Альтернативные виды авто топлива

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.

Дизель и спирт

Адаптировать дизельный  мотор для сжигания в его цилиндрах  спирта гораздо сложнее. 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.

После переоборудования двигатели  могут работать на метаноле, этаноле, сжатом и сжиженном природном  газах.

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

Теплота сгорания метанола в 2,24 раза меньше, чем у бензина. Метанол  имеет более высокую скрытую  теплоту испарения, низкую упругость  паров, низкую температуру кипения, повышенную гигроскопичность и повышенную склонность к образованию с некоторыми составляющими бензина азеотропных  смесей, а также повышенную склонность к калильному сжиганию.

Помимо этого, метанол  обладает повышенной коррозийной агрессивностью к металлам и некоторым пластмассам. Пары метанола токсичнее паров бензина  и вызывают сильные отравления при  попадании в организм человека, слепоту  и даже летальный исход.

В качестве положительных  свойств метанола можно указать  его высокую детонационную стойкость  и более высокие скорости сгорания топливовоздушных смесей. При этом низкая теплота сгорания не снижает  мощностных показателей двигателя, так как их определяющим фактором является не теплота сгорания топлива, а теплота сгорания единицы массы  топливообразующей смеси, которая  у метаноловоздушных смесей на 3-5% выше, чем у бензинов. Стоит сказать, что при этом и метанола требуется  в 2,3 раза больше.

Высокая скрытая теплота  испарения метанола (в 3,66 раза выше, чем у бензина) оказывает качественное влияние на процесс смесеобразования. В первую очередь, этот факт является причиной худших пусковых качеств холодного  двигателя при низких температурах. С другой стороны, это свойство метанола ведет к уменьшению теплонапряженности деталей двигателя и увеличению весового наполнения цилиндров свежим зарядом, что способствует увеличению мощности двигателя.

Кроме всего прочего, при  использовании метанола существенно  ниже загрязнение атмосферы, ниже нагарообразование  на рабочих поверхностях камеры сгорания и меньшее закоксование деталей цилиндропоршневой группы.

Диметоксиметан (метилаль)

Вполне вероятно, это вещество станет перспективным топливом, получаемым на базе метанола. Это бесцветная прозрачная жидкость с высоким содержанием  кислорода (42%). Уже не раз проводились  испытания этого продукта, которые  показали хорошие результаты в отношении  технических характеристик двигателей и низкой эмиссии дыма. Диметоксиметан улучшает смазывающую способность  дизельного топлива и полностью  смешивается с этим топливом при  всех температурах.

Он изготавливается путем  метоксилирования формальдегида метанолом. Являясь превосходным окислителем  дизельного топлива, его использование  может стать одним из вариантов  уменьшения образования дыма от сжигания дизельного топлива.

В заключение уделим несколько  слов будущему альтернативных топлив. Их применение, за исключением углеводородных газов, уже использующихся на практике, - пока еще далекая перспектива. В  данный момент на очереди спирты и  диметиловый эфир. Не стоит забывать, что темпы внедрения экологических  технологий на транспорте во многом обуславливаются  политикой государства и являются показателем высокой технической  и экологической культуры нации.

В завершение хотелось бы указать, что в наше время горюче-смазочные  материалы используются практически  во всех отраслях народного хозяйства, предприятиями всех форм собственности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

История развития человечества теснейшим образом  связана с получением и использованием энергии. Издавна в качестве основных источников энергии, использовались дрова (и сейчас тоже), торф, древесный уголь, вода, ветер. Также с древнейших времен известны уголь и нефть.

История нефти насчитывает  тысячи лет. Различные памятники  древности свидетельствуют о  том, что Она применялась задолго  до нашей эры. Так, обнаружены (раскопками) следы нефтяного промысла, существовавшего  за 6-4 тысячи лет до нашей эры на берегу Ефрата. Нефтяная смола здесь  применялась в качестве цемента  при постройке города УР и как  гидроизоляция при возведении тоннеля  под рекой Евфрат.

Практическая ценность топлива определяется количеством  теплоты, выделяющимся при его полном сгорании.

(Так при сгорании 1 кг древесины выделяется теплота,  равная 10,2 мДж/кг, каменного угля -22 мДж/кг, бензина - 44 мДж/кг.)

Основной недостаток природного топлива - его крайне медленная  восполняемость. Существующие ныне запасы образовывались десятки и сотни  миллионов лет назад. В тоже время  добыча топлива непрерывно увеличивается.

Шведские ученые полагают, что бытующее представление  об общемировых природных запасах  нефти в размере 18 трлн барр., из которых  до настоящего времени был израсходован только 1 трлн, является "совершенно нереалистичным". Согласно их данным, в настоящий момент мировые запасы нефти составляют всего 3,5 трлн барр. Если учесть, что ежегодно человечество потребляет около 25 млрд. барр. нефти  и эта цифра имеет тенденцию  к росту, предположение, что кризис ресурсов возможен уже в ближайшие 2-3 десятилетия, видится вполне обоснованным. По самым пессимистичным подсчетам  Межправительственной группы по климатическим  изменениям, мировые ресурсы нефти  на данный момент составляют 5 трлн барр. (03.10.2003)

Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам - в  отличие от органического топлива  они непрерывно возобновляются. Но гидроэнергетические ресурсы неспособны, дать необходимое количество энергии.

Вот почему важнейшей  проблемой энергетики стала проблема изыскания новых источников энергии, в частности ядерной энергии, энергии солнечного излучения, внутреннего  тепла Земли.

Одним из перспективных  источников энергии является водород. Его выделяют из обыкновенной воды, и это не единственный способ его  получения, он хорошо хранится и транспортируется в газообразном, жидком и твердом  виде. Газ удобно хранить в подземных  хранилищах, жидкость - в резервуарах. Одного резервуара объемом 3500м в  кубе хватало бы для снабжения  энергией в течение целого года небольшого городка с 20-ти тысячным населением.

Для того чтобы  получать водород в больших количествах  необходимо в дали от населенных пунктов  на берегу моря можно поставить мощные атомные, а в будущем термоядерные реакторы. При этом энергия атома  пойдет не только для производства электроэнергии, но и на разложение воды. По одному трубопроводу диаметром 900 мм можно передать энергопоток  мощностью свыше 12000 мВт.

Учёные Научно-исследовательского института энергетики США работают над проектом сверхпроводящей энергосети для доставки электричества и  водородного топлива по всей стране. Способность к передаче больших  объёмов энергии и доставка альтернативного  топлива - водорода – делает новую  сеть очень перспективной сетью. Её внедрение значительно ускорило бы отказ от традиционного сжигания углеводородов.

Переход на водородное топливо имеет и еще одну привлекательную  сторону. Если каменный уголь, нефть, газ  расходуется безвозвратно, то водород  может участвовать в круговороте  энергии сколько угодно: сгорая, он, превращается в водяной пар, затем  в воду.

Все идет к тому, что основным топливом в автомобильных  двигателях станет электричество. Вот  только как его получить? По всей видимости, самым эффективным, компактным и безвредным способом является использование  водорода в так называемых топливных  элементах.

Топливный элемент - это электрохимическое устройство, которое превращает топливо в  электричество без горения. В  качестве топлива можно использовать природный газ, метанол, бензин или  нефть. При работе топливный элемент  выделяет только тепло и водяной  пар.

Идея их использования  не так уж и нова. Еще в 1839 году англичанин сэр Уильям Гроув разработал принципы их функционирования. Начиная  с 60-х NASA стала использовать щелочные топливные элементы в космосе. И  уже сейчас серийно выпускаются  электростанции на топливных элементах  с мощностью до 200 кВт.

У топливных элементов  есть несколько больших преимуществ. Во-первых, они намного более эффективны по сравнению с любыми другими  способами генерации электрической  энергии, особенно - с двигателями  внутреннего сгорания. Электроэнергия в элементах вырабатывается непосредственно  из химических реакций. В этом случае не требуется промежуточных механических звеньев, использующихся в большинстве  электростанций и снижающих эффективность. Кроме того, следует отметить экологическую чистоту и удобство топливных элементов. Они не выделяют токсичных веществ и работают практически бесшумно.

Пока что получение  водорода современными методами (из природного газа или электролизом воды) требует  больше энергии, чем полученный водород  может дать. Тем не менее, после  исчерпания месторождений источников нефти и газа он может стать  единственным доступным видом автомобильного топлива. Именно по этой причине, практически  все крупные автомобильные компании вкладывают в разработку двигателей на водороде огромные средства.

 

Так что сейчас у человечества есть много путей, по которым можно пойти. Кроме  рассмотренных в этой работе вариантов  есть и многие другие пути, которые  уже разработаны или еще разрабатываются, но не рассмотрены в этой работе и решать по какому пути пойдет население  планеты предстоит решать новым  ученым, изобретателям и инженерам, возможно выпускникам МГАТХТ.