензину, а не к спирту. В теплых регионах

надо потратить всего лишь несколько сот долларов, чтобы адаптировать любой

автомобиль к смеси бензина со спиртом. В холодном климате понадобится

установить еще и предварительный подогрев горючего перед впрыскиванием, но и

это делается легко и недорого.

На сегодняшний день не существует технических причин, по которым ныне

действующие автомобили не могли бы быть переведены в основном на спирт. То,

что этого не происходит, объясняется лишь устойчивостью и инерцией

третьеэтапного рынка. А что могло бы составить ему альтернативу?

Могильщиком третьеэтапного рынка, как мы знаем из КЭА, становится

первоэтапный рынок с большим потенциалом роста. То есть рынок, при котором

потребители еще от третьеэтапного предшественника сразу не отказываются, а

будут пользоваться то тем, то другим. И автомобильные компании уже начали

выпуск машин, которые могут ездить как на чистом бензине, так и на смеси

бензина с любым содержанием спирта вплоть до 85% (Е85). У Дженерал Моторс,

например, такими автомобилями являются джипы Chevrolet Silverado и GMC

Sierra. Машины на "гибком топливе" (flexible fuel vehicles, FFV) от бензина

до Е85 выпускают уже и Форд, и Меркури, и Мазда, и Исузу, и Даймлер

Крайстлер.

И опять же, скорость роста первоэтапного рынка во многом лимитируется

распространенностью инфраструктуры. Количество FFV-автомобилей пока мало,

потому что мало где есть для них не бензиновые заправки. Однако в Минессоте

уже введена программа, по которой в регионе появилось более двухсот

заправочных станций с Е85. Таком образом фермеры штата пытаются уйти от

импортируемого бензина на сельскохозяйственный спирт, который они сами же

здесь и производят.

Тут мы подходим к еще одной теме, обсуждавшейся в книге. А именно роли,

которую должно сыграть государство при отходе от устоявшегося и спсобного

"давить" третьеэтапного рынка в пользу пока еще слабого, но требующегося

обществу молодого рынка. Не всегда государство должно вмешиваться. В

большинстве случаев рынки сами разберутся. Пусть бы и за длительный срок, но

экономика решит все сама. Однако есть ли у нас неограниченный запас времени

в случае с бензином, учитывая поистине экзистенциальную природу

экологической угрозы и опасности терроризма?

Государственное регулирование порой оказывается чрезвычайно

эффективным, особенно в законопослушных странах Запада. Приняв закон,

например, Америка постепенно отказалась от фреона, разрушавшего озоновый

слой, и перешла на экологически чистые кондиционеры. Без правительственного

вмешательства, а чисто рыночным механизмом, этого бы не произошло никогда.

Для перехода на спиртовые двигатели опять же необходимо решение государства.

Однако осуществляться оно должно максимально рыночным путем.

Например, если будет принят закон, обязывающий продавцов бензина

добавлять в бензин какой-то все возрастающий процент спирта и дающий им за

это налоговые льготы, то продавцы бензина побегут покупать спирт подешевле.

А это, в свою очередь, простимулирует конкуренцию и прогресс у

производителей спирта. То же произойдет, если обязать бензоколонки

установить дополнительные резервуары для спиртового топлива.

Однако если правительство решит субсидировать, например, кукурузный

спирт, якобы для того, чтобы сделать его более привлекательным для продавцов

и покупателей, а на самом деле потворствуя кукурузному лобби, то это

затормозит любые биотехнологические разработки, которые смогли бы

действительно привести к реальной, а не фиктивной экономии.

Пока же мы не в восторге от американского законотворчества в вопросах

горючего. Дело доходит иногда до смешного. Во имя более глубокой очистки

выхлопных газов было решено добавлять в бензин кислород, чтобы он дожигал

остаки выхлопа. Но сам по себе кислород добавить невозможно, поэтому решили

добавлять или спирт, или так называемый МТВЕ, в которых кислород хорошо

растворяется. И вот спиртовое лобби и производители МТВЕ лоббируют вовсю,

чтобы обязательно добавляли именно их продукт, а не альтернативу. Тратятся

миллионы долларов на пожертвования политическим партиям, чтобы именно они, а

не конкуренты привносили кислород в бензин. А на самом-то деле выясняется,

что уровень кислорода в бензине просто никак не влияет на качество

автомобильного выхлопа.

И происоходит это опять же потому, что третьеэтапные рынки имеют

финансовую возможность, людские ресурсы и опыт лоббировать. Не удительно

будет также увидеть широкомасштабный анти-PR. Например, что переход на

спиртовые двигатели приведет к всплеску алкоголизма и сборищам пьяниц на

бензоколонках. И это при том, что пить смесь спирта с бензином не сможет

даже самый отпетый алкоголик. И вообще, проблема пьянства не зависит от

того, много промышленность производит спирта или мало. На алкогольные

напитки сегодня идет лишь 11% мирового производства спирта.

Зачастую новые рынки "прорываются" сначала в каких-то четко очерченных

нишах. Ниши же эти бывают и по группам потребителей, и географическими.

Нишевой группой потребителей для спиртового топлива вначале смог бы стать,

например полиция и служба скорой помощи, т.е. большие автопарки, подчиненные

городским властям и не требующие дорогостоящей рекламы.

С географической же нишей "эксперимент" по спиртовым двигателям уже был

поставлен в Бразилии. В конце семидесятых годов Бразилия оказалась в

тяжелейшей ситуации. С одной стороны, арабские страны устроили нефтяное

эмбарго и взвинтили цены на нефть. На рис. 23 приведена динамика изменения

цен на сырую нефть (в долларах 1996 года) в период с 1947 по 1998 год.

(Crude Oil Prices 1996 Dollars, WTRG Economics C 1998). С другой стороны, в

стране начался тяжелейший финансовый кризис. Импорт необходимого количества

нефти стал практически невозможен, и гигантская страна оказалась под угрозой

замереть без бензина. Оданко Бразилия являлась крупнейшим производителем

сахара, а из сахара делают спирт. В кратчайшие сроки не столь уж сильная

бразильская экономика перевела весь свой автопарк с бензина на спирт. В 1994

г. в Бразилии на спирту ездили 4,36 млн. машин. Раз в момент необходимости

такой переход сумела сделать Бразилия, то уж тем более это под силу

индустриальным странам как то США или Европа.

 

 

 

Существует два взаимодополняющих пути, как первоэтапный рынок

спиртового топлива сможет быть переведен на второй этап. Один - это

установка на бензоколонках дополнительных секций, качающих сразу Е85, в то

время как остальные секции будут продолжать качать то же, что и ранее. Ворой

- добавка этанола в бензин и постепенное увеличение его концентрации до 85%.

Безусловно, объем производство спирта сегодня отражает лишь потребности

ранее существовавших рынков, но не рынка "зеленого" топлива, которому еще

лишь предстоит возникнуть. Однако если законодательно будет решено, что

страна постепенно переходит на спиртовое топливо, то и производство спирта

пойдет вверх по нормальным рыночным механизмам. Даже если сегодня мы и не

производим спирта достаточно для того, чтобы всем перейти на Е85, то введя

план, по которому каждый год в бензин будет добавляться все больше спирта,

мы скоординируем технологические возможности по производству и необходимому

потреблению спирта. Таким образом координация позволит избежать "перекосов"

рынка, ведущих к завышенным ценам и кризисам в смежных областях

производства.

Сегодня большинство спирта производится биотехнологически из

сельскохозяйственной продукции, как то кукуруза или сахарный тростник.

Химический синтез спирта как способ производства не считается наиболее

перспективным. В рамках уже имеющейся технологии можно расширять

производство спирта, стимулируя фермеров производить больше. В сущности,

именно борясь за это, сельскохозяйственное лобби и готово драться в

конгрессе с нефтяным. А это гигантская политическая сила.

Однако, хоть с 93-го по 98-ой годы мировое производство спирта и

выросло на 4.5 миллиарда литров в год, дойдя до 33.3 миллиардов литров,

простое экстенсивное увеличение сельскохозяйственного производства проблемы

не решит. Может возникнуть и нехватка посевных площадей, и угроза неурожая.

Истинное решение, наверное, будет лежать в биотехнологической

разработке новых микроорганизмов, более эффективно сбраживающих сахар в

спирт или экономично производящих спирт из принципиально новых видов сырья,

например, водорослей. Так же свою роль скажет и генная инженерия, делая

сельскохозяйственные культуры более пригодными именно для производства

спирта. В прошлом подобных задач в спиртопроизводстве в таких масштабах не

возникало.

Когда же принципиально новые технические решения опустят цену спирта

ниже цены бензина, то далее рынок будет выбирать спиртовое топливо уже и без

вмешательста государства. Но сперва нужен искусственный толчок.

К тому же, мировой рынок спирта достаточно эффективен и не скован

излишними регулирующими актами. Это позволяет активно применить

франчайзинговую модель производства. Ведь, в отличие нефтеперерабатывающего

завода, спиртовое производство может быть и очень маленьким. Вполне реально

снабдить фермера в Латинской Америке зерном соответствующей

сельскохозяйственной культуры, эффективным сбраживающим штаммом дрожжей и

поставить ему стандартную относительно недорогую установку по переработке

его сельхозсырья в спирт, чтобы он стал мелким франчайзинговым

производителем спирта. А кому он будет свой спирт продавать?

Франчайзу же. Ибо сам он слишком мал, чтобы наладить рынок сбыта.

Франчайз же, разработав и произведя оборудование и поставив его фермеру,

будет собирать спирт со многих соседних спиртопроизводителей и доставлять

его конечному потребителю, имеющему договор с франчайзом в целом. Кроме

того, франчайз сможет отслеживать новинки спиртовой биотехнологии и

поставлять новые более эффективные дрожжи и сельхоз-породы

фермерам-производителям.

Разумеется, приведенная модель франчайза не призвана заменить спиртовые

заводы-гиганты. Более того, возросший в сотни раз объем спиртового рынка и

жесткая ценовая борьба на нем может быть приведут к возникновению еще

больших заводов, основанных на других технологических ринципах, для которых

нужны гиганские инвестициии не рентабельные пока рынок не достиг некоторой

критической массы.

Однако, такие франчайзы вполне могут создать и заполнить некоторую

рыночную нишу. К тому же они будут способствовать решению важнейшей

международной гуманитарной задачи. А ведь, как мы обсуждали, появление

нового рынка может вести к важнейшим социально-экономическим последствиям. И

не учитывать их в сегодняшнем взаимосвязанном мире нельзя.

Например, американское нефтяное лобби постоянно подчеркивает, что лишь

менее 30% нефти поступает в США из арабских стран и что нефть в силу этого

не может являться для Америки бичом в руке мусульманских режимов. Это было

бы истинной правдой, если бы Америка могла бы действовать и выживать в

одиночку. Тогда не было бы такой острой опасности "утонуть в бензобаке".

Однако Европа зависит от арабской нефти, и этим во многом обусловлена

вассальная позиция, которую европейские страны занимают по отношению к

арабскому миру. Без европейской же поддержки любые американские меры по

борьбе с терроризмом не будут эффективными.

А что уж говорить о Китае и азиатских странах. Они играют все большую

роль в мировой экономике и политике. У них постоянно растет количество

автомобилей и зависимость от бензина. И богатые нефтью исламские режимы

прекрасно разыгрывают эту карту. Совершенно очевидно, что сойди Америка и

Запад в целом с "иголочки бензопровода", арабам стало бы невозможно вести

политику "разделяй и властвуй". И это может и должно быть сделано как можно

скорее.

А как переход на спиртовые двигатели скажется на реформах и развитии

России? Ведь экономика России в основном нефтяная. И Запад всецело

заинтересован, чтобы эта ядерная держава не оказалась в кризисе.

На эту тему есть две точки зрения. Одна - это то, что Россия как страна

нефтедобывающая и экспортирующая нефть является естественным союзником

арабских стран в противостоянии экономически развитым странам, закупающим

нефть. В чем-то это и была политика советского руководства. Однако политика

единения с арабами выгодна скорее им, а не России. Ведь нефти у них гораздо

больше, и качество ее выше.

Другой подход звучит так. В случае сокращения потребности в нефти,

например, при переходе к спиртовым двигателям у Запада резко снижается

чувствительность к цене на баррель. Во главу угла выходят политическая

стабильность и стратегическая ценность страны-партнера. А сегодняшней России

не нужно более доказывать, что именно она, а не Саудовская Аравия является

союзником США.

Полностью закупки нефти не прекратятся никогда. На ней держится и вся

современная химия, и многие другие отрасли. Но если даже закупки нефти

упадут на 80% (предположение совершенно невероятное), то и этот остаток

окажется больше, чем то, что Россия могла бы экспортировать. Укрепив сегодня

союз с Западом, Россия вполне могла бы гарантировать себе необходимый объем

нефтяных закупок по взаимоприемлемой фиксированной цене.

Таким образом, способность западных стран положительно повлиять на

благосостояние и уровень производства в странах третьего мира не падает, а

возрастает при переходе с рынка бензинового топлива на спиртовое. При этом

весь положительный эффект будет идти не за счет большей нагрузки на

западного налогоплательщика, а за счет развития нового рынка.

Кроме нефтехимии, все равно останется и рынок бензинового топлива как

рынок четвертого этапа. Ведь, уходя на с главной арены, третьеэтапные рынки

не исчезают, а находят свои узкие ниши. В силу того, что сгорая спирт

выделяет меньше тепла, его будет требоваться больше. А это значит, что в

труднодоступных районах, где цена доставки велика, бензин будет оставаться

выгоднее, ибо его надо привезти меньше.

Вскоре после перехода рынка с бензина на спирт начнут появляться

обслуживающие рынки. Например, рынки химических добавок к спиртовому

горючему, повышающему его качество. И уже на втором этапе рынка спиртовое

топливо повлияет и на сам автомобиль. Ведь это влияние неизбежно. На первом

этапе рынка товар подстраивается под систему, которую он обслуживает. На

третьем этапе обслуживаемая система уже и сама охотно адаптируется под

вспомогательный продукт. Так, у двигателя может измениться ряд материалов,

количество уплотнительных колец, а также появиться ряд вспомогательных

систем, например, для удаления каких-то нагаров.

Анализируя какую-либо новую разработку, необходимо учитывать ее

потенциальное взаимодействие не только с уже существующими и хорошо

развитыми системами, но также и с наиболее перспективными зарождающимися. К

счастью, переход на спиртовые двигатели отнюдь не исключает других

разработок, направленных на более эффективное использование горючего.

Например, появившийся недавно автомобиль с гибридным двигателем, который

позволяет оптимально сочетать лучшие свойства автомобиля с двигателем

внутреннего сгорания и электромобиля, меньше загрязняет окружающую среду и

повышает километраж на литр бензина вдвое. Разумеется, эта конструкция будет

чрезвычайно полезна и при езде не на бензине, а на Е85.

Более того, сочетание двух новых подходов открывает возможности,

которые ни один из них не предлагает. Как описано в одной из глав выше,

некоторые из этих подходов могут быть не изобретены заново, а реанимированы.

Например, когда-то люди потратили много усилий, что бы заменить

автомобильный мотор на турбину. При тех же габаритах турбина много мощнее.

Однако, ничего из этого не получилось из за двух причин.

Во-первых, турбина хороша лишь раборая на оптимальном режиме. А при

ускорении и торможении автомобиля, требовалось менять обороты турбины и она

становилась неприемлемой к эксплуатации. Идея же гибридного автомобиля в

том, что мотор всегда работает на оптимальных оборотах. При торможении,

вместо того что бы снижать обороты, излишняя энергия начинает идти на

зарядку электрического аккомулятора. А при разгоне, не обороты

увеличиваются, а аккомулятор отдает энергию. Таким образом, вопрос

оптимального режима для турбины решен.

Второй проблемой автомобильной турбины было то, что она перегревается.

Переход на спирт, температура горения которого меньше чем у бензина,

ослабляет и эту проблему. А в результате, большая мощность турбины по

сравнению с мотором компенсирует меньшую энергоемкость спирта по сравнению с

бензином.

Разумеется, анализ, приведенный выше, не является детальным feasibility

study. Однако он демонстрирует, как знание основных закономерностей эволюции

и взаимодействия продуктов, компаний и рынков , основанное на КЭА , помогает

выбрать ту из альтернатив бензину, которая реалистична сегодня, и понять,

какие условия нужны для нормального целенаправленного поэтапного развития

"зеленого" топлива.

 

CEO- chef operating officer самый высокопоставленный руководитель в

компании, стоящий над президентом.

Авторы благодарны Борису Злотину- президенту компании Ideation

International за продуктивные обсуждения данной темы.

Сегодня, правда, потребление в Бразилии спирта как горючего снижается.

Это вызвано падением цен на нефть и возросшей ценой на продовольствие и тот

же спирт. К тому же, стимулы отхода от бензина у Бразилии не являются столь

острыми. В случае же решения богатых западных стран перейти на спирт, им

несоизмеримо легче будет противостоять данным факторам, если они вообще

возникнут.

 

Наука Побеждать 158

 

megaobuchalka.ru

Бензин со спиртом: плюсы и минусы. Как влияет спиртовой бензин на двигатель

В связи с плохим состоянием экономики, во многих отраслях на Украине наблюдается спад. Затронул он и топливный рынок. Клиенты стараются экономить, а кое-кто и вовсе отказался от машины, пересев на общественный транспорт. Чтобы вернуть себе хотя бы какие-нибудь доходы и выжить в кризис, АЗС придумывают различные ухищрения для привлечения клиентов. Один из наиболее популярных способов – продажа смеси бензина с биотопливом. Стоит такое горючее дешевле чистого бензина, и при этом, как уверяют некоторые компании, совершенно безопасно для автомобиля.

Однако есть одна архиважная тонкость – хранить биоэтанол необходимо в особых условиях, поскольку ему требуется специальный резервуар. Место хранения имеет значение – желательно располагать их рядом с производством и ни в коем случае под открытом небом.

Данное обстоятельство побудило осуществить масштабную проверку образцов спиртового бензина силами киевского Института потребительских экспертиз.Поскольку топливо этого вида пока что не особенно распространено, то исследования проводились в отношении 4-ех образцов, взятых на заправках «WOG«, «БРСМ-Нафта«, «КЛО» и «Авиас«. Забегая вперед, скажем, что 3 из них показали результаты, полностью удовлетворяющие нормативам, чем весьма порадовали экспертов, ожидавших худшего.

Сколько спирта должно содержаться в бензине: нормы

Первая и самая главная экспертиза должна была ответить на вопрос о количестве биоэтанола во взятых образцах. Это крайне важный показатель, поскольку такое горючее подразделяется на 2 класса. Если количество биоэтанола больше или равно 30%, то это топливо называется альтернативным. Если же это цифра достигает размера 7% или меньше (с 2018-го – 10% и менее), то оно считается спиртовой маркой бензина.

Соответственно, у них разные техрегламенты, условия хранения и т.д. После проведения всех необходимых процедур выяснилось, что 3 образца из 4-х представляют собой именно альтернативное горючее. Подкачал лишь бензин, взятый из резервуаров сети АЗС «Авиас«, поскольку массовая доля биоэтанола у него оказалась лишь 26%. Иначе говоря, его нельзя назвать ни спиртовым бензином, ни альтернативным видом топлива.Несмотря на то, что в таком бензине велика доля спирта (в среднем, это 1/3), его можно без малейших опасений лить в бак в холодное время года – горючее не замерзнет и даже не загустеет.

Как влияет спирт на изменения октанового числа

Следующая экспертиза была призвана выяснить октановое число конкурсантов. Для топлива это едва ли не самая важная характеристика, обуславливающая границу начала детонации (т.е. слишком быстрого сгорания). Это явление очень плохо сказывается на состоянии двигателя, поскольку значительно увеличивает износ кривошипно-шатунного механизма и цилиндро-поршневой группы, а также способно навредить и газораспределительному механизму. Побочные эффекты – усиленный расход топлива при одновременном уменьшении мощности.

Измерялось октановое число исследовательским методом. Эксперты снова были удивлены, так как все испытуемые сумели уложиться в нормативные показатели, а кое-кто – это снова был «Авиас» – даже превысил их. На практике такое превышение может грозить автомобилю последствиями, указанными выше. Судя по всему, корнем всех зол является именно спиртовая составляющая со слишком большим октановым числом.

Содержание бензола и ароматических углеводородов в спиртовом топливе

Для любого топлива, полученного путем переработки нефти, крайне нежелательно иметь в своем составе большое количество бензола и ароматических углеводородов. Все дело в том, что они наносят определенный ущерб. Первый из них ускоряет износ топливной системы авто, так как обладает неприятной способностью к смыванию масляной пленки, а без смазки ресурс агрегатов значительно сокращается. Вторые вредят окружающей среде – чем их больше, тем менее экологичным получается выхлоп.

Но в тоже время есть и обратная сторона медали в случае с ароматическими углеводородами. Эти вещества получаются в результате вторичной переработки нефти, и только благодаря ним бензин можно сделать высокооктановым. Их содержание в горючем, четко прописано во всевозможных технических регламентах.

В случае биоэтанола, ароматических углеводородов должно быть меньше, нежели в обычном бензине, из-за присутствия спирта, ведь он сам по себе обладает большим октановым числом.

В настоящее время в сфере производства биоэтанола нет государственного стандарта. Это значит, что производится он, исходя из технических условий, а у каждого производителя они хоть и немного, но отличаются. Как оценивать конкурсантов, было не слишком понятно, поэтому в качестве ориентира избрали ДСТУ для бензина АИ-95. Там написано, что содержание бензола не должно превышать 1%. Если судить по этому критерию, то все образцы, за исключением пресловутого «Авиаса«, снова уложились в нормативы, причем топливо от «WOG» так и вовсе оказалось рекордсменом, поскольку в нем лишь 0,3% бензола и 10% «ароматики»! Что касается аутсайдера, то бензола в нем аж 6%, а ароматических углеводородов целых 22,1%.

Как влияет спиртовой бензин на двигатель и топливную систему: на предмет коррозии

В отличие от обыкновенного бензина или солярки, для биоэтанола очень важен такой показатель, как коррозионная активность. Это обусловлено свойствами спирта, ведь он представляет собой растворитель, а значит, потенциально способен разъесть резиновые уплотнения или шланги. Чтобы нивелировать эти негативные эффекты, в биоэтанол обязательно добавляется особое вещество, которое повышает кислотность. В готовом горючем, данный параметр должен колебаться в диапазоне от 6 до 9 pH. По итогам экспертизы было установлено, что у всех участников значение оказалось в районе 7 – 7,4 pH. Примерно такие же цифры демонстрирует и обычный бензин, из чего можно сделать следующий вывод: данные марки биоэтанола не способны нанести урон компонентам топливной системы автомобиля, сделанным из резины.

Выводы и рекомендации

Резюмируем. Новые виды топлива появились на украинском рынке, и в будущем, судя по всему, составят реальную альтернативу традиционным, причем с течением времени конкуренция среди АЗС будет постепенно нарастать. Заправляться, теме не менее, пока что лучше исключительно на крупных автозаправках, принадлежащих к большим сетям.

Что касается лидеров и аутсайдеров проверки, то первое место занял образец горючего от WOG, наглядно продемонстрировав высокое качество европейского топлива. А вот биоэтанол «Авиаса» стал последним, поскольку не удовлетворяет большинству требований, предъявляемым к такому виду топлива.

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

avtgid.ru

В чём плюсы и минусы биоэтанола — ДРАЙВ

	Александр Агеев, 28 февраля 2008.
	О том, что для двигателей автомобилей можно использовать растительное топливо, известно ещё со времён первых самоходных тележек. Но лишь в последние годы эта идея вновь стала актуальна. Виной тому неуклонно повышающиеся цены на нефть.

В последнее время в мировой прессе всё чаще публикуются сообщения об опасности и даже вредности массового перевода автомобилей на биоэтанол. Одно авторитетное мнение очень скоро оспаривается другим, не менее авторитетным. Критика настолько жёсткая, что поневоле вызывает недоумение. Как такое может быть: ведущие страны принимают энергетические стратегии, которые, если верить скептикам, совершенно бездумны и являются кратчайшим путём к масштабным экологическим и экономическим катастрофам? Где правда? Попробуем разобраться.

Противники сжигания этанола в двигателях внутреннего сгорания приводят убедительные доводы. Они не опровергают факта, что при использовании этилового спирта выхлоп автомобилей становится намного чище. Это действительно так. Главная же беда — в самом производстве этого вида топлива, когда в атмосферу выбрасываются огромные количества углекислого газа. А значит, вся экологическая эффективность использования спиртосодержащих смесей сводится на нет. И бравые лозунги о борьбе с глобальным потеплением, об изменении климата не только теряют свою актуальность, но даже смешны.

Вообще говоря, этиловый спирт можно получать из любых растений, лишь бы там в достаточном количестве содержались сахар и крахмал. Картофель, ячмень, пшеница, свёкла — всё подходит. Но лучший вариант — сахарный тростник. Можно также перерабатывать различные отходы, например древесные опилки, но пока что это экономически невыгодно. А потенциально рентабельные методы находятся в стадии разработки.

Правы они? И да и нет. Производство этанола действительно насыщает атмосферу парниковыми газами (ещё они называются GHG — от greenhouse gas) в количествах, сопоставимых с выбросами бензиновых двигателей внутреннего сгорания. Но у всякой монеты есть и обратная сторона. Дело в том, что в процессе производства и сжигания 1 литра этанола из растительного сырья в атмосферу попадает ровно столько же CO2, сколько до этого было поглощено теми же самыми растениями в результате реакции фотосинтеза. По сути производство этилового спирта есть не что иное, как «фотосинтез наоборот», с той лишь разницей, что в одном случае требуется солнечный свет, а в другом — выделяется тепло.

Когда биоэтанол получит глобальное распространение, а всё к этому и идёт, то «с банкой чистого спирта» можно будет не только ходить в гости, но и помогать тем несчастным на дороге, у которых совсем опустел бак. Если вас смущает цвет, то помните, что в отличие от пищевого топливный спирт не подвергается чересчур уж тщательной обработке.

Получается, биоэтанол абсолютно нейтрален в качестве источника парниковых газов. Значит — лучше от него не станет, но и хуже не будет, в отличие от продуктов переработки нефти. Есть у этилового спирта и ещё одно преимущество: положительный энергетический баланс. В зависимости от вида сырья последний может колебаться от 1,24 до 8. То есть при сжигании этанола выделяется в несколько раз больше энергии, чем затрачивается при его производстве. В этом смысле «скандальное топливо» на порядок превосходит бензин или солярку. Только вообразите себе расходы на разведку, добычу, транспортировку, переработку нефти, и вы поймёте, что топливный баланс нефтяных продуктов значительно меньше единицы.

Сам процесс заправки этанолом не содержит в себе ничего особенного — всё ровно так же, как и в случае с бензином. Однако сеть таких заправок сегодня ещё только развивается. Например, в США точек, где продают E85, сегодня насчитывается примерно полторы тысячи.

Но и без недостатков у C2H5OH не обходится. При сгорании 1 литра этилового спирта выделяется на 34% меньше энергии, чем при сгорании того же объёма бензина. Выходит, что если заправлять автомобиль топливом с содержанием этанола (к примеру, широко пропагандируемой смесью с бензином E85), то расход топлива неизбежно возрастёт вплоть до этих самых 34% — всё будет зависеть от концентрации спирта в каждом конкретном случае. Но с этой печальной картиной столкнутся лишь владельцы машин с двигателями, изначально рассчитанными на традиционный бензин и лишь затем адаптированными под новомодное топливо.

Из примерно тысячи европейских этанольных заправок почти 800 находятся в Швеции. Эта страна планирует лет через 20 вообще отказаться от нефти. Скандинавы уповают на гибриды, потребляющие этанол. На этой фотографии люди из Scania представляют новейший городской автобус.

Нельзя забывать, что октановое число этанола равно 105. Это означает, что его можно сжигать в двигателях с куда большей степенью сжатия. Так что, в принципе, двигатели, рассчитанные исключительно на новый источник энергии, должны быть уж никак не хуже нынешних бензиновых или дизельных собратьев. И в плане экономичности, и в плане мощностных характеристик. А уж про экологию и говорить не приходится! Примерно на 80% уменьшаются выбросы углеродных соединений, а конкретно CO2 снижаются на 30%. Но заливать в такие машины бензин категорически нельзя — детонация мигом убьёт технологичный мотор.

Вот так выглядит стандартный завод по производству биоэтанола. Отличие от классических спиртовых заводов только в масштабах производства и количестве ректификационных колонн. Получают «зелёное» топливо, что называется, не отходя от кассы, прямо в поле. Это связано с тем, что транспортировка сырья серьёзно увеличивает себестоимость.

В этом смысле весьма пессимистично выглядят перспективы так называемых многотопливных (чаще всего битопливных) автомобилей. Они могут называться Flex Fuel, Flexifuel, BioFlex, Tri-Flex и как угодно ещё — всё зависит от фантазии фирм-производителей. Про такие разработки мы писали уже не раз и не два. Причём если некоторые носят статус концептов, то другие — вполне себе серийные машинки. Но у всех этих автомобилей есть один противный недостаток — этанол там сжигается неэффективно, ведь степень сжатия нельзя изменить, просто нажав кнопку на панели.

Не секрет, что наиболее дешёвым способом транспортировки жидких топлив является закачка их в трубопровод. Но в случае с этанолом появляется проблема. Он гигроскопичен, то есть впитывает из атмосферы воду и, следовательно, обладает повышенной коррозионной агрессивностью. Поэтому пока что топливный спирт перевозят автотранспортом или по железной дороге.

Получается забавная ситуация: на бензине Flexifuel-машина едет хорошо, а на E85 (если кто забыл, это коктейль из 85% этанола и 15% бензина), во-первых, плохо, а во-вторых, «жрёт» ощутимо больше. Да, биоэтанол дешевле бензина, но не намного. Зря вы думаете, что с этим топливом сэкономите сколько-нибудь значимую сумму. Может даже случиться и так, что будут одни убытки. Смотря как ездить — на одной лишь «зелёной» ориентации недалеко окажешься. Поэтому не удивляйтесь, что внедрение, казалось бы, перспективной идеи сопровождается законодательным регулированием, например в США и Бразилии.

Не стоит думать, что при заправке биоэтанолом машина наотрез отказывается ехать, подобно водородным аналогам. По сравнению с бензином E85 действительно обладает меньшей энергетической ценностью, но для её сгорания требуется меньше кислорода, поэтому в цилиндры можно впрыскивать большие количества топлива. В итоге мощность падает, но не настолько, чтобы водители приходили в ярость.

Стоит тормознуть и поговорить подробнее, ибо в этих странах внедрение биоэтанола зашло очень далеко. Бразильцы очень не любят топливные кризисы c 1973 года. И всячески стараются их предотвратить. Так, с 1975-го в стране функционирует масштабная биотопливная кампания. Не стоит поэтому удивляться, что 4,5% площади Бразилии заняты плантациями сахарного тростника, а большинство местных автомобилей можно с чистой совестью причислить к заядлым алкоголикам. За год миллион бразильских рабочих производит двадцать с лишним миллиардов (!) литров этанола.

В Бразилии существует целая отрасль по выращиванию сахарного тростника, со своими традициями и правилами. При производстве широко используется дешёвый ручной труд, что приносит сумасшедшие доходы местным «сахарным королям». Иностранцы спят и видят, как бы принять участие в этанольном буме, но местные бизнесмены наотрез отказываются продавать свои предприятия. А если и соглашаются, то заламывают поистине космические цены. Стоит заметить, что правительство их полностью поддерживает.

Назвать экономику этой страны зависимой от нефти никак нельзя. Выращивая и перерабатывая сахарный тростник, Бразилия полностью обеспечивает себя топливом и электричеством. Всё это безусловно радует, но даже в бочке спирта нашлось место вездесущему дёгтю. Ради новых плантаций бразильцы вырубают леса Амазонки. Можно назвать это странной и недальновидной политикой, а если сказать прямо — то это настоящий идиотизм. Как жить без «лёгких планеты»?

Сахарный тростник в Бразилии выращивают тысячи частных хозяйств. И это порождает некоторые проблемы. Ведь из тростника и сахар делают. Поэтому когда в 1980-х годах резко выросли цены на сахар, производство этанола сократилось до такой степени, что людям стало элементарно нечем заправлять свои машины. Сейчас правительство регулирует ситуацию и даже вложило в 2007 году 25 миллионов долларов в развитие новых технологий. В США же эта сумма равняется $385 миллионам.

Похожая ситуация складывается и в США. Президент Буш выдвинул программу «20 за 10», которая должна помочь к 2017 году снизить потребление бензина на 20%. За счёт чего? Разумеется, за счёт этанола. К озвученному сроку власти намерены увеличить его производство до 30 с лишним миллиардов литров. За последние годы инвестиции только в исследования перевалили за 12 миллиардов долларов. И это только начало.

В Америке производят этанола хоть и много, но всё-таки чуть меньше, чем в Бразилии. Правда, делают его не из тростника (он в Штатах расти не хочет), а из кукурузы. Такой вариант менее эффективен, а стало быть, себестоимость американского эталона выше бразильского. Тем не менее программу активно продвигают власти многих штатов, и губернатор «кукурузного» Иллинойса, кандидат в президенты Барак Обама (Barack Obama), — не исключение. Принимаются новые требования к бензиновому топливу, которое должно содержать 10% этанола (такая пропорция безопасна для традиционных двигателей).

Чтобы машину можно было заправлять топливом, содержащим более 10% этанола, необходимы некоторые переделки. «Мозг» мотора должен научиться определять концентрацию спирта и подбирать соответствующие режимы работы. Поскольку спирт содержит воду, модернизации требует и топливная магистраль. Кроме того, если автомобиль эксплуатируется в холодных условиях, надо подогревать топливо перед запуском.

Достигнут ли американцы своих целей? Каково будущее всей этой затеи с биоэтанолом? Пока что всё туманно. Ясно одно — рассчитывать на тотальный переход к спиртовым двигателям нереально. Если предположить стопроцентную эффективность процесса переработки, то для того, чтобы только США перевести с нефти на этанол, нужно 75% сельскохозяйственных земель нашей планеты засеять соответствующими культурами. Грубо говоря, если даже всю Луну засадить тростником, этого окажется недостаточно.

Массовое культивирование культур для производства этанола неизбежно окажет значительное влияние на сельское хозяйство. Фермеры не дураки — раз спрос на кукурузу растёт, они будут её сеять везде, где смогут. А кто при этом подумает о миллионах голодающих жителей Земли? Поэтому многие исследователи и негодуют, утверждая, что «выращивать» биотопливо в то время, когда людям есть нечего, — низкое, подлое и вообще аморальное занятие.

Этанольный вопрос неизбежно связан с большой политикой. На фотографии справа вы видите, как президент США Джордж Буш и президент Бразилии Луис Инасиу Лула да Силва (Luiz Inacio Lula da Silva ) радуются окончанию очередного раунда трудных переговоров. Поэтому не удивляйтесь, если в будущем мы столкнёмся самыми разными пиар-кампаниями, прямо противоречащими друг другу.

Впрочем, к любой критике надо относиться со здоровой долей скептицизма. Сами по себе биотопливные программы вполне разумны и при грамотной реализации способны принести ощутимую пользу. Стоит только иметь в виду, что повсеместное внедрение этанола окажет ощутимое влияние на мировую экономику. И, разумеется, найдутся те, чьи интересы пострадают. Пример: так называемый саммит «табачных королей» 1988 года, где боссы крупнейших компаний обсуждали, как бы нейтрализовать политику ВОЗ по борьбе с курением. И есть ли гарантия, что подобные действия не предпринимают сейчас все те, кто почувствовал угрозу нефтяному бизнесу? Всё-таки, как ни крути, а внедрение биотоплива — это вопрос не столько научный и экономический. Здесь вступает в дело большая политика.

www.drive.ru

---

• 
  Как это устроено двигатель
• 
  Паровой реактивный двигатель
• 
  Двигатель второго этапа 2018 пак фа
• 
  Двигатель необычный
• 
  Двигатель lsx
• 
  Паровой мини двигатель
• 
  Ракетный двигатель модельный
• 
  Паровой двигатель как устроен
• 
  Самый маленький бензиновый двигатель
• 
  Двигатель изделие 99
• 
  Мотоциклетный двигатель