Альтернативные топлива

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение                                                                                                                               3

1 ПОНЯТИЕ ТОПЛИВА                                                                                         4

2 ОСНОВНЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА                                             5                                            

3 ЗНАЧЕНИЕ И НЕОБХОДИМОСТЬ  В АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДАХ    ТОПЛИВА                                                                                                                8

4 ОСНОВНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ  ВИДЫ ТОПЛИВА                                  9                     

Заключение                                                                                                             15                                   

Библиографический список                                                                                           16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

    Обеспеченность энергоресурсами является обязательным условием развития экономики любой страны.

    Сегодня наблюдается снижение темпов нефтедобычи в ряде стран, включая Россию, и снижение ее рентабельности. Все это является первопричиной увеличения стоимости нефтепродуктов и, как следствие, накладывает определенные ограничения на развитие экономик отдельных стран и мировой экономики в целом.

    В последнее время большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами.

    В данной работе мы рассмотрим альтернативные виды топлива, обозначим предпосылки к их использованию.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 ПОНЯТИЕ ТОПЛИВА

    Чаще всего, под топливом понимают вещество, способное гореть при наличии окислителя (например, дрова или дизельное топливо). В таком случае, смесь топлива с окислителем образует взрывчатое вещество. Тепловой двигатель может преобразовывать тепловую энергию топлива в кинетическую. Существует также ядерное топливо — вещество, выделяющее большое количество тепла в результате реакций распада или объединения ядер атомов.

    Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива (теплота сгорания одного килограмма «условного топлива» (у.т.) составляет 29,3 МДж или 7000 ккал — что соответствует низшей теплотворной способности чистого антрацита).

    Печное бытовое топливо предназначено для сжигания в отопительных установках небольшой мощности, расположенных непосредственно в жилых помещениях, а также в теплогенераторах средней мощности, используемых в сельском хозяйстве для приготовления кормов, сушки зерна, фруктов, консервирования и других целей.

    Стандарт на котельное топливо — ГОСТ 10585-99 предусматривает выпуск четырёх его марок: флотских мазутов Ф-5 и Ф-12, которые по вязкости классифицируются как лёгкие топлива, топочных мазутов марки 40 — как среднее и марки 100 — тяжёлое топливо. Цифры указывают ориентировочную вязкость соответствующих марок мазутов при 50 °C.

    Печное топливо тёмное вырабатывается из дизельных фракций прямой перегонки и вторичного происхождения — дистиллятов термического, каталитического крекинга и коксования.

    По фракционному составу печное топливо может быть несколько тяжелее дизельного топлива по ГОСТ 305-82 (до 360 °C перегоняется до 90 процентов вместо 96 процентов, вязкость печного топлива до 8,0 мм2/с при 20 °C против 3,0-6,0 мм2/с дизельного).

 

 

 

    При изготовлении печного топлива не нормируются цетановое и йодное числа, температура помутнения. При переработке сернистых нефтей массовая доля серы в топливе — до 1,1 процента.

    Для улучшения низкотемпературных свойств печного топлива в промышленности применяют депрессорные присадки, синтезированные на основе сополимера этилена с винилацетатом.

 

2 ОСНОВНЫЕ СОВРЕМЕННЫЕ  ВИДЫ ТОПЛИВА

 

Твердые топлива

- Древесина, древесная  щепа, древесные пеллеты

- Горючий сланец

- Сапропель

- Торф

- Уголь

- Битуминозные пески

- Порох

  1) Соединения азота

  2) Твёрдое ракетное  топливо

 Жидкие топлива

-Нефтяные топлива

  1) Дизельное топливо  (газойль, соляровое масло)

  2) топливо печное бытовое

  3) Керосин

  4) Лигроин

 

 

 

5) Бензин, газолин

- Масла

  1) Сланцевое масло

  2) Отработавшее машинное  масло

  3) Растительные (рапсовое, арахисовое) или животные масла  (жиры)

- Спирты

  1) Этанол

  2) Метанол

  3) Пропанол

- Жидкое ракетное топливо

- Эфиры

  1) (Изомеры) спиртов

    а) Метил-трет-бутиловый  эфир (МТБЭ)

    б) Диметиловый  эфир (ДМЭ)

  2) жирных кислот

    а) Этерифицированные  растительные масла (биодизель)

- Эмульсии

  1) Водотопливная эмульсия

  2) Этиловый спирт в  бензинах

  3) Масла в бензинах

- Синтетические топлива,  производимые на основе процесса  Фишера-Тропша

  1) Из угля (CTL)

  2) Из биомассы (BTL)

  3) Из природного газа (GTL)

Газообразные топлива:

 

 

- Пропан

- Бутан

- Метан, природный газ,  метан угольных пластов,сланцевый  газ, рудничный газ, болотный  газ, биогаз, лэндфилл-газ, гидрат  метана

- Водород

- Сжатый (компримированный) природный газ (CNG)

- Продукты газификации  твёрдого топлива

  1) Угля — (синтез-, генераторный, коксовый) газы, возможна  подземная газификация углей

  2) Древесины

- Смеси

  1) Пропан-бутановая смесь  (LPG)

  2) Смесь водорода и  природного газа (HCNG)

Дисперсные системы, растворы

- Аэрозоли

  1) Угольная пыль

  2) Алюминиевая, магниевая  пыль

- Пены

  1) Газодизель (смесь природного  газа с дизельным топливом)

  2) Смесь водорода с  бензином

- Суспензии

  1) Водоугольное топливо

  2) Водонитратное топливо  («жидкий порох»)

 

 

 

 

3 ЗНАЧЕНИЕ И НЕОБХОДИМОСТЬ  В АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА

 

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

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

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

    Основной недостаток природного топлива - его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы образовывались десятки и сотни миллионов лет назад. В тоже время добыча топлива непрерывно увеличивается [2, c.38].

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

    Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам - в отличие от органического топлива они непрерывно возобновляются. Но гидроэнергетические ресурсы неспособны, дать необходимое количество энергии [1, c.92].

 

 

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

 

4 ОСНОВНЫЕ АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ  ВИДЫ ТОПЛИВА

 

    Альтернативные виды топлива можно классифицировать следующим образом:

- по составу: углеводородно-кислотные  (спирты), эфиры, эстеры, водородные  топлива с добавками;

- по агрегатному состоянию:  жидкие, газообразные, твердые;

- по объемам использования:  целиком, в качестве добавок;

- по источникам сырья:  из угля, торфа, сланцев, биомассы, горючего газа, электроэнергии и  др.

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

    Природный газ. Природный газ в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтернативного моторного топлива. Природный газ в качестве моторного топлива может применяться как в виде компримированного, сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа.

    Газовый конденсат. Использование газовых конденсатов в качестве моторного топлива сведено к минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности

 

 

 

двигателя (на 20%), повышение  удельного расхода топлива.

    Диметилэфир. Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.

 

Рисунок 1. Альтернативные виды топлива

    На сегодняшний день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тыс. т в год.

    В отличие от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа [4, c-102].

    Шахтный метан. В последнее время к числу альтернативных видов

 

 

автомобильных топлив стали  относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в  качестве моторного топлива для 

 

рейсовых автобусов в  угольных регионах страны. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. В США за период с 1988 по 2000 гг. добыча угольного метана из специальных  скважин возросла от 1 млрд до 40 мрлд м3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд м3. Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют, по различным источникам, 48-65 трлн м3.

    Этанол и метанол. Этанол (питьевой спирт), обладающий высоким октановым числом и энергетической ценностью, добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах.

    Метанол как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его широкое применение на гоночных автомобилях.

    Синтетический бензин. Сырьем для его производства могут быть уголь, природный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа. Из 1 м3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе.

    Электрическая энергия. Заслуживает внимания применение электроэнергии в качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально решается вопрос, связанный с токсичностью отработанных газов, появляется возможность использования нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей [5, c-113].

    Топливные элементы. Топливные элементы - это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного

 

 средства, - в процессе  реакции водорода и кислорода  образуются вода и электрический  ток. В качестве водородосодержащего  топлива, как правило,используется  либо сжатый водород, либо метанол.  В этом направлении работает  достаточно много зарубежных  автомобильных фирм, и если им  в итоге удастся приблизить  стоимость автомобилей на топливных  элементах к бензиновым, то это  станет реальной альтернативой  традиционным нефтяным топливам  в странах, импортирующих нефть. 

    Биодизельное топливо. В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из рапса (возможно также производство из отработанного растительного масла). В Австрии такое топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/год; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/год; в Италии - 60 тыс. т/год. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях. Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей (города, реки, леса, открытые разработки угля (руды), помещения парников и т.п.) - cодержание серы в биодизельном топливе составляет 0,02%.

    Воздух. Во Франции уже начато производство автомобиля, в качестве топлива для которого будет использоваться сжатый воздух. Принцип работы мотора машины очень похож на принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Только в двух цилиндрах воздух-кара не бензин “встречается” с искрой, а холодный воздух с теплым. По предварительным данным, автомобиль будет стоить порядка 13 тыс. евро. Запас хода - 200 км.

    Биогаз. Представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для его производства достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов [3, c-94].

    Отработанное масло. В настоящее время на ряде предприятий различных стран мира весьма эффективно работают установки, преобразующие

 

 

 отработанное масло  (моторное, трансмиссионное, гидравлическое, индустриальное, трансформаторное, синтетическое  и т. д.) в состояние, которое  позволяет полностью использовать  его в качестве дизельного  или печного топлива. Установка  подмешивает высокоочищенные (в  установке) масла в соответствующее  топливо, в точно заданной пропорции,  с образованием навсегда стабильной, неразделяемой топливной смеси.  Полученная смесь имеет более  высокие параметры по чистоте,  обезвоживанию и теплотворной  способности, чем дизельное топливо  до его модификации в установке. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заключение

 

    В заключение следует отметить, что производство и применение тех или иных видов альтернативного топлива в отдельно взятой стране связано с рядом ограничений.

    Например, в России практически отсутствует сырьевая база для получения этанола и биодизельного топлива (необходимо отметить, что наиболее эффективными продуцентами для их топлив являются представители тропической и субтропической флоры). С другой стороны, использование LPG, учитывая огромные запасы газа в нашей стране, крайне актуально. Из всех видов моторных топлив, получаемых из местного сырья, только биогаз, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств, представляет серьезный практический интерес для России. Кроме того, шахтный метан уже в настоящее время может рассматриваться как перспективный источник альтернативного моторного топлива для угольных регионов нашей страны.

    Однако без должного развития инфраструктуры и поддержания экономически обоснованного спроса ни один из видов альтернативного топлива не может рассматриваться как полноценная замена бензина и дизельного топлива. Эффект от использования установок по производству биодизельного топлива, синтетического бензина, по преобразованию отработанного масла и т.п. вне рамок реализации масштабной государственной программы может носить лишь исключительно локальный характер. В связи с этим остается только надеяться, что часть тех огромных финансовых ресурсов, которые столь внушительными темпами аккумулируются в настоящее время государством и нефтяными компаниями при реализации нефти и нефтепродуктов пойдет на своевременную разработку и внедрение высокоэффективных энергосберегающих технологий, а также альтернативных энергоресурсов.

 

 

 

 

 

 

Библиографичесчкий список

 

1. Зарубежные масла, смазки  и специальные жидкости. Международный  справочник. Вып. 2. – М.: Издательский  центр "Техинформ" МАИ, 2008. –  128 с.

2. Манусаджянц О.И., Смаль  Ф.В. Автомобильные эксплуатационные  материалы. – М.: Транспорт, 2007. –  271 с.

3. Моторные масла. / Р. Балтенас, А.С. Сафонов, А.И. Ушаков, В.  Шергалис. - Москва – СПб.: Альфа-Лаб, 2000. – 272 с. 

4. Обельницкий А.М., Егорушкин  Е.А., Чернявский Ю.Н. Топливо, смазочные  материалы и охлаждающие жидкости. – М.: ИПО "Полигран", 2005. –  272 с.

5. Топлива, смазочные материалы,  технические жидкости. Ассортимент  и применение: справочник. / Под. ред.  В.М. Школьникова. – М.: Издат.  центр «Техинформ», 2007. – 596 с.