Альтернативні види палива, запропоновані замість традиційних вуглеводнів
Що ж було запропоновано провідними фахівцями світу в якості альтернативи звичайному бензину і дизельного палива.
Чому нафтопродукти так складно замінити.
Так склалося, що в серйозній сутичці різних концепцій теплових двигунів перемогла конструкція, яка використовує високоякісне нафтове паливо, як найбільш вигідна нафтовим магнатам і хімічним корпораціям. Саме застосування в якості палива продуктів переробки нафти фактично дало величезні переваги одних фінансових груп перед іншими. Пригадати історію старого Джона Рокфеллера, який став першим офіційним доларовим мільярдером на початку минулого століття. Зараз його стан, в перерахунку за сучасним курсом, обчислювалося б сотнями мільярдів живих грошей. Могутність такої фінансової махини складно переоцінити навіть після стількох років.
Розвиток техніки двигунів транспортних засобів пішло по шляху використання вуглеводневого палива. Залежність від світових видобувають нафту компаній, цін на продукти її переробки, є дуже потужним стимулом для постійних пошуків заміни основи енергоносіїв більш гнучким і доступним сировиною. Безліч наукових світил і лабораторій шукають відповідь - як піти від нафтової петлі. За більш ніж 70 річну історію сучасного післявоєнного світу подібні спроби не припинялися ні на хвилину.
У підсумку, для двигуна внутрішнього згоряння було запропоновано:
1. Водородное паливо, дуже перспективне, але складне і дороге в обігу;
2. Ацетилен в газоподібному стані,
3. Аміак і суміші аміаку з воднем;
4. Вугілля і деревина, в дрібнодисперсному стані;
5. Відходи лісової та вугільної промисловості, перероблені для газогенераторних котлів;
6. Спиртові види палива;
7. Ріпакова, кокосова, пальмова олії.
Важливим, найголовнішою перевагою перерахованих спроб є той факт, що майже всі зазначені замінники вуглеводнів по своїй суті, являють собою продукти, отримані з поновлюваних або поновлюваних ресурсів.
Їх можна легко синтезувати, налагодити промислове виробництво в широченних масштабах, питання впирається в ціну такого відтворення. Чим масштабніша буде виробництво, тим дешевше в кінцевому підсумку вийти сурогат-замінник.
Є маленький нюанс - штучні або синтетичні вуглеводні давно і успішно синтезують як у вигляді нафти, так і у вигляді конкретних товарних продуктів, але їх вартість в рази дорожче нафтопродуктів, що добуваються з природних джерел. Якщо для сировини буде запропонований дешевий ресурс, загроза витіснення природного нафти синтетичної стане реальністю
1.Водородное паливо або водень.
Ідеальне паливо, за питомими енергетичними показниками перевершує бензин в кілька разів. Одного кілограма водню легковому автомобілю середнього класу досить для того, що б проїхати більше сотні кілометрів. Практично не завдає шкоди навколишньому середовищу. Зберігати водень вкрай важко. У зрідженому стані для цього потрібні складні криогенні баки, в газоподібному - важкі гідридні системи, що дають запас в десяту частину своєї ваги. Незважаючи на всі розмови про небезпеку пожеж, водень є досить безпечним газом, при витоку, в силу своєї легкості, він миттєво випаровується. Безсумнівно, за воднем майбутнє. Правда, станеться вона не раніше, ніж промисловість отримає технології дешевого виробництва і зберігання.
Нам добре відомий ацетилен в якості незамінного засобу для газового зварювання і хімічного синтезу. А тим часом саме ацетилен був запропонований на зорі двигунобудування одним з перших кандидатів в якості автомобільного палива.
Застосування ацетилену в якості моторного палива має цікаві особливості - газ здатний займатися і згоряти при збідненості паливо-повітряної суміші до таких катастрофічних меж, в яких інші палива відмовляються займатися навіть в умовах факельного запалювання суміші. Така характеристика ацетилену дозволяє побудувати двигун з унікальними по економічності характеристиками. Псує репутацію чудового палива здатність ацетилену до непередбачуваних мимовільним вибухам, особливо при наявності ініціаторів - солей кольорових металів, окалини, вуглецевих відкладень. У рідкому стані ацетилен зберігати вкрай важко - найменше підвищення тиску, удар або підвищена температура призводить до вибухового розкладання речовини. Вартість виробництва ацетилену поки що не може конкурувати з дешевими продуктами переробки природного нафти.
Дуже дешевий і безпечний в зберіганні газ, виробництво якого в світі досягає масштабів порівнянних з рівнем переробки нефтегазохимических продуктів. Має знижену масову енергоємність (приблизно в 2,5 рази менше бензину), але октанове число на рівні 120-130 одиниць, що дозволяє спалювати аміак при підвищених ступенях стиснення паливо-повітряної суміші (практично вдвічі більше бензинових). При температурах навколишнього середовища аміак легко переходить в рідкий стан під тиском в 6-7 атмосфер.
До недоліків можна віднести низьку швидкість горіння суміші, що не дозволяє будувати високооборотні двигуни. З кольоровими металами, особливо з міддю аміак проявляє найвищу корозійну активність. Останній фактор вимагає застосування спеціальних захисних покриттів, хороших ізоляції паливних систем.
В експериментах по спалюванню аміаку в дизельних двигунах, з добавкою 30% палива, що впорскується дизельного палива, було досягнуто збільшення індикаторного ККД від 10 до 35 відсотків. Рекордним були 46 відсотків, без застосування додаткових систем економії палива.
4. Вугілля і деревина
Перший двигун внутрішнього згоряння на пилоподібному вугіллі був побудований в 1928 році інженером Р.Павліковскім і показав дуже непоганий 31% ККД при частоті обертання валу 166 оборотів в хвилину. Вугільний пил вдувати в камеру згоряння спеціальної пневматичною системою і після згоряння також продувалася повітрям для видалення зольних відкладень. При всіх своїх недоліках такі двигуни випускалися малими кількостями і використовувалися в країнах Африки для стаціонарних насосів і електрогенераторів. Є дані про роботу окремих таких агрегатів протягом десятка років без капремонту і обслуговування.
5. Газогенераторні системи
Застосування в транспортній галузі генераторних газів для живлення двигунів внутрішнього згоряння давно відійшло від схем величезних і громіздких котлів, в яких утилізували паливний матеріал. В даний час газогенератори виготовляються у вигляді компактних і високопродуктивних пристроїв, здатних переробляти тільки певний вид палива.
Практично всі схеми газогенераторів мають прикладний характер і спрямовані для отримання горючої газової суміші саме як додаткового палива на додаток до основного. Має широке поширення в якості підігрівають пускових пристроїв двигунів великої потужності.
6. Спиртові палива
Найперспективніший рішення, дуже серйозно потіснити вуглеводні на ринку палив для легкового автотранспорту. Безліч позитивних сторін, таких як величезна сировинна база для виробництва, низька токсичність палива і вихлопних газів, сталість фізико-хімічних параметрів навіть при тривалому зберіганні, при дотриманні умов зберігання.
У таких країнах, як Бразилія, етиловий спирт на 99 відсотків замінив бензин і фактично ліквідував залежність країни від примх нафтових картелів. У всьому світі застосування паливних сумішей бензину зі спиртом практично займає не менше половини ринку.
Існуючі системи ДВС практично не вимагає значних переробок паливних систем двигунів. Нові легкові автомобілі випускаються адаптовані в своїй конструкції до потенційного застосування спирту або спиртсодержащих бензинів.
Масовому застосуванню спирту і алкогольної компонентів перешкоджає необхідність долати опір нафтового лобі і основних торгових мереж, для яких перехід на спирт означає часткову втрату прибутковості бізнесу.
7. Ріпакова і соєва олії.
Прагнення отримати максимально екологічно безпечний автомобіль спонукало ряд провідних автомобільних компаній світу, за значної фінансової підтримки урядів, зайнятися пошуком гідної заміни дизельного палива. Проблема екології стояла дуже гостро. Смог і загазованість міських кварталів перетворилися в постійний отруйний фактор. До того ж, висока ціна на дизельне паливо і його варіанти рослинного походження могли серйозно допомогти в забезпеченні замовленнями фермерів і великих сільгоспвиробників.
В якості таких замінників були запропоновані рослинні масла. Випробування показали непогані показники роботи, за винятком підвищеного коксування форсунок дизелів і поява відкладень у вигляді міцних, незмивних плівок на деталях поршневої групи дизелів. Вихід був знайдений у вигляді глибокої переробки рослинних масел з метиловим спиртом. Така обробка в умовах підвищеної температури і тиску давали паливо, за характеристиками практично ідентичне хорошому дизельному паливу.
Крім рослинних масел були випробувані різного роду тваринні жири і навіть риб'ячий жир, але серйозно говорити про промислове використання подібних палив не доводиться в силу малої сировинної бази.