Автомобили на альтернативном топливе

Содержание

Автомобиль на водородном топливе

Автомобили на альтернативном топливе

Современное автомобилестроение развивается с акцентом на производство более экологичных транспортных средств. Это обусловлено развернувшейся во всём мире борьбой за чистоту атмосферного воздуха путём снижения выбросов углекислого газа.

Постоянный рост цен на бензин также заставляет производителей искать другие источники энергии.

Многие ведущие автостроительные концерны постепенно переходят к серийному производству машин, работающих на альтернативном топливе, что уже в самом ближайшем будущем приведёт к появлению на автодорогах мира достаточного количества не только электрокаров, но также авто с двигателями, работающими от водородного топлива.

Принцип работы водородных автомобилей

Авто, работающее на водороде, призвано снизить атмосферные выбросы углекислого газа, а также других вредных примесей. Использование водорода для приведения в движение колёсного транспортного средства, возможно двумя различными способами:

  • применением водородного двигателя внутреннего сгорания (ВДВС);
  • установкой силового электрического агрегата, работающего от водородных элементов (ВЭ).

В то время, как мы привыкли заполнять бензином или дизельным топливом свой автомобиль, новое чудо – работает на наиболее распространенном элементе во вселенной — водороде

ВДВС представляет собой аналог широко используемых сегодня двигателей, топливом для которых является пропан. Именно эту модель движка проще всего перенастроить для работы от водорода.

Принцип его действия тот же, что у бензинового двигателя, только в камеру сгорания вместо бензина поступает сжиженный водород. Авто с ВЭ – это, фактически, электрокар.

Водород здесь выступает лишь сырьём для выработки электроэнергии, необходимой, чтобы привести в действие электрический мотор.

Водородный элемент состоит из следующих частей:

  • корпуса;
  • мембраны, пропускающей только протоны – она делит ёмкость на две части: анодную и катодную;
  • анода, покрытого катализатором (палладием или платиной);
  • катода с тем же катализатором.

Принцип действия ВЭ построен на физико-химической реакции, состоящей в следующем:

  • Водород подаётся в анодный отсек, где под действием катализатора его молекулы отдают свои электроны аноду.

Газообразный водород заправляют в бак автомобиля так же, как и бензин, а затем особый топливный элемент, производящий химическую реакцию за счет водорода и кислорода, преобразует электроэнергию, которая и является движущей силой машины

  • Образовавшиеся протоны (Н+) поступают в катодную часть ВЭ, свободно проходя через мембрану, куда одновременно подаётся кислород.
  • Электроны устремляются по аноду в цепь питания электродвигателя автомобиля, приводя его в движение.
  • Под действием катализатора, подаваемые на катод электроны, соединяются с протонами (Н+), образуя молекулярный водород. Подача в камеру кислорода, способствует образованию молекул воды.

Таким образом, при движении автомобиля не выделяется углекислый газ, а лишь водяной пар, электричество и окись азота.

Основные характеристики водородных автомобилей

Главные игроки автомобилестроительного рынка уже имеют опытные образцы своей продукции, использующие водород в качестве топлива. Можно уже определённо выделить отдельные технические характеристики таких машин:

  • максимально развиваемую скорость до 140 км/час;
  • средний пробег от одной заправки 300 км (некоторые производители, например, Тойота или Хонда заявляют вдвое большую цифру – 650 или 700 км, соответственно, на одном лишь водороде);
  • время разгона до 100 км/час с нуля – 9 секунд;
  • мощность силовой установки до 153 лошадиных сил.

Этот автомобиль может разогнаться до 179 км/ч, причем до 100 км/ч машина разгоняется за 9.6 секунд и, самое главное, она способна проехать без дополнительной дозаправки 482 км

Совсем неплохие параметры даже для бензиновых двигателей.

Пока ещё не наметился крен в сторону ВДВС, использующего сжиженный Н2 или машин на ВЭ, и непонятно, какой из этих типов двигателей достигнет лучших технических характеристик и экономических показателей.

Но сегодня больше выпущено моделей машин с электроприводом, работающих от ВЭ, которые дают больший КПД. Хотя расход водорода для получения 1 кВт энергии меньше в ВДВС.

К тому же переоснащение ДВС под водород для увеличения КПД требует изменения системы зажигания установки. Не решена пока проблема быстрого прогорания поршней и клапанов из-за более высокой температуры горения водорода. Здесь всё решит дальнейшее развитие обеих технологий, а также динамика цен при переходе к серийному производству.

Плюсы и минусы авто, работающих на водороде

Среди основных преимуществ водородомобилей можно отметить:

  • высокую экологичность, заключающуюся в отсутствии большинства вредных веществ в выхлопах, характерных для работы бензинового двигателя, – углекислого и угарного газа, окиси и диоксидов серы, альдегидов, ароматических углеводородов;
  • более высокий КПД, по сравнению с бензиновыми авто;

В целом авто имеет амбиции покорить весь мир

  • меньший уровень шума от работы двигателя;
  • отсутствие сложных, ненадёжных систем топливоподачи и охлаждения;
  • возможность использования двух видов топлива.

Кроме того, машины, работающие на ВДВС, имеют меньший вес и больше полезного объёма, несмотря на необходимость установки баллонов для топлива.

К недостаткам водородомобилей можно отнести:

  • громоздкость силовой установки при использовании топливных элементов, снижающей маневренность автомобиля;
  • высокую стоимость самих водородных элементов из-за входящих в их состав палладия или платины;
  • несовершенство конструкции и неопределённость в материале изготовления баков для водородного топлива;
  • отсутствие технологии хранения водорода;
  • отсутствие заправок водородом, инфраструктура которых очень слабо развита во всём мире.

Однако, с переходом к массовому выпуску авто, оснащённых водородными силовыми установками, большая часть этих недостатков наверняка будет устранена.

Какие автомобили, использующие водород, уже выпускаются

Производством машин на водородном топливе занимаются такие ведущие мировые автомобилестроительные компании, как BMW, Mazda, Mercedes, Honda, MAN и Toyota, Daimler AG и General Motors.

Среди опытных моделей, а у некоторых производителей уже и мелкосерийных, имеются автомобили, функционирующие только на водороде, или с возможностью использования двух видов топлива, так называемые гибриды.

Уже выпускаются такие модели водородомобилей, как:

  • Ford Focus FCV;
  • Mazda RX-8 hydrogen;
  • Mercedes-Benz A-Class;
  • Honda FCX;
  • Toyota Mirai;
  • Автобусы MAN Lion City Bus и Ford E-450;
  • гибридный автомобиль на два вида топлива BMW Hydrogen 7.

Сегодня можно сказать определённо, что, несмотря на имеющиеся трудности (новое всегда с трудом пробивает себе дорогу), будущее принадлежит более экологичным автомобилям. Автокары, работающие на водородном топливе, составят достойную конкуренцию электромобилям.

Источник: okuzove.ru

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/595e22991410c35451a5c9ba/5963582f4ffd13097577ccae

Автомобили с альтернативными двигателями и видами топлива

Автомобили на альтернативном топливе

Подавляющее большинство автомобилей сегодня оснащены двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе. Некоторые владельцы, желая сэкономить, устанавливают на свой автомобиль газовое оборудование, после чего он ездит на пропане или метане. Но принципиальной разницы с бензиновым вариантом здесь нет, так что это топливо тоже можно считать традиционным.

Автомобили с ДВС не случайно так рапространены. Такие двигатели сравнительно компактны, быстро заводятся, легко заправляются. Но у них есть и минусы. Например, машины с ДВС загрязняют атмосферу, создают много шума, да и запасы нефти на нашей планете не бесконечны. Так что в попытках придумать автомобиль с альтернативным двигателем и источником энергии нет недостатка.

Вокруг альтернативного топлива существует множество легенд и теорий заговора. Многие убеждены, что мы продолжаем ездить на бензине лишь потому, что нефтяные корпорации препятствуют внедрению альтернативных технологий и даже убивают изобретателей.

Тема заговора нефтяных корпораций в сети всплывает очень часто

Правда, надёжных доказательств существования прорывных технологий, вроде двигателей, работающих на воде или на «свободной энергии», пока нет, так что ниже мы рассмотрим достоверно существующие варианты.

Автомобили с ДВС на альтернативном топливе

Самый простой вариант найти альтернативный источник энергии для автомобиля — оставить ДВС, практически не меняя его, но заправлять машину не топливом, сделанным из нефти, а другим видом жидкого топлива. Особенно активно работы в этом направлении развернулись после роста цен на нефть в 2000-х годах.

Чем же можно заменить топливо из нефти? Самая популярная альтернатива бензину — это спирт, обычно этиловый, скрывающийся под названием биоэтанол. Дизельный же двигатель можно заправлять растительным маслом.

Эти виды альтернативного топлива обычно получают при переработке растительных отходов, например, кукурузы или других зерновых, тростника, древесных опилок, водорослей и т. д. Есть проекты по переработке на топливо пластиковых отходов и другого мусора.

Автомобилей, работающих на биотопливе, уже немало, и в некоторых странах, например, в Бразилии, они составляют уже существенную часть. Однако биотопливо всё же довольно дорого, и переход на него нередко подвергается критике из-за того, что косвенным следствием выращивания культур под биотопливо является рост цен на продовольствие.

Подробнее про ДВС на альтернативном топливе читайте в отдельной статье.

Автомобили с паровым двигателем

Этот тип двигателя появился довольно давно, и первые в истории автомобили были оснащены именно им. Ещё в первой половине 20-го века немало автомобилей с паровым двигателем ездило по дорогам разных стран.

У паровых двигателей на самом деле немало преимуществ. Они просты и надёжны, производят мало шума, им не нужна коробка передач. И всё же из-за своей громоздкости и долгого запуска паровые двигатели проиграли соревнование с ДВС.

Однако кто знает, может быть, когда нефти останется совсем мало, они ещё вернутся?

Подробнее про автомобили с паровым двигателем.

Электромобили

Расцвет электромобилей пришёлся на конец 19-го и начало 20-го века. Основной проблемой их стала малая ёмкость и срок службы аккумуляторов.

Но в отличие от машин с паровым двигателем, электромобили в историю не ушли и сегодня рассматриваются как вполне перспективный вариант для замены автомобилей с ДВС.

Дело за малым — разработать ещё более ёмкие и дешёвые аккумуляторы, чем те, которые есть сегодня.

Интересная разновидность электромобилей — машины, оснащённые солнечными батареями. Им не нужна подзарядка от сети, они могут получать энергию сами совершенно бесплатно.

Во время соревнований в Австралии, в рамках которых нужно было пересечь весь континент, такие автомобили показывали среднюю скорость до 100 км/ч, не затрачивая при этом ни капли топлива. Жаль, что прокатиться на подобной машине можно лишь днём и в безоблачную погоду.

Подробнее про электромобили

Автомобили на сжатом воздухе

Энергию сжатого воздуха для движения разных механизмов человечество использует уже очень давно. Ещё в конце 19 века её попытались использовать и для движения транспортных средств. У данного варианта есть определённые преимущества.

Двигатель на сжатом воздухе очень прост, компактен и долговечен, не загрязняет окружающую среду, для его производства не нужны дефицитные материалы. Но есть, конечно, и минусы.

Баллоны со сжатым воздухом запасают в несколько раз меньше энергии, чем баки с бензином, а их заправка при помощи компрессора занимает довольно много времени.

Транспортные средства на сжатом воздухе (которые иногда называют воздухомобилями или пневмомобилями), конечно, не слишком популярны, но то одна, то другая компания время от времени пытается запустить воздухомобиль в производство. Вот, например, «AirPod», разработанный люксембургской компанией MDI.

Небольшой воздухомобиль рассчитан на трёх человек и может проехать до 220 км на одной заправке. Заправляются баллоны при этом довольно быстро — всего за несколько минут. К машинке проявили интерес несколько компаний, в 2019 планируется запуск массового производства.

— AirPod на улицах города:

Впрочем, есть модели и большего размера, как, например, этот Tata OneCat:

Ну а насколько на самом деле окажутся востребованными автомобили на сжатом воздухе, покажет будущее.

Гиробусы

Если раскрутить маховик и обеспечить маленькую силу трения, запасённая в нём кинетическая энергия может сохраняться довольно долго. А если поставить маховик на автомобиль, он может двигаться за счёт этой энергии.

Данная идея легла в основу гиробусов — специального вида транспорта, оснащённого такими маховиками.

В 1950-е гиробусы были построены и эксплуатировались в Бельгии и Швейцарии как замена троллейбусов на маршрутах, где прокладка троллейбусных линий выглядела экономически нецелесообразной.

Когда вращение маховика замедлялось, гиробус подъезжал к «заправке» — штанге с электрическими контактами, а электрический двигатель вновь раскручивал маховик. Основным недостатком гиробусов стало то, что раскручивание маховика занимало довольно много времени, так что их в конце концов вывели из эксплуатации.

Машины с газовыми турбинами

Газовая турбина — вид двигателя, в котором горячий газ, образующийся при сгорании топлива, своим движением раскручивает лопасти турбин, а затем выбрасывается через сопло.

Этот двигатель может выдавать очень большую мощность при небольших размерах, поэтому вскоре после своего появления он прочно обосновался на самолётах и вертолётах.

Однако нашлись и энтузиасты применения газовых турбин на наземном транспорте. В первую очередь привлекала их именно мощность.

Газотурбинными двигателями стали оснащать танки, грузовики, автобусы и легковые автомобили. В 1950-е в США на буме увлечения футуристическими проектами был выпущен мелкой серией газотурбинный Firebird, своим дизайном больше напоминавший истребитель.

Машина развивала скорость более 300 км/ч, но имела и весомые недостатки. Прежде всего это был огромный расход топлива, а также мощный гул, напоминавший гул реактивного самолёта.

В последующие годы эксперименты с газотурбинными двигателями продолжались. Вот только некоторые из реализованных проектов.

Сухопутный поезд LeTourneau TC-497, построенный в США, имел грузоподъёмность 400 тонн и был оснащён газотурбинными двигателями суммарной мощностью 5000 л. с.

Газотурбинный автобус, построенный в СССР, развивал скорость 160 км/ч

Также в СССР поставили газотурбинный двигатель на танк Т-80

Jaguar C-X75 с двумя газовыми турбинами мощностью 778 л. с., выпущенный в 2010 г., может разгоняться до 330 км/ч

В целом идея оснащения газовыми турбинами наземного транспорта в последние десятилетия потеряла популярность. Виной этому огромный расход топлива, дороговизна и меньшая надёжность газотурбинных двигателей по сравнению с обычными ДВС.

Автомобили с газогенераторами

Может ли автомобиль ездить на твёрдом топливе, например, на дровах или угле? Да, если его оборудовать газогенератором. При пиролизе древесина разлагается, при этом выделяется горючий газ, состоящий из смеси водорода, угарного газа и метана. Если такой газ очистить и направить в двигатель внутреннего сгорания, он будет работать.

Конечно ездить на дровах не так удобно, как на бензине, да и максимальную мощность машина развить не сможет, но зато можно существенно сэкономить. В первой половине 20 в. автомобили с газогенераторами активно использовались, да и сегодня разные энтузиасты используют подобные установки.

Подробнее про автомобили на дровах

Источник: http://unusauto.ru/alternative.htm

Альтернативные виды топлива для современных автомобилей

Автомобили на альтернативном топливе

Человечество активно использует ресурсы планеты и загрязняет окружающую среду, мало заботясь о том, что останется после нас. Неисчерпаемые ресурсы используются минимально, а те, которые могут исчерпаться уже в ближайшее время, как раз наоборот. Запасы нефти в частности сильно истощены, тогда как потребность в топливе только растёт.

При современных объёмах потребления ни о каком возобновлении ресурса не может быть и речи, тем более что для этого понадобилось бы не одно тысячелетие. Задумываясь о глобальных проблемах, учёные предпринимают шаги по замещению топлива, полученного путём переработки нефти, альтернативными вариантами.

Все попытки пока не принесли серьёзных успехов, а лишь дали толчок для дальнейших разработок.

Выбор альтернативных видов топлива.

Тем не менее, альтернативные виды топлива для автомобилей применяются уже сегодня, хоть и в небольших масштабах.

К тому же известными автопроизводителями в борьбе за экологию (или чтобы быть в тренде) выпускается всё больше экологически чистых машин, гибридных, а также оборудованных системами снижения вредных выбросов.

Как известно, продукты горения классического топлива наносят колоссальный вред окружающей среде, поэтому горючее, которое придёт на смену бензину и дизельному топливу, решит сразу две проблемы – и недостаток энергоресурсов, и сохранение природы.

Исследования в данном направлении ведутся многие годы учёными разных стран.

На данный момент используется несколько видов альтернативного горючего, способного в будущем заменить привычное топливо, и практикуется два варианта применения: частичное (в качестве добавок) и полное замещение.

Конечно, для повсеместного внедрения разработок потребуется много времени и денежных вложений, в частности на обустройство инфраструктуры, поскольку такие автомобили необходимо обеспечить заправочными станциями, что на данном этапе не слишком активно воплощается.

Газомоторное топливо

Оптимальным во всех отношениях вариантом для замещения бензина и дизельного топлива сегодня является газомоторное топливо. Это экономный и экологически чистый вид горючего, широко распространённый во всём мире.

В России среди других видов альтернативного моторного топлива чаще встречаются сжиженный углеводородный газ и компримированный природный газ.

Потребление газа в виде топлива для автомобилей постоянно увеличивается, поскольку этому благоприятствуют большие запасы ресурса, активное развитие газозаправочной инфраструктуры и сравнительно низкая стоимость. Городские власти экономят внушительные суммы, переводя пассажирский транспорт и коммунальную технику на газомоторное топливо.

Сети заправок стремительно растут, а в ближайшие годы планируется существенное расширение инфраструктуры и увеличение поставок топлива.

Многие предприятия сегодня стремятся к осуществлению работы автопарка на природном газе, переходят на него и автовладельцы, которые ценят экономичность (а она заметна с первых километров), хотя первоначальное переоборудование автомобиля потребует немалых затрат.

Так, компримированный или сжиженный метан, сжиженные углеводородные газы в виде пропан-бутановых смесей, на которых базируется топливо, благодаря многочисленным преимуществам являются более логичной альтернативой привычному горючему.

Электроэнергия

Попытки привести автомобиль в движение за счёт электроэнергии предпринимались ещё со времён создания первых машин.

Современные разработки обеспечили форсированное развитие автомобилестроения в данном направлении и намекают на повсеместное внедрение технологий уже в ближайшем будущем.

Совсем недавно электромобили представлялись на обозрение общественности в единичных экземплярах, а сегодня уже поставлены на поток.

Серийно выпускаются и гибриды, которые сегодня считают необходимым иметь в своих линейках известнейшие автоконцерны. Во многих странах владельцы экологически чистых авто поощряют значительными субсидиями или налоговыми льготами, а то и вовсе освобождают от налога.

 Гибридные автомобили функционируют как на бензине, так и на электричестве, что очень удобно в отношении экономии и отсутствии прямой зависимости от источников электроэнергии.

Машина не прекратит движение, если закончится запас энергии, а переключится на применение традиционного топлива.

Электромобили же, чаще всего оснащаемые крупными литий-ионными батареями и полностью зависящие от электропитания, не внедряются в больших масштабах ввиду необходимости регулярных поисков источников питания авто, а инфраструктура в данном направлении не спешит развиваться.

Самый большой шаг вперёд сделала Швеция, где недавно открыли первую в мире электрифицированную дорогу для зарядки транспортных средств во время передвижения, её протяжённость всего 2 километра, но планы у правительства на внедрение заправочных дорог крупномасштабные.

В ближайшее время планируется расширение сети таких дорог с целью увеличения транспортных средств, не загрязняющих окружающую среду.

Альтернативные источники топлива в виде электроэнергии, конечно, достаточно перспективны, но пока полноценно вживить инновации не получается. Проблема также состоит в обслуживании таких автомобилей, редкий автосервис возьмётся за электромобиль или гибрид, а те, что специализируются на этом, назовут за услуги немалую цену. Да и стоимость самих авто не каждому придётся по карману.

Водород

В поисках замены традиционного горючего на альтернативное топливо стоило только обратиться к истории, и идея воплотилась в использовании легковоспламеняющегося водорода, запасы которого практически неисчерпаемы, если наладить производство при помощи возобновляемых источников энергии.

Применение вещества практиковалось ещё два века назад и давно используется в ракетных двигателях.

В качестве подъёмного газа для авиатранспорта о водороде пришлось забыть, чему поспособствовала трагедия, случившаяся с дирижаблем «Гинденбург», в действительности газ при правильном обращении не более опасен, чем любое другое горючее.

Переход на новый вид топлива не требует больших вложений, ведь серьёзных конструктивных изменений не понадобится. Водород может применяться в классических двигателях внутреннего сгорания, а падения мощности ДВС поможет избежать небольшой апгрейд системы зажигания.

Сгорание водородной смеси, заменяющей топливо, обеспечивает выделение большей энергии, чем в случае с бензином, что спровоцирует перегрев элементов конструкции двигателя, вещество также при нагреве негативно повлияет на смазку механизмов, так что хоть и незначительная, но модернизация всё же необходима.

В целом направление имеет перспективы, но требует больших усилий для воплощения на практике.

Экологичность транспорта благодаря применению водорода бесспорна, поскольку «выхлопы» такого автомобиля пригодны даже для питья.

Опасность газа сводится к минимуму благодаря его летучести, так что, если утечка произошла на открытом пространстве, он быстро растворится в воздухе, и гремучей смеси опасаться не стоит, однако в закрытом пространстве существует опасность удушья (например, если авто находится в гараже).

Перспективные разработки современности по переходу на водород в виде экологического топлива уже внедряют ведущие автопроизводители, такие ка Тойота, БМВ, Хонда, Мерседес и Мазда.

Биодизельное топливо

В Европе, США и ряде других стран в виде альтернативы традиционному топливу решили использовать биодизель.

Топливо на основе растительных масел, являющее собой метиловый эфир, полученный в результате химических реакций, применяется как в чистом виде, так и в смесях с дизельным топливом.

Для добычи горючего используются самые разные сельскохозяйственные культуры, чаще всего рапс, соя, кокосовое и пальмовое масла, ятрофа, а также отработка растительных масел, животных жиров.

При применении альтернативного биодизельного топлива не требуется коррекция конструкции двигателя, но существенным недостатком является малый срок хранения, составляющий три месяца, после чего начинается разложение компонентов.

К минусам относятся также негативное воздействие на лакокрасочное покрытие кузова и детали двигателя, потеря свойств в морозы, снижение мощности двигателя.

К тому же используемые средства для выращивания требуемых растений в больших масштабах приводят к снижению качества почвы, а для производства сырья необходимы значительные территории.

К стопроцентным эко-продуктам биодизель не причисляется, но сравнительно с обычным дизтопливом горючее будет чище. Всё же, несмотря на преимущества биодизельного топлива, в том числе в виде дешевизны продукта и низкого уровня токсичности, вряд ли удастся внедрить повсеместно данный вариант, заменяющий привычное горючее.

Спирты

Посреди альтернативных видов автомобильных топлив широкое распространение получили спирты, известные хорошей возгораемостью, а именно этанол и метанол, добавляемые к бензину или самостоятельно в чистом виде.

Этанол активно используется в жарких странах Латинской Америки, добывается из отходов древесины и сахарного тростника.

Этиловый спирт отличается высоким октановым числом, он обеспечивает высокую производительность двигателя и снижает уровень вредных выбросов.

Метанол или древесный спирт, добываемый из хвои, успешно применяется США и европейскими государствами как альтернативное топливо ввиду дешевизны производства. Метиловый спирт имеет высокое октановое число и по стоимости ниже, чем этиловый.

На заправках можно встретить бензин с добавлением спиртов, маркирующийся буквенными обозначениями Е и М, а также цифрами, которые свидетельствуют о процентном содержании спирта. В случае маркировки М100 или Е100, заливать горючее в обыкновенный ДВС нельзя.

Применение стопроцентных спиртов, как этанола, так и метанола в качестве топлива потребует переоборудования двигателя автомобиля.

При таком обилии альтернатив никаких серьёзных подвижек не наблюдается для перехода на новый уровень технологического развития, и бензин по-прежнему остаётся главным видом горючего для заправки автомобилей.

Сомнительно, что в ближайшие годы мы увидим воочию технологический прорыв в направлении полной или хотя бы хоть сколько-нибудь частичной замены традиционного топлива альтернативным, но в целом разработки весьма перспективны.

Источник: https://drivertip.ru/osnovy/alternativnye-vidy-topliva-dlya-avtomobiley.html

Альтернативное топливо: надежды и разочарования

Автомобили на альтернативном топливе

Что и почём можно залить в бак? — этот вопрос никогда не перестанет волновать любого автомобилиста. А ведь кроме двух, старых как мир, продуктов перегонки нефти — бензина и солярки — есть множество других видов топлива. Правда, широкого распространения они до сих пор не получили, несмотря на некоторые очевидные достоинства. Попробуем разобраться, почему.

На голубом газу

Итак, начнем с того, что уже давно опробовано на практике — с газа. Кто же не знает, что на автомобили можно устанавливать газобаллонное оборудование (ГБО)? Однако газ для авто бывает разный и оборудование тоже.

Наиболее распространенным вариантом является сжиженный углеводородный (нефтяной) газ, или попросту пропан-бутан. Его можно использовать в обычном бензиновом двигателе, требуется установить под капот лишь несколько небольших дополнительных агрегатов.

Ну, и, конечно, приткнуть куда-то весьма объемистый баллон.

Цена вопроса — порядка $350 (наиболее продвинутая версия ГБО обойдется в $500), которые, впрочем, легко окупятся при больших пробегах автомобиля, учитывая, что газ на российском рынке почти вдвое дешевле бензина.

Немаловажно знать, правда, что на литре газа ваша машина пройдет путь, на 15−20% меньший, чем на литре бензина. Но при этом мотор будет работать ровнее и тише, поскольку газ сгорает в цилиндрах медленнее, чем бензин. И, кстати, не оставляет нагара.

К достоинствам пропан-бутана относится также его экологичность: выхлопы автомобиля, ездящего «на газу», содержат гораздо меньше вредных веществ, чем бензиновые.

Кроме того, использование такого топлива способствует решению проблемы утилизации попутного нефтяного газа, из которого оно производится. То есть, чем больше машин перейдет на газ, тем меньше факелов на нефтяных месторождениях будут зазря подогревать атмосферу Земли.

К недостаткам газового топлива можно отнести некоторое снижение мощности двигателя и повышенный износ деталей блока цилиндров из-за того, что температура сгорания газа выше, чем бензина.

Другой вариант использования газового топлива более сложный. Это переход на компримированный (сжатый) природный газ метан.

Здесь уже требуется переделка всего двигателя, а точнее — просто другой движок. И толстостенные баллоны, поскольку этот газ находится под очень большим давлением.

Такая система редко применяется на легковых авто — это, в основном, удел грузовиков и общественного транспорта.

Газ используется как автомобильное топливо очень давно, однако, несмотря на все его достоинства и технические наработки (например, пять поколений «пропанового» ГБО), большого распространения на авторынке так и не получил. Во всем мире газ потребляют не более 1% автомобилей.

Периодически разные страны принимают программы по «газификации» автопарка, но успехи, как правило, скромные. Недавно Германия поставила себе задачу к 2021 году довести число «газомобилей» до 1 миллиона, что составит 4% от общего числа авто.

Это довольно амбициозная цель, учитывая, что сейчас в стране их в 10 раз меньше. Но шансы на успех есть: оптимизм вселяет уже тот факт, что Германия является лидером в Европе по числу газозаправочных станций — их там почти тысяча. А ведь доступность заправки — это залог успеха в таком деле, как переход на новое топливо!

На расщепленной воде

Еще более эффективным топливом является другой газ — водород. И запасы его практически безграничны: ведь, как известно, из него и кислорода «сделана» вся наша вода. Но вот беда: добывать водород из воды — дело сложное и затратное.

Производится он методом электролиза с использованием дорогостоящих катализаторов из платины и иридия. Лишь в конце 2015 года американские ученые из Стенфордского университета создали более дешевую установку на базе оксида железа и никеля.

Может быть, расщеплять воду в промышленных масштабах наконец-то станет выгодно. Ведь до сих пор на добывание из нее водорода уходило больше энергии, чем он мог дать при сгорании.

Поэтому сейчас водород получают в основном из метана или из угля, которые и сами по себе — неплохие энергоносители.

В любом случае, добывать водород — это только полдела. Нужно еще грамотно и безопасно получать энергию из этого чрезвычайно летучего и взрывоопасного газа. В принципе, можно впрыскивать его непосредственно в цилиндры двигателя, вместе с парами бензина или вовсе без них.

Такая схема используется в автомобилях BMW Hydrogen, Mazda RX8, «водородных» моделях Mercedes и Opel (все они выпускаются малыми партиями). Причем большинство таких машин заправляются сжатым газом, и лишь некоторые производители (BMW) делают ставку на сжиженный водород.

Однако использование водорода в обычном ДВС либо снижает его мощность, либо сопряжено с перенастройкой системы зажигания, в результате чего повышается температура в цилиндрах. А это, в свою очередь, ведет к ускорению износа деталей двигателя.

Кроме того, водород обладает очень высокой летучестью: он умудряется испаряться из закрытых баллонов и проникать сквозь патрубки. А при смешивании с кислородом образует «гремучую смесь», так что водородные двигатели потенциально очень взрывоопасны.

Учитывая эти факторы, многие эксперты считают более перспективными разработки так называемых топливных элементов (или ячеек — Fuel Cell) — установок, преобразующих энергию химической реакции в электричество. Это, по сути, те же гальванические элементы, только подпитываемые извне веществами, участвующими в реакции.

В нашем случае это водород и кислород, которые подаются, соответственно, на анод и катод, соединяясь в воду и вырабатывая электричество. Этот процесс еще называют «холодным горением» — в нем энергия не расходуется на выделение тепла.

Топливные ячейки ставят под капотом своих самых футуристических моделей компании Toyota, Honda и Mazda. Так, недавно Toyota представила публике свою новую FCV Plus, которая может работать на чистом водороде. Ну, а в нашей стране опытный образец водородного движка был смонтирован еще в далеком 1982 году на «РАФике» (был такой советский микроавтобус) и в 2003 году на ВАЗ-2131 (пятидверной «Ниве»). Правда, дальше опытов у нас, как водится, дело не пошло, тогда как японцы вовсю запускают свои FC в серию.По мере того, как автомобили с водородными двигателями получают распространение, расширяется и сеть водородных заправок. В Японии, США и некоторых странах ЕС реализуются программы «водородное шоссе», предусматривающие создание водородной инфраструктуры вдоль отдельных магистралей.

И всё же пока даже в самых развитых странах человек, покупающий «водородный автомобиль», должен сознавать, что он сильно переплачивает «за прогресс» (такие авто стоят не меньше $50 тысяч) и вынужден привязывать все свои маршруты к «водородному шоссе». Проходить «точку невозврата» к заправке не рекомендуется, так как залить водород из канистры невозможно.

Впрочем, есть и другой вариант «доставки» водорода к топливной ячейке — в составе метанола, древесного спирта. В этом случае нужно возить с собой не взрывоопасные баллоны, а бак со спиртом. Из него в топливном элементе выделяется водород, а кислород заимствуется из воздуха, и получается то же самое электричество. Правда, эта технология еще толком не коммерциализирована.

Залить в бак или выпить?

Есть машины, которые употребляют то, что запрещено их водителям — спирт. Биоэтанол, получаемый из сельскохозяйственных культур, содержащих большой процент сахара, получил уже довольно широкое распространение в качестве топлива.

В Бразилии, являющейся мировым лидером по производству биоэтанола, его «гонят» из сахарного тростника, а в США, занимающих второе место — из кукурузы.

Этанол, как правило, добавляют в бензин в определенных пропорциях (от 5% до 85%), что позволяет удешевить топливо, снизить его расход и вредные выбросы.

Использование топлива с определенной долей этанола требует соответственной переделки двигателя, однако существуют и «всеядные» автомобили, которые могут ездить на любой смеси бензина с этанолом — на них, как правило, красуется надпись «FlexFuel» — гибкий выбор топлива.

Есть также «сельскохозяйственная» замена для дизельного топлива — это биодизель, изготовляемый из масличных культур — сои, рапса, подсолнуха. Он обладает теми же достоинствами по сравнению с углеводородным аналогом, что и биоэтанол.

В принципе, можно перевести на биотопливо хоть весь мировой автопарк — это не нанесет ущерба экономике, а природе принесет пользу. Вот только чем будут питаться люди, если все сельхозугодия будут заняты выращиванием «топливных культур»?

Отчасти ситуацию может спасти использование синтетического биотоплива (как ни парадоксально звучит это словосочетание) — диметилового эфира (ДМЭ). Это горючее вещество, получаемое из целлюлозной биомассы, с очень хорошими топливными характеристиками и низким уровнем вредных выбросов (отвечает требованиям Евро-5). На ДМЭ делает ставку в своих разработках, в частности, концерн Volvo.

На дровах

Для определенного типа ДВС «подкидывать дровишки» — вовсе не метафора, а нормальный процесс заправки. Речь идет о машинах с газогенератором — дополнительным агрегатом с трубой.

В этой чудо-печке действительно горят (точнее, тлеют) дрова, брикеты или уголь, но сгорают как бы не до конца: выделяющийся из них газ еще обладает горючестью, и он-то дожигается в двигателе, приводя в движение автомобиль.

Такие машины, кстати, вовсю выпускали в нашей стране в середине 30-х годов прошлого века (ЗИС-13, ЗИС-21, ГАЗ-42) их с успехом использовали во время войны в условиях нехватки бензина. Сейчас этот тип двигателя не вызывает особого энтузиазма у автопроизводителей ввиду громоздкости его конструкции и необходимости возить с собой поленницу дров или вагончик угля.

Заправка-розетка

Конечно, не забудем упомянуть и электромобили. Многие считают, что будущее именно за этим видом транспорта. Он-де экологически безвреден и особая заправочная инфраструктура ему не нужна — достаточно простой розетки. И сегодня уже каждый уважающий себя автоконцерн выпускает по несколько моделей электрокаров или гибридов.

Есть даже компания, специализирующаяся исключительно на электромобилях — Tesla Motors, созданная небезызвестным миллиардером-новатором Илоном Маском.

И всё же преимущества электромобилей далеко не бесспорны. Во-первых, они всё еще слишком дороги, поскольку дорогими остаются их огромные аккумуляторы.

Во-вторых, безвредность этих машин весьма относительна, опять же, из-за аккумулятора: он представляет собой настоящую «экологическую бомбу», которая при аварии или неграмотной утилизации грозит серьезным загрязнением окружающей среды. Кроме того, заправка такого автомобиля — дело очень долгое, особенно если использовать обычную розетку.

Специализированные «электрозаправки» ускоряют процесс, но их пока мало. И, конечно, аккумуляторы не любят мороз, поэтому, например, в нашей стране широкое распространение электромобилей маловероятно.

И немного экзотики

За недолгий автомобильный век человечество успело наработать немало экзотических «топливных» решений. Например, использование сжатого воздуха для приведения в движение поршней двигателя.

Это абсолютно безопасно, поскольку под капотом ничего не горит, не взрывается, и нет ядовитых газов. Но насколько эффективно — вопрос. Ведь сжатый воздух поступает из компрессора, который, в свою очередь, потребляет электричество.

А это значит, что нужны, опять же, громоздкие и дорогие аккумуляторы.

Правда, воздух в этой схеме можно заменить азотом. Он хранится в сжиженном виде, а поступая в двигатель, переходит в летучее состояние, сильно расширяясь и приводя в движение поршни.

Совсем недорого, и тоже никакого загрязнения окружающей среды! Вот только хранится сжиженный азот под очень большим давлением, что делает заправку «азотомобиля» технически сложным и опасным процессом.

Да и заправочная инфраструктура обойдется недешево.

Наконец, на новом витке истории человеческая мысль вновь возвращается к паровой машине. Только теперь она работает не на угле, а на атомной энергии.

Американская компания Laser Power Systems работает над проектом, предполагающим использование в качестве энергоносителя тория — вещества с низкой радиоактивностью, нескольких граммов которого хватит, чтобы обеспечить автомобиль энергией «пожизненно».

Принцип работы очень прост: ториевый лазер кипятит воду, а пар приводит в действие серию мини-турбин. Но вот вопрос: насколько безопасно размещать под капотом АЭС в миниатюре?

* * *

Мы рассмотрели, конечно, далеко не все альтернативные виды автомобильного топлива.

Однако уже напрашивается вполне очевидный вывод: каким бы достоинствами ни обладали те или иные варианты, их судьба определяется конкурентоспособностью по сравнению с Его величеством — бензином, а также дороговизной внедрения — ценой новых автомобилей, переделки двигателя, строительства заправочной сети и т. д. Немаловажную роль играет также фактор безопасности. И надо заметить, что в нынешних условиях низких цен на нефть привлекательность любых альтернатив обычной бензоколонки резко упала.

Источник: https://auto.rambler.ru/articles/40679640-toplivo-alternativnoe-benzinu-nadezhdy-i-razocharovaniya/

Биотопливо: альтернатива есть

Автомобили на альтернативном топливе

24 апреля 2012 года«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

«Вольво» предлагает на родине широкую гамму моделей, работающих на биоэтаноле. Несколько прежних двигателей заменил единственный 1,6-литровый турбомотор мощностью 180 л.с. Силовой агрегат прошлой волны, 2-литровый 145-сильный атмосферник, уйдет со сцены вместе с устаревшими моделями C30, S40, V50.

Несмотря на отчаянные усилия конструкторов электрифицировать все, что движется, автомобилю в ближайшем будущем без традиционного двигателя не обойтись. Беда в том, что на большей части планеты его меню состоит лишь из невозобновляемых ресурсов — нефти и газа. Однако мотор не прочь питаться и разбавленным горючим.

А потому нехитрый бизнес героя фильма «Джентльмены удачи» за 40 лет сделал не один шаг вперед.

Алкоголики — наш профиль

На первом месте по популярности — добавление в бензин биоэтанола, то есть спирта из растительного сырья. Около 90% его производства приходится на Бразилию и США. Южноамериканцы гонят спирт из сахарного тростника, северные соседи — преимущественно из кукурузы. Сгодятся и другие растения с высоким содержанием крахмала или сахара, а также целлюлоза.

В некоторых странах добавление от 5 до 15% этанола установлено законодательно. Стандартному двигателю не повредит, если ему в бензин плеснут до 10% спирта. На колонки со смесями, содержащими более десятой доли этанола, обязательно наносят предупреждение об этом: старым двигателям такой рацион может не понравиться.

Бразильцы практикуют езду на биотопливе еще со времен нефтяных кризисов 70‑х годов прошлого века. Сейчас в стране нет в продаже бензина, в котором этанола менее 20% (Е20). Альтернатива этой смеси — только чистый Е100 (95–96% спирта и 4–5% воды).

В Швеции и США распространена смесь Е85. Заправлять ими можно только «гибкотопливные» (flex-fuel) автомобили. Их система питания настроена под этанол — чистый или в сочетании с бензином в любой пропорции.

Кроме того, октановое число спирта выше, чем у бензина, поэтому обычно требуются еще и переделки по железу, чтобы поднять степень сжатия до 12…13,5:1. Отсюда — более высокий КПД, лучшие мощностные показатели и меньшее количество выбросов.

С другой стороны, теплотворная способность E85 ниже, чем у бензина, — если двигатель заправить такой смесью, он потеряет примерно четверть прежних сил.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

На рынке Бразилии, мирового лидера в использовании этанола (парк автомобилей flex-fuel превышает 14,5 млн. штук), представлено более 80 моделей разных мировых брендов. В США такие автомобили почти столь же популярны (около 10 млн. машин), что заставляет местную «большую тройку» тоже выпускать биомодификации.

Вегетарианское меню

По нестандартным рецептам готовят и дизельное топливо. Сырьем служат рапс, соя, различные масла и жиры. Такое топливо маркируют буквой В и цифрами, соответствующими доле растительных компонентов в смеси.

Цетановое число топлива выше, чем у обычного: 51 против 42–45. Горючее отлично разлагается, не нанося вреда окружающей среде, и практически не содержит серы. Из значимых недостатков — недолгий срок хранения.

Биодобавки к дизельному топливу пока не получили такого широкого распространения, как биоэтанол. Тем не менее его производят во многих странах. Есть страны, где пятипроцентное содержание «био» узаконено и не требует упоминания при продаже.

Команда «газы»

Из биомассы получают и газообразное топливо, также отлично подходящее автомобилям. Например, метан — один из основных компонентов природного и так называемых попутных газов, получающихся при перегонке нефти.

Столь полезное ископаемое с легкостью заменит никому не нужная гора органического мусора — от банального навоза до отходов рыбного, мясного, молочного и овощного производств. Этой биомассой и питаются бактерии, вырабатывающие биогаз. Очистив его от газа углекислого, получают так называемый биометан.

Его главное отличие от обычного метана, на котором работают многие серийные модели, — он не является полезным ископаемым. Уж что-что, а навоз и растения раньше конца жизни на планете не иссякнут.

Схема производства биометана (все схемы и таблицы открываются в полный размер по клику мышки):

Биомасса служит и для получения другого автомобильного газа — водорода. Его выделяют, нагревая сырье до высоких температур без доступа кислорода или опять-таки призывают на работу бактерии. В ход идет все — от древесины до водорослей.

Впрочем, этот газ пока не особенно актуален для рядовых потребителей. В перспективе его хотят использовать как горючее в топливных элементах, которые появятся в серийном производстве (по самым оптимистичным прогнозам концерна «Даймлер») не раньше чем через пять-семь лет.

И еще через столько же — адекватные доходам цифры на ценнике.

Плюс на минус дает…

Все перечисленные альтернативы традиционному нефтяному топливу, увы, не лишены недостатков. Например, у наиболее распространенного биоэтанола — затрудненный пуск в зимнее время.

Чтобы побороть недуг, автомобили, работающие на смесях Е85 и Е100, дополнительно оснащают подогревателем двигателя или небольшим баком с чистым бензином для холодного пуска.

В Швеции предлагают зимний (по аналогии с дизтопливом) состав смеси — в холодное время содержание этанола снижают с 85 до 75%.

Существует и сугубо российская проблема. По давней традиции наше государство считает спирт веществом антисоциальным и оберегает от него граждан налогами и ограничениями. При таком раскладе стоимость спиртового горючего едва ли будет привлекательнее, чем привычного бензина. И разрешат ли продавать этанол круглосуточно?..

Есть и препятствия глобального масштаба. Одно из них — отсутствие единых стандартов и требований к биотопливу. Где гарантии, что, например, колесящему по Германии многотопливному «Опелю» понравится биобензин в соседней Франции, изготовленный из другого сырья? Поэтому современные модели, работающие на биотопливе, обычно не брезгуют бензином или дизтопливом.

Любимый аргумент инициаторов активного распространения биотоплива — независимость от невозобновляемых природных ресурсов. Сразу возникает несколько «но». Во-первых, страны-экспортеры нефти и газа приложат все усилия, чтобы воспрепятствовать этому.

Для них расстаться с основной (иногда единственной) статьей доходов — катастрофа. Во-вторых, чтобы производить в больших объемах биоэтанол или биодизель, понадобятся огромные участки плодородной земли для выращивания сырья.

Можно, конечно, потеснить на полях картошку или пшеницу, — но кто даст гарантию, что доселе благополучные страны не окажутся на пороге продовольственного кризиса?

Пока запасы нефти и газа достаточны, а цены на их добычу и переработку не поднялись на запредельную высоту, биотопливу суждено оставаться лишь добавкой, а не весомой альтернативой основным источникам энергии. Хотя стартовая площадка для взлета неплохая: технологии отработаны, производство совершенствуется с каждым днем.

Да и получаемые киловатты обходятся сравнительно дешево. А потому биотопливо — пожалуй, один из наиболее серьезных конкурентов углеводородному горючему. Как подтверждение — миллионы серийных автомобилей, работающих или готовых работать на топливе с приставкой «био».

А что до остальных трудностей, сдерживающих развитие этой отрасли, то они вполне разрешимы.

На биометан частично пере- веден обществен- ный транспорт нескольких городов Европы и США. Однако широкого распространения это начинание пока не получило.На биометан частично пере- веден обществен- ный транспорт нескольких городов Европы и США. Однако широкого распространения это начинание пока не получило.

Выше доля биодобавок в топливе — ниже цена: компенсация за снижение энергоэффективности.Выше доля биодобавок в топливе — ниже цена: компенсация за снижение энергоэффективности.

Биотопливо: альтернатива есть Биотопливо: альтернатива есть Биотопливо: альтернатива есть Биотопливо: альтернатива есть Ошибка в тексте? Выделите её мышкой! И нажмите: Ctrl + Enter

Источник: https://www.zr.ru/content/articles/428905-biotoplivo_alternativa_jest/

Поделиться:
Нет комментариев

    Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Все поля обязательны для заполнения.