7 экологичных видов топлива для автомобилей
Биодизель – разновидность биотоплива на основе растительных масел, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом. Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит еще Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.
Как правило, для получения биодизеля используют рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Разумеется, сами по себе растительные масла в качестве топлива в бензобак не заливаются. В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биосоляры» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты — метанол и, реже, этанол. Это и становится компонентом биодизеля.
Во многих европейских странах, а также в США, Японии и Бразилии, биодизель уже стал неплохой альтернативой обычному бензину. Так, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.
Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. В почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля — это минимизирует степень загрязнения рек и озёр.
Сжатый воздух
Модели пневмоавтомобилей — машин, ездящих на сжатом воздухе — выпущены уже несколькими компаниями. Инженеры Peugeot в свое время произвели фурор в автомобильной индустрии, заявив о создании гибрида, у которого в помощь к двигателю внутреннего сгорания добавляется энергия сжатого воздуха. Французские инженеры рассчитывали, что такая разработка поможет малолитражкам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Специалисты Peugeot утверждают, что в городе пневмогибрид может до 80% времени передвигаться на сжатом воздухе, не создав ни миллиграмма вредных выбросов.
Принцип работы «воздухомобиля» довольно прост: в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). Пневматический мотор конвертирует энергию сжатого воздуха во вращение полуосей.
К сожалению, машины целиком на сжатом воздухе или air-гибриды создаются, в основном, мизерными партиями — для работы в специфических условиях и на ограниченном пространстве (например, на производственных площадках, требующих максимального уровня пожарной безопасности). Хотя существуют некоторые модели и для «стандартных» покупателей.
Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair – первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию. Его уже можно видеть на улицах Мельбурна. Грузоподъёмность – 500 кг, объём баллонов с воздухом – 105 литров. Пробег грузовичка на одной заправке – 16 км.
Продукты жизнедеятельности
До чего дошел прогресс — некоторым автомобилям для работы двигателя нужен не бензин, а попадающие в канализацию отходы жизнедеятельности человека. Такое чудо автопрома создали в Великобритании. На улицы Бристоля выкатили автомобиль, который использует в качестве топлива метан, выделенный из человеческих экскрементов. Прототипической моделью стал Volkswagen Beetle, а производитель машины VW Bio-Bug на инновационном топливе – компания GENeco. Установленный на кабриолете «Фольксваген» перерабатывающий фекалии двигатель позволил проехать 15 тысяч километров.
Изобретение GENeco поспешили назвать прорывом во внедрении энергосберегающих технологий и экологически чистого топлива. Обывателю идея кажется сюрреалистической, поэтому стоит разъяснить: в автомобиль загружается, конечно, уже переработанное топливо — в виде готового к использованию метана, полученного заблаговременно из отходов жизнедеятельности.
При этом двигатель VW Bio-Bug использует два вида топлива одновременно: машина стартует от бензина, но, как только двигатель прогревается, а автомобиль набирает определенную скорость, включается подача переработанного на заводах GENeco человеческого желудочного газа. Потребители могут даже не заметить разницы. Впрочем, остается главная маркетинговая проблема — человеческое негативное восприятие того сырья, из которого получают биогаз.
Солнечные батареи
Производство автомобилей, питающихся солнечной энергией — пожалуй, самое развитое направление автопрома, ориентированного на использование эко-топлива. Машины на солнечных батареях создаются по всему миру и в самых разных вариациях. Еще в 1982 году изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток (правда, со скоростью всего лишь 20 км в час).
В сентябре 2014 года автомобилю Stella на солнечных батареях удалось проехать маршрут от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско, а это 560 км. Солнцемобиль, разработанный группой из голландского Университета Эйндховена, оснащён панелями, собирающими солнечную энергию, и 60-килограммовым блоком батарей ёмкостью шесть киловатт-часов. Stella имеет среднюю скорость 70 км в час. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км. В октябре 2014 года студенты из Эйндховена на своей чудо-машине приняли участие в World Solar Challenge — 3000-километровой ралли по Австралии для машин на солнечных батареях.
Самым скоростным электрокаром на солнечных батареях на данный момент является Sunswift, созданный командой студентов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса. На испытаниях в августе 2014 года этот солнцемобиль на одном заряде аккумулятора преодолел 500 километров с потрясающей для такого транспорта средней скоростью 100 км в час.
Биодизель на кулинарных отходах
В 2011 году Министерство сельского хозяйства США вместе с Национальной лабораторией возобновляемых видов энергии проводило исследование альтернативных типов топлива. Одним из удивительных результатов стал вывод о перспективности использования биодизельного топлива на основе сырья животного происхождения. Биодизель из остатков жиров — технология еще не слишком развитая, но уже используемая в азиатских странах.
Каждый год в Японии после приготовления национального блюда, тэмпура, остается приблизительно 400 тысяч тонн использованного кулинарного жира. Раньше он перерабатывался в корм для животных, удобрения и мыло, однако в начале 1990-х годов экономные японцы нашли ему еще одно применение, наладив на его основе производство растительного дизельного топлива.
По сравнению с бензином такой нестандартный вид автозаправки выделяет в атмосферу меньшее количество окиси серы — главной причины кислотных дождей — и на две трети сокращает количество других ядовитых выбросов выхлопных газов. Чтобы сделать новое топливо более популярным, его производители придумали любопытную схему. Каждому, кто пришлет на завод по выработке РДТ десять партий пластмассовых бутылок с использованным кулинарном жиром, выделяется 3,3 квадратных метра леса в одной из японских префектур.
До России технология в таком объеме еще не дошла, а зря: ежегодное количество отходов российской пищевой промышленности составляет 14 млн тонн, что по своему энергетическому потенциалу эквивалентно 7 млн тонн нефти. В России пущенные на биодизель отходы закрыли бы потребность транспорта на 10 процентов.
Жидкий водород
Жидкий водород уже давно считается одним из главных видов топлива, способных бросить вызов бензину и дизелю. Транспортные средства на водородном топливе не являются редкостью, но в силу многих факторов так и не завоевали широкую популярность. Хотя в последнее время благодаря новой волне озабоченности «зелеными» технологиями идея водородного двигателя приобрела новых сторонников.
Сразу несколько крупных производителей сейчас имеют в своем модельном ряду машины с водородным двигателем. Один из самых известных примеров – BMW Hydrogen 7, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который может работать и на бензине, и на жидком водороде. BMW Hydrogen 7 имеет бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода.
Таким образом, автомобиль может использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение с одного типа горючего на другое происходит автоматически, при этом предпочтение отдается водороду. Таким же типом двигателя оснащен, например, гибридный водородно-бензиновый автомобиль Aston Martin Rapide S. В нем двигатель может работать на обоих видах топлива, а переключение между ними осуществляет интеллектуальная система оптимизации расхода и выбросов вредных веществ в атмосферу.
Водородное топливо собираются осваивать и другие авто-гиганты – Mazda, Nissan и Toyota. Считается, что жидкий водород экологически безопасен, так как при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.
Зеленые водоросли
Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.
Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.
Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.
В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.
Бензин из остатков еды: новые способы создания биотоплива
Каждый день появляется все больше видов альтернативных источников энергии для автомобилей. В Японии есть автомобиль, который заправляют водой. Уже появился транспорт, работающий на солнечных батареях, биоэтаноле и биометаноле, на биобутаноле и биодизельном топливе на основе растительных масел или животных жиров.
В последнее время активно используют остатки пищи, чтобы создать «еду» для транспорта и обеспечить людей экологичным топливом. Практично и полезно, а как именно, узнаете в обзоре.
Как родилась идея пищевого топлива
Первые попытки создать пищевое топливо были ещё у инженера Тяпкина. Помните трактор по имени тр‑тр МИТЯ? Это транспортное средство из повести Эдуарда Успенского «Дядя Фёдор, пёс и кот» ездило на ароматной картошке и вкусных котлетах. То есть, ещё в 1974 (именно тогда вышла книга), люди задумались о создании такой альтернативы топливу.
В реальном мире первые попытки заменить бензин альтернативным топливом появились в конце XIX века. Немецкий изобретатель Николаус Отто создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на этаноле.
Чуть позже, в 1896 году, американский изобретатель Генри Форд изготовил свой первый автомобиль Quadricycle, двигатель которого работал на спирте.
История алкогольного топлива весьма насыщенная и продолжается до сегодняшнего дня. В настоящее время в мире уже разработано около 40 моделей автомобилей с совмещенной конструкцией заправки, так называемых Flexible‑Fuel Vehicle (FFV), в их баки можно заливать бензин и этанол в любом соотношении.
Другой пример это топливо, получаемое из сельскохозяйственных культур, содержащих большой процент сахара. Его можно найти в Бразилии, являющейся мировым лидером по производству биоэтанола из сахарного тростника, и в США — 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 соответствующей комплектации 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.
Также идет разработки синтетического биотоплива — 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.
Биотопливо может помочь с решением некоторых экологических и экономических проблем. Ну а пока ученые работают над его оптимальным составом, предлагаем узнать о существующих стартапах, которые делают топливо из пищевых отходов.
Полевая солярка
Ещё в 2015 году ученые из Иркутского национального исследовательского технического университета и Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН разработали экологически чистую технологию, позволяющую получить биодизтопливо из масличных растительных культур. Исследователи планируют получать топливо из горчицы, рапса, редьки масличной, крамбе, сурепицы и рыжика. А отходы производства — глицерин и жмых — использовать в косметологии и животноводстве.
Новая технология, предложенная учеными, более экологична, чем производство обычного дизеля. Для биодизельного топлива характерны хорошая воспламеняемость, повышенная температура вспышки, улучшающая работу двигателя, и низкая токсичность выбросов. Кроме того, новый вид топлива обладает полной биоразлагаемостью. Немаловажную роль играет и нулевой баланс парниковых газов, попадающих в атмосферу,
По предварительным оценкам, стоимость такого топлива составила бы не больше 20 рублей за литр.
Топливо из остатков пива
Учёные Института катализа им. Г. К. Борескова СО РАН придумали биотопливо из отходов пивоваренных производств, сообщает издание «Наука в Сибири».
«Одно из направлений деятельности нашей лаборатории — получение биотоплива из микроводорослей. Они подходят для этих целей, потому что быстро растут, широко распространены в природе, к тому же запасают большое количество липидов, которые можно потом перерабатывать в ценные химические вещества, например, в биодизель», — рассказывает младший научный сотрудник ИК СО РАН Александр Пилигаев.
Обычно жизненный цикл микроводорослей, за который они успевают вырасти и набрать биомассу, составляет порядка двух недель. Один из способов выращивания этой культуры‑ на сточных водах пищевой промышленности. Стоки пивоваренных производств относятся к пятому (наименьшему) классу опасности, так как содержат большое количество органического компонента, который микроводоросли способны потреблять и перерабатывать.
«Было бы эффективнее, чтобы туда поступали менее богатые органическими компонентами отходы. Как раз с этим могут справиться микроводоросли, которые способны осуществлять так называемую «предпереработку». То есть с помощью одной технологии можно убить сразу двух зайцев — и снизить нагрузку на городские сточные системы, и получить биотопливо», — объяснил Пилигаев.
К настоящему времени в специально сконструированных фотобиореакторах учёным уже удалось получить образцы биомассы микроводорослей, а также провести опыты по их переработке. Результат — экспериментальные образцы биотоплива. Сейчас ведутся дальнейшие исследования по увеличению продуктивности липидов и оптимизации переработки получаемого сырья.
Проблема в том, что если сейчас создавать такую технологию и воплощать её на практике, то топливо на выходе будет дороже традиционного из нефти в 5–6 раз. Получит ли это направление дальнейшее развитие, будет зависеть от того, насколько учёным удастся удешевить способы культивирования водорослей, извлечения из них масла, а из него — биотоплива.
Японский суп вместо бензина
Японская транспортная компания Nishida Shoun использует в качестве топлива остатки бульона традиционного супа рамен. Биодизельное топливо может стать отличной альтернативой нефтяному дизельному топливу и значительно сократит выбросы парниковых газов.
Масуми Нисида, предприимчивый президент транспортной фирмы на юго‑западе Японии, придумал устройство, которое позволяет отделить свиной жир от бульона, именно жир нужен для производства топлива, потому что имеет свойство быстро затвердевать. Нисида придумал способ удалять из него опеределенные химические элементы во время переработки, чтобы сохранить его в жидком состоянии. Полученное сало предприниматель смешивает с отходами растительного масла, чтобы получить свое биодизельное топливо.
Идея использовать рамен в качестве компонента для топлива возникла ещё в 2013 году. Однажды администратор дружественной сети ресторанов поделился с директором транспортной компании давней болью японского общепита — остатки несъеденного рамена девать некуда, а утилизация обходится очень дорого. Подумав, директор решил попробовать использовать жирный бульон как источник энергии. Так со временем и пришёл к биодизелю на рамене.
Компания Nishida Shoun уже начала заправлять новым видом топлива некоторые из
своих грузовиков. С сентября 2021 года фирма перевела весь свой автопарк на
биодизельное топливо.
Масло из фритюрницы как дизтопливо
В 2021 году Forbes описал модель бизнеса финской компании Neste, которая считается мировым лидером в производстве возобновляемого дизельного топлива:
компания выкупает у ресторанных сетей отработанное масло, а чтобы оно не уходило в канализацию, компания за свой счет ставит на раковины специальные маслоуловители. Ради этого она даже купила американскую компанию Mahoney Environmental;
сырье отправляется на заводы в Финляндии, Роттердаме и Сингапуре, где с помощью специальной гидрообработки производится биодизель;
полученное топливо отправляется обратно в США.
По словам ученых, масло из фритюрниц при сгорании выделяет на 90% меньше парниковых газов в сравнении с обычным бензином, а также выбрасывает намного меньше микрочастиц. При этом нельзя просто вылить растительное масло из кастрюли в бензобак. Его нужно отфильтровать, а затем добавить до 30% обычного топлива. Кроме того, далеко не все транспортные средства можно заправлять таким биотопливом. Речь может идти только о более старых моделях дизельных машинах.
Пока экономическая часть сходится только с учетом субсидии – компания выкупает отработанное масло по 30 центов за фунт, а на галлон (3,7 л) биодизеля нужно 7,5 фунтов масла (на 2,25 доллара). При этом готовое топливо стоит 2,5 доллара за галлон.
Самое популярное сырье для производства биодизеля – это рапсовое или пальмовое масло. Правда, масличные пальмы недавно признали опасными для окружающей среды, потому что фермеры вырубают тропические леса ради плантаций таких пальм. А вот отработанное фритюрное масло – источник практически бесконечный – среднестатистический ресторан быстрого питания за год дает примерно 4000 килограммов отработанного масла, а из 100 литров фритюрного масла больше 60 кг идет в отходы.
Топливо из шотландского виски
Компания Celtic Renewables Ltd. совместно с учеными из Эдинбургского университета создала новую технологию для производства биотоплива из переработанного сырья для виски. Топливо предназначено для замены бензина и дизеля, при этом никаких изменений в строение двигателя вносить не нужно.
Биотопливо сделано из остатков после производства виски, которые сами по себе бесполезны: отработанных зерен ячменя и отходов, оставшихся после затирания солода, смешанных с остатками дистиллята.
«Мы использовали совершенно традиционный процесс ферментации под названием ABE, и в результате получили из отходов биобутанол. И это вещество может прямо заменить бензин. Впервые в истории машина проехала на биотопливе, созданном из отходов, оставшихся после производства виски», — заявил профессор Мартин Тангни, основатель Celtic Renewables.
Но в промышленных масштабах производитель намерен вырабатывать именно бутанол, который можно использовать не только для заправки автомобилей, но и в качестве топлива для воздушных и морских судов.
У экологического бутанола несколько преимуществ:
он на 25% энергоэффективнее по сравнению с этанолом;
безопаснее в использовании;
хорошо перемешивается с другими видами горючего;
не требует изменения системы подачи топлива автомобиля;
характеризуется низким уровнем выброса парниковых газов в атмосферу при сгорании.
По заверениям инноваторов, оригинальное биогорючее с шотландским акцентом станет доступным для британских водителей в ближайшие три года.
Новая технология также поможет улучшить состояние воды и сократить количество пищевых отходов при производстве виски. Ежегодно в Шотландии набирается 1,6 млрд литров жидких и 500 тыс. тонн твердых отходов. Ведь в процессе изготовления виски 90% всех принимающих участие в этом действии ингредиентов — вода, дрожжи и зерно — превращается в биологический мусор, который в лучшем случае применяется как удобрение или корм для скота, а в худшем сваливается в море.
Пиво вместо бензина
Житель американского штата Миннесота Кай Майклсон изобрел мотоцикл, который работает на пиве.
По словам создателя, бензиновый двигатель в своем мотоцикле он заменил на специальную 14-галлонную бочку с нагревательным змеевиком. В бочке пиво нагревается до 300 градусов и превращается в перегретый пар. Он выбрасывается из сопла и толкает машину вперед своим потоком.
Изобретатель отметил, что его мотоцикл оказался полезным изобретением, так как цены на бензин постоянно растут, а пиво стоит не очень дорого. «Сам я непьющий, поэтому я не могу придумать ничего лучше, чем использовать пиво в качестве топлива», — пояснил американец.
Он также рассказал, что планирует выставить свой мотоцикл на гонки, чтобы продемонстрировать публике его возможности. Майклсон уверяет, что его техника способна перемещаться на скорости около 250 км/ч. Сын Майклсона, Бадди, сказал, что мотоцикл можно приспособить для работы практически на любом напитке: Red Bull, кофе Caribou и т.д.
В дальнейшем мотоцикл планируют оставить в домашнем музее изобретений Майклсона.
Король Карл III ездит на топливе из остатков вина и сыра
Винтажный Aston Martin короля Карла III теперь работает на топливе из белого вина и сыра. Если быть точнее, то топливо Е85 представляет собой смесь 85% биоэтанола, полученного из остатков вина, сырной сыворотки и 15% неэтилированного бензина.
Этанол обычно производится из множества различных побочных продуктов растений, в первую очередь из кукурузы и сахара. Однако могут использоваться и некоторые остатки от процессов производства вина и сыра. Для создания топлива не используют качественное вино и сыр, ведь подойдет испорченное вино и сырная сыворотка.
Карл III также отметил еще один приятный побочный эффект роскошного топлива: «Когда едешь, вкусно пахнет». Однако, The Guardian отмечает, что использование биотоплива может нанести вред окружающей среде.
«Необычное решение принца Чарльза обезуглеродить Aston Martin с использованием высокой смеси биоэтанола, полученного из отходов сыра и вина, не следует принимать за серьезное решение по обезуглероживанию автомобилей. В больших масштабах биотопливо приносит больше вреда, чем пользы, вызывая вырубку лесов и изменение землепользования, что усугубляет климатический кризис», – сказал Грег Арчер (Greg Archer), британский директор группы компаний T&E, занимающейся чистым транспортом.
Если вспомните ещё истории или стартапы, где в качестве топлива использовали еду, делитесь в комментариях.
Какое топливо для транспорта самое экологически чистое
Во всех странах мира пропаганда замены бензина и дизельного топлива на любое доступное экологически чистое топливо имеет множество бесспорных плюсов, но в то же время рождает немало новых вопросов. С одной стороны, переход на менее токсичные для окружающей среды и человека типы топлива предполагает решение многих этических, финансовых и экологических задач. В то же время постепенный отказ от отравляющих видов горючего создаёт совершенно новую область взаимодействий – в аграрной и производственной сфере, в законодательстве, экспериментальной деятельности и ценообразовании. Также нельзя забывать и о том, что эко-топливо является одним из действенных способов решения климатических проблем.
На фоне всех вопросов одно остаётся неизменным: предпочтение топливу, которое не будет вредить экологии и человеку, отдаётся в нарастающей прогрессии, и остановить этот процесс, пожалуй, уже не получится. В настоящее время предлагается сразу несколько групп экологический чистых составов для заправки транспорта – жидкие, газообразные, и даже сжатый воздух. Условно все эти разработки можно разделить на два вида – действующие и экспериментальные.
Экологичное топливо – альтернатива бензину и дизелю
Цель замены бензинов и дизельных горючих на топливо эко класса – насколько возможно, снизить объем высокотоксичных соединений в выхлопе или создать самые безопасные, наиболее чистые виды для транспортных средств. Справедливости ради, в такой список не стоит включать электромобили, несмотря на то, что в целом все топлива – это источник энергии в общем смысле. Но в этом обзоре речь пойдёт только о тех видах, что производят побочный продукт – выхлоп, и имеют, так или иначе, физическую, материальную форму. В случае с видами топлива, не вредящими окружающей среде, это газовые смеси, составы «био», этиловые продукты.
Знакомый и доступный газ – метан, пропан и бутан
Такие виды горючего в настоящее время являются наиболее распространенными, сжиженной углеводородной пропан-бутановой смесью (СУГ) и компримированным природным газом метан (КПГ) успешно пользуются в разных странах. В России государственными программами активно субсидируется переход на метановое топливо. Некоторые классы автомобилей уже оцениваются на ТО по новым экологическим нормам Евро 6.
По новым правилам «Евро-6» к экологически чистым могут относиться топлива, в которых выбросы отравляющих веществ в отработке не превышают для углекислого газа (C02) более, чем 130 грамм на каждый километр пути, а для оксида азота (NOx) максимум установлен в 0,08 грамма. Оба вида газового биогорючего в такие нормативны не просто укладываются, а имеют безусловное преимущество перед бензином и даже более чистым дизельным топливом.
Стоит отметить, что определенный процент выброса токсичных веществ в атмосферу присутствует у пропан-бутановой смеси, но их объём можно считать мизерным. В то же время метан для окружающей среды – самый безвредный из широко применяемых видов топлива, поскольку это природный газ, а не продукт, полученный в процессе нефтеперегонки.
Другие виды биотоплива
В отличие от газовых, такие составы только набирают популярность, и в разных странах отношение к различным жидким биотопливам ещё только складывается. В настоящее время устойчивое качество для автомобилей может обеспечить только биодизель, а всего существует несколько типов топлива, соответствующего категории «био»:
Подробного рассмотрения заслуживают био-варианты дизеля и бензина, а также диметилэфир: в наше время пока только они доступны, могут соответствовать требованиям к экологически чистым типам горючего и использоваться достаточно широко, как полноценная замена существующим продуктам нефтепереработки.
Биодизель и биобензин
Биодизель – пожалуй, лидер в рейтинге доверия автовладельцев, особенно в странах Евросоюза. Рекордсменом по производству этого вида горючего является Германия, где построено и действует около 50 предприятий и тысячи отдельных мини-установок. Биодизель изготавливается из натурального сырья, а по сути является смесью триглицеридов и жирных кислот, примерно похожих на состав майонеза или растительных масел. Сырьём чаще всего выступают сельскохозяйственные культуры: например, рапс, соя.
Биобензин – продукт другого производства, это смесь лёгких фракций бензина с эфирами, углеводородами, метиловым спиртом и многофункциональными присадками. В то же время последние российские разработки ОИВТ (Институт высоких температур) показали эффективность обработки быстрорастущих микроводорослей для производства биобензина – эко-топлива третьего поколения. Но пока в России биобензин в промышленных масштабах не производится, а лидируют на рынке изготовления одного из предельно чистых типов горючего США и Бразилия, занимая 90% всего объёма.
Несмотря на то, что экологическая чистота обоих видов горючего не абсолютна, доля вредных выбросов в отработке и биодизеля, и биобензина значительно снижена, если сравнивать с обычными типами этих же горючих.
Говоря о растительном топливе – биодизеле – даже на случай аварии, разлитое на земле, в водоемах, оно полностью расщепляется бактериями в течение 2-3 недель без ущерба окружающей среде. Эксплуатационные характеристики требуют небольшой доработки: имея великолепные смазывающие качества, биодизель всё же снижает мощность двигателя внутреннего сгорания. Недостатки относительны: примерно на 6-8% падает тяговая характеристика, вместе с тем на это же число вырастает расход топлива. Цена за литр обоих типов горючего, и эко- и обычного дизеля идентична.
Диметиловый эфир
Если рассматривать все виды топлива не по известности и распространённости, а именно по безопасности для окружающей среды, на лидирующие позиции следовало бы поместить именно диметилэфир. Производится из природного газа, биомассы или угля и даже на фоне нейтрального к экосистемам биодизеля у ДМЭ больше бесспорных преимуществ:
Качество ДМЭ выдержит ещё несколько ужесточений ЕВРО-стандартов, можно сказать, что у этого топлива отличные перспективы стать одним из самых востребованных. Уже сейчас на производство автомобилей под диметилэфир постепенно переходят крупнейшие производители: Ford, Nissan, Volvo, лидеры китайского автопрома, КамАЗ К слову, в КНР таким топливом пользуются официально и достаточно широко уже 15 лет – и общественный, и частный автотранспорт, а подобное явление полностью поддерживается госзаказами. Не отстают и скандинавские страны: Швеция и Дания отдали весь общественный транспорт на диметилэфир. Это действительно дешевая, безопасная для природы и надёжная для двигателей альтернатива нефтесодержащим видам горючего.
Экспериментальные виды экологически чистого топлива
Кто знает, возможно каким-либо из идей суждено стать востребованной реальностью, но не в настоящее время – идей, каким топливом можно заменить высокотоксичные горючие составы немало. Речь идёт и о гибридных технологиях, и о самостоятельных, монотопливных. Удивляющие, инновационные и даже непонятные задумки: перечислим самые яркие попытки изменения всемирного рынка нефтяных ГСМ.
Автомобиль с небольшой грузоподъёмностью (
500 кг) сможет проехать на баллоне воздуха, объёмом в 105 литров около 15-16 км. Расход бензина составит 3 л/100 км пробега. Токсичные выбросы – в минимальной концентрации.
Транспорт может разгоняться до 114 км/ч, выбросы CO2 равны объёму, который бы выделялся при естественном разложении человеческих отходов жизнедеятельности в канализации. К слову, её содержимого достаточно для выделения метана, на котором машина сможет ездить почти год.
1 миллион отработанных кулинарных масел и жиров равны 500 тыс. тонн нефти или 3665689 баррелей. Из них можно произвести 91 642 литра дизельного топлива, из расчёта 40 литров из каждого барреля нефти. Если средний пробег легкового автомобиля в год – это примерно 20 тыс. км, то годовая потребность в дизельном горючем составит 900 литров (при расходе 4,5 л/100км). А 91 642 литра хватило бы для заправки 102 автомобилей в течение всего года.
Конечно, все инновации и даже действующие технологии производства эко-безопасного горючего помогают если не очистить атмосферу, то хотя бы не ухудшить существующее плачевное её состояние. Однако в погоне за стандартами и безвредностью выхлопа стоит вспомнить, что пока заправочных станций для новых видов горючего крайне мало, по меньшей мере, в России. За изменением ситуации можно следить по картам АЗС с разными типами топлива.
Оставьте свои контактные данные и получите PDF с чек-листом про экономию автопарка. 5 основных способов будут ждать вас на почте
Биодизельное топливо [история, из чего делают, состав, плюсы-минусы]
Биодизель в автомобиле – экологически чистый альтернативный источник топлива, наступающий на пятки продуктам нефтепереработки
Прогнозы экологов указывают на то, что при текущих объемах добычи нефти в России ее хватит на 40 лет. Для сравнения Саудовской Аравии ее запасов хватит на 72 года, Канада — 26 лет, Ирак -128 лет, Венесуэла — 234 года. Данные верны при условии, что в указанных странах не произойдет война, и не появятся новые хозяева, которые начнут потреблять «черное золото» в два раза быстрее. Неоспоримый факт в том, что полезные ископаемые Земли, в том числе нефть, подойдут к концу. Тенденция последнего двадцатилетия в развитии отрасли электромобилей и машин на водородных топливных элементах, которые придут на замену автомобилям потребляющим продукты нефтяной переработки. Автомобиль будущего будет передвигаться на альтернативных источниках топлива.
В общем новостном фоне теряется информация об альтернативном источнике топлива, создаваемом из биологических компонентов — биотопливе.
Биотопливо бывает жидкое (например биодизель, этанол, метанол), твёрдое (дрова, топливные гранулы, щепа, солома) и газообразное (синтез-газ, биогаз, водород). Исходные компоненты, из которых создают биотопливо, стартуют от кукурузы до соевых бобов и животного жира, в зависимости от типа топлива и способа производства.
В статье подробно обсудим один из видов жидкого биотоплива, применяемого в автомобилях — биодизельное топливо. Чтобы лучше понять материал, почитайте, как работают автомобильные двигатели и почему дизельные двигатели эффективней бензиновых. Поняв принцип работы двигателя внутреннего сгорания, возвращайтесь к статье, и вместе с редакцией Zap-Online.ru разберемся в теме биодизеля.
История биологического дизтоплива
Текущее производство биодизеля в США в основном строится на соевых бобах или переработанном растительном масле из ресторанов
Идея создания биотоплива на удивление стара. Рудольф Дизель, чье изобретение теперь носит его имя, рассматривал растительное масло в качестве источника топлива для своего двигателя. Большая часть его ранних работ вращалась вокруг применения биотоплива. Например, в 1900 году на Всемирной выставке в Париже, Франция, Дизель продемонстрировал свой двигатель, запустив его на арахисовом масле. Точно так же Генри Форд ожидал, что его Модель Т будет работать на этаноле, кукурузном продукте. Закончилось все тем, что, как в случае с дизелем, так и с фордом, нефть оказалась самым логичным источником топлива. Такой выбор основывался на предложении, цене и эффективности нефти, в отличие от альтернативных источников топлива в те годы, когда технологии отставали от современных. Хотя это не было обычной практикой, растительные масла уже использовались как дизельного топливо в 1930-х и 1940-х годах.
В 1970-х и 1980-х годах, после прохождения Закона о чистом воздухе в 1970 году, идею применения биотоплива вновь рассмотрели в США. Это позволило Агентству по охране окружающей среды США (EPA) тщательней регулировать нормы выбросов загрязняющих веществ автомобилями. Автоконцерны начали ломать голову над тем, как снизить в выбросах уровень диоксида серы, оксида углерода, озона и оксида азота (NOx). Это заложило основу для разработки более чистых видов топлива и устанавливало экологические требования для присадок к топливу.
События за рубежом, такие как арабское нефтяное эмбарго 1973-1974 годов и иранская революция 1978-1979 годов в сочетании со снижением добычи нефти внутри страны, стали катализатором роста цен на "черное золото". По данным Управления энергетической информации Министерства энергетики США, импорт сырой нефти из США сократился на 30% во время эмбарго. Мировые цены на сырую нефть подскочили примерно с 14 долларов за баррель в начале 1979 года до более чем 35 долларов за баррель в январе 1981 года, когда наметилась стабилизация. Цены существенно не падали до 1983 года, когда мировая цена закрепилась между 28 и 29 долларами за баррель.
С ростом цен на нефть начался поиск других источники топлива. В августе 1982 года в Фарго, Северная Дакота, проведена первая Международная конференция по растительным и овощным маслам. На этой конференции рассматривались вопросы от цены на топливо до влияния растительного масла на топливные добавки и методы экстракции.
В 1990 году в Закон о чистом воздухе внесли поправки, включающие строгие ограничения на выбросы автотранспортных средств. Поправки ввели положения о повышенном содержание кислорода в бензине (что снижает выбросы окиси углерода) и пониженном содержании серы в дизельном топливе.
В 1992 году Агентство по охране окружающей среды США приняло Закон об энергетической политике или EPACT. Целью закона было увеличение количества альтернативного топлива, на котором передвигался бы транспортный парк правительства США, чтобы уменьшить зависимость от иностранной нефти. Поправка EPACT 1998 года предписывала правительственным организациям использовать биодизельное топливо в существующих правительственных дизельных транспортных средствах. Поправка была нацелена на исключение траты дополнительных финансов на покупку транспорта на альтернативном топливе, как это предусматривал первоначальный EPACT.
С учетом этих правил и положений любая жизнеспособная нефтяная альтернатива сможет быстро найти свое место в экономике государства. Но наряду с достоинствами биодизель имеет и недостатки, понижающие его преимущество над бензином.
Что такое биодизельное топливо
Биодизель это или альтернатива дизельному топливу или добавка к нему. Изготавливают этот вид топлива из биологических ингредиентов (растительные масла или животный жир) вместо сырой нефти, путем ряда химических реакций. Он не токсичен, не возобновляем. Поскольку биодизель в основном создается из растений и животных, источники могут пополняться за счет сельского хозяйства и переработки.
Биодизель безопасен и может применяться в дизельных двигателях практически без изменения конструкции или модификации (подробнее в статье «Как заставить дизельный автомобиль ездить на биотопливе»). Хотя биодизель можно заливать в чистом виде, его обычно смешивают со стандартным дизельным топливом. Смеси обозначают аббревиатурой Bxx, где xx — процентное содержание биодизеля в смеси. Например, самая распространенная смесь B20, содержит 20-процента биодизеля и 80 % чистого дизельного топлива. B100 относится к чистому биодизелю.
Такое биотопливо как этанол из кукурузы и биодизель из соевых бобов, помогают стимулировать развитие сельского хозяйства.
Формальное техническое определение биодизеля следующее: топливо, состоящее из моноалкиловых эфиров длинноцепочечных жирных кислот, полученных из растительных масел или животных жиров, обозначенное как B100 и отвечающее требованиям ASTM D 6751. Это определение документально утвердил Национальный совет по биодизелю (US National Biodiesel Board или NBB) США и признала ASTM International.
ASTM International — международная организация, разрабатывающая и издающая добровольные стандарты для материалов, продуктов, систем и услуг.
US National Biodiesel Board — совет лоббирующий интересы производителей биодизеля на рынке Америки.
Жиры и биодизель. Как это связано
Основной плюс биодизеля в том, что его можно делать из разных природных источников, например из животного жира. Растительное масло (крупнейший источник биодизеля), подходящее для производства биодизеля, выжимают из сои, рапса, пальмы, хлопка, подсолнечника и арахиса. Биодизель делают даже из переработанного растительного масла, на котором жарили картошку!
Объединяет все источники биодизельного топлива то, что все они содержат жир в той или иной форме. Масла — это простые жиры, которые при комнатной температуре принимают жидкую форму. По-научному эти жиры называют триацилглицеролы, триглицериды или нейтральные жиры — сложные эфиры образованные спиртом, глицеролом и жирными кислотами. Триглицериды состоят из атомов углерода, водорода и кислорода, связанных вместе и расположенных в определенном порядке. Эти триацилглицеролы довольно распространены. Кроме домашнего растительного масла, они также содержаться в сливочном масле, сале, крови, откладывающейся жировой ткани человека.
Чтобы визуализировать триацилглицеролы — думайте о заглавной букве «Е» (смотрите формулу ниже). Вертикальную основу этого «E» формирует молекула, известная как глицерин. Глицерин — распространенный ингредиент, который добавляют в мыло, фармацевтические препараты и косметику. К этому глицериновому остову примыкают и образуют горизонтальные элементы «Е» три длинные цепи, состоящие из углерода, водорода и кислорода. Они называются жирными кислотами.
Теперь о том, как эти триацилглицеролы попадают в машину, грузовик или лодку
Биодизельное топливо — это не чистое растительное масло. Раньше сырым растительным маслом заправляли дизельные двигателя. Обычно это приводило к выходу из строя топливной системы автомобиля. Сырой жир или масло должны сначала пройти ряд химических реакций, чтобы стать топливом. Есть разные способы изготовления биодизельного топлива, но большинство предприятий создают промышленный биодизель, применяя процесс, называемый переэтерификацией. При переэтерификации жир или масло сначала очищают, а затем соединяют со спиртом, обычно метанолом (CH 3 OH) или этанолом (CH 3 CH 2 OH). Соединение происходит в присутствии катализатора, такого как гидроксид калия (KOH) или гидроксид натрия (NaOH). В результате триацилглицерин превращается в сложные эфиры и глицерин. Оставшиеся эфиры — это то, что мы называем биодизельным топливом.
Достоинства и недостатки биодизеля
Плюсы
- Биодизель имеет 5 преимуществ:
- Экологически чист;
- Уменьшает зависимость от иностранной нефти;
- Лучше смазывает внутренние части двигателя, уменьшая износ;
- Применим в любом дизельном двигателе с незначительными изменениями или без них;
- Безопаснее, чем обычное дизельное топливо.
Раскроем каждый из плюсов
Основной плюс биодизеля — экологичность. От биодизеля меньше выбросов, чем у стандартного дизельного топлива, он биоразлагаем и является возобновляемым источником энергии.
Возобновляемая, или регенеративная, «зелёная», энергия — энергия из энергетических ресурсов, которые возобновляемы, или неисчерпаемы, по человеческим масштабам.
Контроль выбросов центральный в аргумент в пользу биодизеля. Сера, окись углерода и углекислый газ, содержащиеся в выбросах обычного дизельного топлива, очень вредны и вызывают обеспокоенность у ученых, законодателей и обычных людей.
Вред от вредных веществ, содержащихся в дизельном топливе:
- сера и родственные ей соединения способствуют образованию кислотных дождей;
- окись углерода широко признанный токсин;
- углекислый газ способствует парниковому эффекту.
Есть также несколько менее известных соединений, которые вызывают беспокойство в отношении здоровья людей:
- полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) — кольцеобразные соединения, которые связывают с образованием рака легких;
- твердые частицы (ТЧ) — наносят вред легким и развивают сердечнососудистые заболевания;
- не сгоревшие углеводороды — образовывают смог и озон.
Биодизель и в правду уменьшает вредные выбросы. В нем либо нет вышеперечисленных вредных веществ, либо содержаться в малом количестве. Из нынешних видов биотоплива биодизельное топливо единственное, успешно прошедшее испытания на выбросы и соответствует Закону о чистом воздухе в США.
| Средние выбросы биодизеля по сравнению с обычным дизелем | ||
| Смесь | B100 | B20 |
| Всего несгоревших углеводородов | -67% | -20% |
| Окись углерода (угарный газ) | -48% | -12% |
| Твердые частицы | -47% | -12% |
| NOx (оксида азота) | +10% | +2% |
| Сера | -100% | -20% |
| ПАУ | -80% | -13% |
Кроме того, по информации Национального совета по Биодизелю США и Управления транспортных технологий Министерства энергетики США, B100 может сократить выбросы CO2 на 78 процентов и снизить канцерогенные свойства дизельного топлива на 94 процента.
Плюс в копилку биодизеля в том, что он биоразлагаемый, т.е. может разлагаться в результате природных агентов, например бактерий. По информации EPA, биодизель разлагается со скоростью в четыре раза быстрее, чем обычное дизельное топливо. Поэтому в случае разлива очистка будет проще, а последствия не будут такими страшными. Это также относится к биодизельным смесям.
Переход на биодизель снизит зависимость экономики государств от импортируемой нефти и повысит энергетическую безопасность. В США большая часть биодизеля производится из соевого масла — часть аграрной культуры Америки. С ростом спроса на нефть и сокращением мировых поставок, биодизель снизит потребности государства в энергии. Не ободряюще звучит для России, но эту тему развивать не будем. Редакция Zap-Online.ru хочет разобраться в вопросе альтернативного источника топлива. Прогнозировать, куда пойдет государство, если нефть потеряет цену, мы не собирались.
Биодизель лучше смазывает внутренние части двигателя, облегчая движение механизмов и уменьшая риск их скорого износа. Еще биодизель действует как растворитель, который помогает разрыхлить отложения и другую грязь из внутренних частей двигателя, которые могут вызвать засорение. Поскольку чистый биодизель не оставляет отложений, это увеличивает срок службы двигателя. Управлением транспорта США подсчитано, что если дизельное топливо содержит всего 1% биодизеля, смазывающая способность увеличивается на целых 65%.
Биодизель безопаснее — он нетоксичен (примерно в 10 раз менее токсичен, чем поваренная соль) и имеет более высокую температуру вспышки, чем обычное дизельное топливо. Более высокая температура вспышки биодизеля снижает вероятность случайного возгорания. Это облегчает соблюдение правил безопасного перемещения и хранения.
Минусы биодизельного топлива
Главный минус биодизельного топлива в увеличении выбросов NOx.
NOx — оксиды азота (NO и NO2), образующиеся при горении.
Часто при производстве дизельного топлива, когда уменьшается количество твердых частиц в выбросах, увеличивается уровень оксидов азота, которые образовывают смог. Снизить уровень выбросов оксида азота можно путем установки каталитических нейтрализаторов и фильтров, но проблемы это не решает. Ученые уже ломают голову над технологиями, сокращающими количество NOx в выбросах биодизельного топлива.
Другая проблема — поведение биодизеля как растворителя. Хотя это свойство полезно, но и имеет противоположные свойства. Старые дизельные автомобили (например, выпущенные до 1992 года) засоряются при работе на топливе с высокой концентрацией биодизеля. Способность биодизельного топлива разрыхлять отложения, накапливающиеся в двигателе (такие отложения могут содержаться в старом дизельном топливе), может засорить топливный фильтр вновь освобожденными отложениями.
Справка. Хранение дизельного топлива по ГОСТ 305 82 — 5 лет. Реально — год при температуре +20 С и 6-10 месяцев при температуре +30 С. Качество солярки зависит от температуры помещения, в котором хранится. Когда состав топлива ухудшается, то в нём образуется большое количество смоляных соединений и смол, которые станут оседать на агрегатах и элементах двигателя, его внутренних стенках.
Производители биодизеля предлагают заменять топливный насос после перехода на высококонцентрированные смеси биодизеля, так как компоненты в старых топливных система также могут забиться освобожденными отложениями. Кроме отложений в топливной системе, биодизель также разрушает резиновые компоненты. Некоторые детали в старых системах (топливопроводы, уплотнения топливных насосов), приходят в негодность из-за резинового или резиносодержащего состава. Обычно это исправляется путем замены таких компонентов. Хотя многие производители включили в список гарантийных поломок ремонт недочетов, которые создает биодизельное топливо, опасность неисправности, которую обывателю придется чинить за свой счет, сохраняются.
Кроме того, в некоторых двигателях может наблюдаться снижение экономии топлива и мощности, примерно на 10 процентов. То есть 11 литров биодизеля, будет равняться 10 литрам стандартного дизельного топлива.
Цена биодизеля
Подходим к экономической составляющей биодизельного топлива. Цена биодизеля зависит от таких переменных, как используемое сырье и рыночные условия. Сырья не хватает, а рыночные условия пока не дают развиться логистике доставки биотоплива до потребителя. Итог такой, по информации EPA, чистый биодизель (B100) стоит от 1,95 $ (127 рублей) до 3,00 $ (195 рублей) за галлон. Смеси B20 в среднем на 30-40 центов дороже, чем стандартное дизельное топливо.
Другой, возможно, более важный вопрос-это количество и доступность. Сейчас купить биодизельное топливо можно непосредственно у поставщика, у дистрибьютора нефти или на обычной заправке. В Соединенных Штатах, в Национальном совете по Биодизелю (US National Biodiesel Board), состоит 19 производителей реализующих биодизель.
Так сколько биодизеля производит США? Учитывая количество разношёрстных производителей (то есть, федеральных, частных, промышленных) и источников урожая (бобы, кукуруза, соя), трудно привести точную цифру. По информации Национального совета по биологическому дизтопливу в США производится около 75 миллионов галлонов биодизеля в год.
Кто сегодня использует биодизель в автотранспорте
Крупнейший рынок биодизеля автопарк. По данным Национального совета по биодизелю, в Соединенных Штатах более 100 парков заправляющихся биологическим дизтопливом. В их числе федеральные и государственные организации:
- Почтовая служба США;
- ВВС США;
- Армия США;
- НАСА;
- Департамент энергетики США;
- Электроэнергетический холдинг Duke Energy;
- Энергетическая компания Florida Power & Light.
Многие службы общественного транспорта стремятся использовать биодизельное топливо. Например, городские автобусы Cincinnati Metro передвигаются на биодизеле. В проекте применение биодизельного топлива в морской отрасли, сельском хозяйстве, в отоплении домов.
По мере роста осведомленности общественности биодизель и биотопливо становятся обычной темой рядовых граждан в разговорах за ужином. С принятием соответствующего законодательства, например поправки EPACT 1998 года растет и политическая поддержка, что дает биодизелю дорогу в будущее.