Использования спиртов в качестве топлива

Содержание:

2 стр. Введение 

5 стр. Глава 1 Загрязнение  воздуха отработавшими газами  автомобилей

9 стр. Глава 2. Альтернативные виды топлива

23 стр. Глава  3. Перспективы индустрии биотоплива  в России.

26 стр. Глава 4 Выбор  проекта

29 стр. Глава 4.1 Модернизация  проекта

31 стр. Глава 5 Анализ проекта и вывод

34 стр. Список используемой  литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Чем больше в мире производится автомобилей, тем значительнее интерес  к альтернативным бензину видам  топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах  все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое  из растительного сырья - рапса, конопли, бананов, бобовых, цитрусовых. В шести  государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое  топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в  топливном балансе не превышает 0,3%.

Появление в конце 19-го века двигателя внутреннего  сгорания дало старт серийному производству автомобилей в начале 20-го века. Прошло немногим более 100 лет, а двигатель  внутреннего сгорания по-прежнему стоит  на вооружении мировых автопроизводителей. В течение века в нем были сделаны определенные усовершенствования, относящиеся к разряду малых инноваций. Например, появление в 50-х годах прошлого века инжекторных двигателей на заводах Ferrari, увеличения количества цилиндров, клапанов, борьба за сокращение расхода топлива и т.д.

Не изменился  только сам принцип работы двигателя: вот уже более 100 лет в качестве топлива активно используется продукты переработки нефти: бензин, дизельное  топливо, газ. В последнее время  стали разрабатывать водородный двигатель, в качестве топлива, использующий воду. В любом случае ничего лучше  двигателя внутреннего сгорания человечество пока не придумало.

На сегодняшний  день, когда число автомобилей  на дорогах и объемы потребления  топлива и цены на топливо резко  возросли, актуализировался вопрос о  том, на каком топливе дальше ездить. Нефть и бензин соответственно дорожают. Газ, используемый в качестве топлива, является побочным продуктом переработки нефти и тоже растет в цене.

Развитый  мир принял решение обратиться к  прошлому опыту. Первые автомобили, в  том числе и в России во время  революции, ездили на спирте. Сегодня  спирт (С₂Н₅ОН - этанол) получил модное название – биотопливо, биоэтанол. Также появился биодизель.

Несколько слов о самом биотопливе.

Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород). Самое древний вид биотоплива - это дрова.

 

 – Виды  биотоплива

В центре нашего внимания будет биоэтанол  и биодизель. Смесь этанола с бензином обозначается буквой Е. Цифрой у буквы Е обозначается процентное содержание этанола. Е85 — означает смесь из 85% этанола и 15% бензина. Смеси до 20% содержания этанола могут применяться на любом автомобиле. Однако, некоторые производители автомобилей ограничивают гарантию при использовании смеси с содержанием более 10% этанола. Смеси, содержащие более 20% этанола, во многих случаях требуют внесения изменения в систему зажигания автомобиля. Автопроизводители выпускают автомобили, способные работать и на бензине и на Е85. Такие автомобили называются «Flex-Fuel» (гибридные). Смесь биодизеля с дизельным топливом обозначается буквой B. Как и биоэтанол, в чистом виде биодизель может использоваться в автомобилях без доработки двигателей. Ну а вообще зачем нам биотопливо? Конечно можно использовать нефть и нефтепродукты, но они не вечны по прогнозам специалистов через 30-45 лет нефть кончится на земле и тогда наступит энергетический кризис. Но это в том случаи если мы еще доживем до этого момента ведь уже сейчас на Земле идет «Глобальное потепление» и всему виной мы, автомобили и само топливо.

 

 

Глава 1. Загрязнение  воздуха отработавшими газами автомобилей

 

Основная причина загрязнения  воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% «летит на ветер». К  тому же камеры сгорания автомобильного двигателя – это своеобразный химический реактор, синтезирующий  ядовитые вещества и выбрасывающий  их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые окислы азота.

В отработавших газах двигателя  внутреннего сгорания (ДВС) содержится свыше 170 вредных компонентов, из них  около 160 – производные углеводородов, прямо обязанные своим появлением неполному сгоранию топлива в  двигателе. Наличие в отработавших газах вредных веществ обусловлено  в конечном итоге видом и условиями  сгорания топлива.

Отработавшие газы, продукты износа механических частей и покрышек автомобиля, а также дорожного  покрытия составляют около половины атмосферных выбросов антропогенного происхождения. Наиболее исследованными являются выбросы двигателя и  картера автомобиля. В состав этих выбросов, помимо азота, кислорода, углекислого  газа и воды, входят такие вредные  компоненты, как окись углерода, углеводороды, окислы азота и серы, твёрдые частицы.

Состав отработавших газов  зависит от рода применяемых топлива, присадок и масел, режимов работы двигателя, его технического состояния, условий движения автомобиля и др. Токсичность отработавших газов  карбюраторных двигателей обуславливается  главным образом содержанием  окиси углерода и окислов азота, а дизельных двигателей – окислов  азота и сажи.

К числу вредных компонентов  относятся и твёрдые выбросы, содержащие свинец и сажу, на поверхности  которой адсорбируются циклические  углеводороды (некоторые из них обладают канцерогенными свойствами). Закономерности распространения в окружающей среде  твёрдых выбросов отличаются от закономерностей, характерных для газообразных продуктов. Крупные фракции (диаметром более 1 мм), оседая поблизости от центра эмиссии на поверхности почвы и растений, в конечном счете, накапливаются в верхнем слое почвы. Мелкие фракции (диаметром менее 1 мм) образуют аэрозоли и распространяются с воздушными массами на большие расстояния.

В таблице основных загрязнителей  воздушной среды, составленной Организацией Объединённых Наций, окись углерода, помеченная силуэтом автомобиля, стоит  на втором месте.

Двигаясь со скоростью 80-90 км/ч в среднем,  автомобиль превращает в углекислоту столько же кислорода, сколько 300-350 человек. Но дело не только в углекислоте. Годовой выхлоп одного автомобиля – это 800 кг окиси углерода, 40 кг окислов азота и более 200 кг различных углеводородов. В этом наборе весьма коварна окись углерода. Из-за высокой токсичности её допустимая концентрация в атмосферном воздухе не должна превышать 1 мг/м3. Известны случаи трагической гибели людей, запускавших двигатели автомобилей при закрытых воротах гаража. В одноместном гараже смертельная концентрация окиси углерода возникает уже через 2-3 минуты после включения стартера. В холодное время года, остановившись для ночлега на обочине дороги, неопытные водители иногда включают двигатель для обогрева машины. Из-за проникновения окиси углерода в кабину такой ночлег может оказаться последним.

Окислы азота токсичны для человека и, кроме того, обладают раздражающим действием. Особо опасной  составляющей отработавших газов являются канцерогенные углеводороды, обнаруживаемые, прежде всего, на перекрёстках у светофоров (до 6,4 мкг/100 м³, что в 3 раза больше, чем в середине квартала).

При использовании этилированного бензина автомобильный двигатель  выбрасывает соединения свинца. Свинец опасен тем, что способен накапливаться, как во внешней среде, так и  в организме человека.

Уровень загазованности магистралей  и примагистральных территорий зависит от интенсивности движения автомобилей, ширины и рельефа улицы, скорости ветра, доли грузового транспорта и автобусов в общем потоке и других факторов. При интенсивности движения 500 транспортных единиц в час концентрация окиси углерода на открытой территории на расстоянии 30-40 м от автомагистрали снижается в 3 раза и достигает нормы. Затруднено рассеивание выбросов автомобилей на тесных улицах. В итоге практически все жители города испытывают на себе вредное влияние загрязнённого воздуха.

На скорость распространения  загрязнения и концентрацию его  в отдельных зонах города значительно  влияют температурные инверсии. В  основном, они характерны для севера европейской части России, Сибири, Дальнего Востока и возникают, как  правило, при штилевой погоде (75% случаев) или при слабых ветрах (от 1 до 4 м/с). Инверсионный слой выполняет роль экрана, от которого на землю отражается факел вредных веществ, в результате чего их приземные концентрации возрастают в несколько раз.

Из соединений металлов, входящих в состав твёрдых выбросов автомобилей, наиболее изученными являются соединения свинца. Это обусловлено  тем, что соединения свинца, поступая в организм человека и теплокровных животных с водой, воздухом и пищей, оказывают на него наиболее вредное  действие. До 50% дневного поступления  свинца в организм приходится на воздух, в котором значительную долю составляют отработавшие газы автомобилей.

Поступления углеводородов  в атмосферный воздух происходит не только при работе автомобилей, но и при разливе бензина. По данным американских исследователей в Лос-Анджелесе  за сутки испаряется в воздух около 350 тонн бензина. И повинен в этом не столько автомобиль, сколько сам  человек. Чуть-чуть пролили при заливке  бензина в цистерну, забыли плотно закрыть крышку при перевозке, плеснули на землю при заправке на автозаправочной  станции, и в воздух потянулись различные  углеводороды.

Каждый автомобилист знает: вылить из шланга весь бензин в бак  практически невозможно, какая-то часть  его из ствола «пистолета» обязательно  выплёскивается на землю. Немного. Но сколько  сегодня у нас автомобилей? И  с каждым годом их число будет  расти, а, значит, будут увеличиваться  и вредные испарения в атмосферу. Лишь 300 г бензина, пролитого при заправке автомобиля, загрязняют 200 тысяч кубических метров воздуха. Самый простой путь решения проблемы – создать заправочные автоматы новой конструкции, не позволяющие пролиться на землю даже одной капле бензина.

 

Глава 2. Альтернативные виды топлива

Нефть сегодня - основной и  наиболее востребованный энергоресурс. Однако ее запасы катастрофически заканчиваются, и уже понятно, что наступает  закат нефтяной эры. Чем заправляться будем?

Экологические аспекты применения биотоплива показывают, что применение биотоплива экологически безвредно. Биоэтанол как топливо нейтрален в качестве источника парниковых газов, обладает нулевым балансом диоксида углерода, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO₂, сколько до этого было связано из атмосферы использованными для его производства растениями.

В 2006 году применение этанола  в США позволило сократить  выбросы около 8 млн. тонн парниковых газов (в СО₂ эквиваленте), что примерно равно годовым выхлопам 1,21 млн. автомобилей. Однако для производства в развивающихся странах активно вырубаются леса, в том числе и ливневые, под плантации соответствующих культур. Это уже наносит вред окружающей среде. Также приоритет технических культур актуализирует проблему голода в развивающихся странах. Альтернативные виды топлива можно классифицировать следующим образом:

- по составу: углеводородно-кислотные (спирты), эфиры, эстеры, водородные топлива с добавками;

- по агрегатному состоянию:  жидкие, газообразные, твердые;

- по объемам использования:  целиком, в качестве добавок;

- по источникам сырья:  из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа, электроэнергии и  др.

Глава 2.1 Основные виды «Альтернативного топлива»

Первоначально основным назначением  альтернативных топлив считалась замена ими топлив из традиционного нефтяного  сырья, ресурсы которого ограничены.

Рассмотрим каждый из наиболее распространенных видов альтернативного  топлива более подробно:

1. Природный газ

Природный газ в большинстве  стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного  топлива. Природный газ в качестве моторного топлива может применяться  как в виде компримированного, сжатого  до давления 200 атмосфер, газа, так и  в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжижается при давлении 6-8 бар. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн. машин, работающих на LPG.

2. Газовый конденсат

Использование газовых конденсатов  в качестве моторного топлива  сведено к минимуму из-за следующих  недостатков: вредное воздействие  на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение удельного  расхода топлива.

3. Диметилэфир

Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя. На сегодняшний день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тыс. т в год. В последние годы разрабатываются технологические процессы получения диметилэфира из синтетического горючего газа, производимого из угля. В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.