Альтернативные виды топлива

Эпоха двигателей внутреннего сгорания приближается к своему концу. И на это есть две существенных причины. Первая - запасы нефти неуклонно истощаются, что вызывает стабильный рост ее стоимости. Специалисты считают, что после 2020 года добыча нефти пойдет на убыль. И вторая — растущие выбросы углекислого газа, который создает в атмосфере парниковый эффект, вызывающий глобальное потепление. Поэтому ученые, а вместе с ними и автопроизводители находятся в лихорадочном поиске новых источников энергии.

Биоэтанол

У этого вида топлива есть как приверженцы, так и ярые противники. Неоспоримым его достоинством, которое признают все, является существенное снижение выброса вредных веществ, что позволяет укладываться с запасом во все существующие экологические нормы. Самыми крупными потребителями этанола являются США и Бразилия, в Европе - Швеция. Американцы производят его из кукурузы, бразильцы — из сахарного тростника. В этих же странах распространены и Flex-Fuel (FFV) автомобили, которые могут работать и на бензине, и на его смеси с этанолом в любом соотношении.

Этанол в автомобилях применяется не в чистом виде, а в смеси с бензином в разных пропорциях. Топливо Е-10 содержит 10% этанола и 90% бензина, топливо E-85 соответственно 85% этанола и 15% бензина. Все современные автомобили могут без переделок заправляться Е-10. При большей концентрации этанола необходимы изменения в двигателе и системе питания: другие топливный бак и топливопроводы; уплотнения, устойчивые к воздействию не только бензина, но и спирта; требуется перепрошивка блока управления; более стойкие клапана и их седла. Этанол гигроскопичен, то есть легко впитывает воду, что может привести к коррозии деталей топливной системы. Если автомобиль эксплуатируется при низких температурах, в топливной системе может образоваться лед. Поэтому FFV автомобилям необходим предварительный предпусковой подогрев топлива.

Сторонники этанола утверждают, что при его использовании работа двигателя улучшается: снижается риск детонации, так как октановое число этанола выше, чем у бензина; двигатель не перегревается; форсунки не загрязняются. Противники заявляют, что мощность двигателя, работающего на этаноле, снижается, так как при его сгорании в цилиндрах выделятся на треть меньше энергии, чем при сгорании бензина. А это значит, что неизбежно возрастет расход топлива — и экономии не выйдет, получите только «зеленый» эффект.

А возможен переход на биоэтанол в мировом масштабе? Вряд ли. Для получения такого количества топлива необходимо будет засеять дополнительно огромные площади. В Бразилии, например, для этого вырубаются леса Амазонки. А что будет в масштабе всей планеты? При производстве этанола в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа — к чему же тогда огород городить? Ну, и последний аргумент противников биоэтанола звучит более чем убедительно: если все сельское хозяйство планеты будет производить сырье для топлива, то что же тогда мы станем есть? Поэтому, скорее всего, биоэтанол останется топливом «регионального», а не мирового применения.

Биодизель

А что же с дизелем, спросят сторонники этого типа ДВС? Не волнуйтесь, для вас тоже существует биотопливо, которое так и называется – биодизель. Биодизель является продуктом переработки растительного масла, сырьем для которого чаще всего служат рапс, соя или подсолнечник. Немногие, кстати знают, что первые двигатели, изготовленные Рудольфом Дизелем, работали вовсе не на солярке, а на арахисовом масле.

На автомобилях биодизель применяется в смеси с соляркой. Обозначения такого топлива зависят от процентного содержания в нем биодизеля. Например: В-20 – 20% биодизеля, 80% обычного дизтоплива. В отличие от биоэтанола для применения биодизеля нет необходимости в доработке двигателя и топливной системы. Такое топливо имеет более высокое цетановое число, лучшие смазочные свойства и меньшее содержание серы, чем обычная солярка. Все эти достоинства способствуют увеличению ресурса двигателя. Ну, и главным достоинством биодизеля является снижение выбросов вредных веществ в атмосферу – ради этого ведь все и затевалось!

А недостатки? Их тоже немало. Мощность двигателя при использовании биодизеля снижается, а расход топлива увеличивается. При низких температурах в топливной системе образуются отложения воска. Биодизель более агрессивен к резиновым деталям. Срок его хранения – не более 3 месяцев, иначе он разлагается.

Но самый большой недостаток - то, что производство биодизеля существенно нагружает окружающую среду. Масличные культуры сильно истощают почву. Поэтому приходится увеличивать количество вносимых удобрений, остатки которых загрязняют подземные воды. Кроме того, как и в случае с биоэтанолом, сторонники биодизеля должны задать себе вопрос: что важнее – экологичная солярка в баке, или еда на столе?

Биогаз

Решить эту проблему призваны биотоплива второго поколения, к которым относится и биогаз. Биогаз — это продукт переработки различных видов пищевых и сельскохозяйственных отходов, навоза и другого мусора. Не зря его еще называют «канализационный газ». Состоит биогаз из метана и углекислого газа. Для применения в автомобилях его предварительно очищают от углекислого газа и получают биометан. По своим свойствам это аналог природного метана, разница лишь в происхождении.

К достоинствам биогаза относят низкую концентрацию вредных веществ в выхлопных газах, высокую антидетонационную стойкость. Также утверждается, что газ не смывает масляную пленку со стенок цилиндров, увеличивая тем самым ресурс двигателя.

Недостатки - низкая теплотворная способность, а, значит, повышенный расход; необходимость заправки в тяжелые баллоны. Поэтому основная область его применения — общественный и грузовой городской транспорт.

Биотопливо третьего поколения

Биотопливо третьего поколения вырабатывается из водорослей, но до его практического применения пока еще далеко. В отличие от сырья для первого и второго поколений, водоросли можно выращивать на землях и в водоемах, непригодных для сельского хозяйства или. Также для их выращивания могут использоваться и закрытые фитобиореакторы. По мере роста водоросли накапливают жиры и биомасла, имеющие молекулярную структуру, аналогичную традиционной нефти. Причем рост происходит посредством естественного фотосинтеза, для которого требуется солнечный свет, вода и углекислый газ, а также питательные вещества. Растущие водоросли потребляют углекислый газ, обеспечивая снижение объемов парниковых газов в атмосфере. Водоросли вырабатывают больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занимаемых площадей, чем источники биотоплива на базе сельскохозяйственных культур. Водоросли могут вырабатывать более 2000 галлонов топлива с акра занимаемых площадей в год. Примерный выход топлива, получаемого из других источников, намного ниже: пальма – 650 галлонов, сахарный тростник – 450 галлонов, кукуруза – 250 галлонов, соя – 50 галлонов.

Перспективы биотоплива

Каковы перспективы использования биотоплива? Если еще не так давно они были довольно радужными, то с началом массового производства биодизеля и биоэтанола возникли социальные, экономические и даже экологические проблемы. Основные из них — рост цен на продовольствие; истощение почв энергетическими культурами; вырубка лесов с целью создания новых посевных площадей для «топливных» культур, и, как следствие, изменение климата; продвижение генномодифицированных культур как сырья для биотоплива.

Все сказанное относится, главным образом, к биотопливам первого поколения. Производство топлива второго поколения еще не набрало достаточных промышленных масштабов и поэтому судить о возможных рисках еще рано. В любом случае ясно, что человечество не перейдет в мировом масштабе на биотопливо, а его доля в общей структуре потребления вряд ли превысит 5%.