Экологические виды топлива. Альтернативные виды топлива Наиболее чистое топливо

Принципиально новым направлением в части снижения воздействия транспорта на окружающую среду является переход на экологически чистые виды топлива. В настоящее время существует несколько распространенных видов альтернативного, экологически более чистого топлива - сжиженный нефтяной газ, природный газ, биодизельное топливо, водород и др.

Применение сжиженного нефтяного газа требует не кардинального изменения конструкции автомобиля, а только его приспособления к установке газового оборудования, оставляя возможность использования как бензина, так и газа в качестве топлива. Сжиженный нефтяной газ - это экологически более безопасный вид топлива. При его использовании количество основных вредных веществ в выбросах снижается в 2 и более раза, износ основных деталей цилиндро- поршневой группы уменьшается в 1,5-2 раза, срок службы моторного масла становится выше, затраты на топливо сокращаются в 2 раза. Экологичность и экономичность работы двигателя на сжиженном газе зависит от оборудования, устанавливаемого на автомобиль. Наибольшей эффективностью обладают инжекторные системы впрыска газа .

Природный газ в качестве топлива для транспортных средств подразделяется на компримированный, т.е. сжатый (КПГ), и сжиженный (СПГ). Компримированный природный газ в качестве основного компонента содержит метан и в небольшом количестве примеси других газов. Особенностью метана является то, что при нормальной температуре и даже высоком давлении он не переходит в сжиженное состояние. Чтобы иметь достаточный энергетический запас, сжатый газ хранится в высокопрочных металлических баллонах под давлением 200 МПа. Баллоны имеют большую массу. Калорийность природного газа ниже калорийности бензина на 10-15%, поэтому при работе на КПГ мощность бензинового двигателя снижается на 18-20%. Рынок газовых автомобилей в эксплуатации расширяется медленно, а экологические показатели эксплуатируемых газовых систем не обеспечивают выполнения требований современных норм по токсичности.

Сжиженный природный газ с точки зрения техникоэкономической эффективности значительно выгоднее, чем КПГ. В сжиженном состоянии природный газ находится при температуре -160°С; для сохранения его в этом состоянии требуются криогенные емкости. Сжижение природного газа обеспечивает снижение его объема примерно в 600 раз. Это позволяет получить преимущества по сравнению с использованием сжатого природного газа: уменьшить массу газового оборудования на транспортном средстве в 3-4 раза, а объем - в 1,5-3. Переход на использование СПГ в нашей стране тормозится отсутствием инфраструктуры, обеспечивающей его получение. По мнению отечественных специалистов, применение СПГ является наиболее перспективным направлением использования природного газа в качестве моторного топлива.

Применение газа на транспортном подвижном составе позволяет существенно снизить токсичность: но СО в 3-4, NO v - в 1,2-2,0, C v H /y в 1,2-1,4 раза. При работе дизеля по газодизельному циклу дымность в режиме свободного ускорения уменьшается в 2-4 раза, шумность снижается на 8-10 дБ А, двигатель работает мягче и без специфического запаха.

Наряду с очевидными преимуществами, газовое топливо имеет недостатки: у газобаллонных грузовиков по сравнению с бензиновыми снаряженная масса повышается на 400- 600 кг, соответственно, снижается грузоподъемность, а запас хода сокращается почти вдвое. Кроме того, слабо развита сеть газонаполнительных и заправочных станций.

Работы по использованию газового топлива проводятся на многих видах транспорта, но наибольшее применение оно нашло на автомобильном транспорте.

Биодизельное топливо - это альтернативный вид топлива, получаемый из растительных масел. Сырьем для производства биодизельного топлива могут быть различные растительные масла (рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковое масла, а также животные жиры).

Биодизельное топливо может использоваться в обычных ДВС как самостоятельно, так и в смеси с дизельным топливом, без внесения изменений в конструкцию двигателя. Обладая примерно одинаковым с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизельное топливо имеет ряд существенных преимуществ - не токсично, практически не содержит серы и канцерогенного бензола, разлагается в естественных условиях, обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании.

Однако при всех положительных моментах биотоплива необходимо отметить, что культивирование растений, которые служат компонентами биодизеля, может крайне негативно сказаться на окружающей природной среде. В частности, территория Европы не позволяет обеспечивать многолетний севооборот при увеличении темпов потребления биодизельного топлива. В итоге может случиться, что решение задачи снижения загрязнения атмосферы отработавшими газами транспортных средств усугубит другие проблемы - деградации почв, производства продовольствия, вымирания различных видов животных.

Абсолютно экологичным видом альтернативного топлива для автомобилей считается водород, при сгорании которого не образуется никаких вредных веществ, только вода. Учитывая, что выбросы вредных веществ с отработавшими газами автотранспорта в мегаполисе могут составлять более 90%, использование водорода в качестве топлива позволит устранить эту экологическую проблему.

Многие автомобильные компании мира пытаются перейти на водородное топливо в своих конструкциях. Однако, несмотря на экологические и энергетические преимущества применения водорода, его использование в качестве автомобильного топлива в настоящее время носит экспериментальный характер из-за проблем, связанных с хранением и экономической целесообразностью применения.

Утилизация, или нейтрализация, вредных выбросов. Снижение количества вредных выбросов от транспортных средств в настоящее время достигается за счет оборудования двигателей системами нейтрализации и очистки выпускных газов. Известны жидкостные, термические, каталитические, комбинированные нейтрализаторы и сажеуловители.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов отработавших газов при пропускании их через жидкость определенного состава - воду, водный раствор сульфита натрия, водный раствор двууглекислой соды. Пропускание отработавших газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются с эффективностью 0,5, а эффективность очистки от сажи достигает 0,6-0,8, при этом несколько уменьшается содержание бензапирена.

К недостаткам жидкостных нейтрализаторов относятся большая масса и габариты, необходимость частой смены рабочего раствора, неэффективность очистки СО, малая эффективность по отношению к NO r

Термический нейтрализатор (дожигатель) представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива. При этом отмечается снижение выбросов углеводородов в отработавших газах примерно в два, а монооксида углерода - в 2-3 раза. К недостаткам термических нейтрализаторов в экологическом отношении следует отнести повышенное содержание NO в отработавших газах.

В каталитических окислительных нейтрализаторах с катализаторами из благородных металлов - платины, платины и палладия, платины и родия - достигается достаточно высокая скорость окисления СО и С х Н у. Основным недостатком этого вида катализатора является интенсивное истирание дорогостоящей поверхности сажей с адсорбированными на ней абразивными частицами нерастворенных солей металлов, что приводит к снижению эффективности и ресурса эксплуатации устройства.

Для комплексной защиты окружающей среды от выбросов сажи и золы, снижения токсичности отработавших газов и шума автомобиля используются фильтры-нейтрализа- торы-глушители, в качестве рабочих элементов которых используются изделия из литого пористого алюминиевого сплава.

• См.: Гапонов В. Л., Бадалян Л. X., Курдюков В. Н., Куренкова Т. Н.Современные методы снижения вредных выбросов с отработавшимигазами автотранспорта.

Специалисты разных стран ведут исследования в области применения новых видов топлива и источников энергии на автомобильных транспортах. Это связано со значительным ростом численности автотранспортных средств и все большим загрязнением окружающей среды окружающей среды.

К наиболее эффективным и перспективным видам моторного топлива следует отнести природный газ, водород, пропан-бутановую смесь, метанол и др.

Перспективное автомобильное топливо -- это любой химический источник энергии, использование которого в традиционных или разрабатываемых автомобильных двигателях позволяет в какой-то степени решить энергетическую проблему и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. Исходя из этого формулируются пять основных условий перспективности новых источников энергии:

наличие достаточных энергосырьевых ресурсов;

возможность массового производства;

технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками;

приемлемые токсичные и экономические показателипроцесса использования энергии;

безопасность и безвредность эксплуатации.

Существует несколько различных классификаций перспективных автомобильных топлив. Большой практический интерес представляет энергетическая классификация, в основу которой положена калорийность традиционного жидкого углеродного топлива.

У традиционного жидкого углеводородного топлива самая высокая энергоплотность, поэтому автомобиль, работающий на нем, имеет небольшие размеры и массу топливного бака и топливной аппаратуры и не требует сложной системы заправки и хранения топлива. Углеводородные газы и водород обладают более высокой массовой энергоемкостью, но из-за малой плотности у них значительно худшие объемные энергетические показатели. Поэтому использование этих топлив возможно только в сжатом или сжиженном состоянии, что в ряде случаев значительно усложняет конструкцию автомобиля.

Водородное топливо. Большие надежды возлагаются на водородное топливо как на топливо будущего. Обусловлено это его высокими энергетическими показателями, отсутствием большинства токсичных веществ в продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой. Именно с водородом связывают перспективное развитие энергетики.

По массовой энергоемкости водород превосходит углеводородные топлива примерно в 3 раза; спирты -- в 5--6 раз. Но из-за очень малой плотности его энергоплотность низка. Водород обладает рядом свойств, сильно затрудняющих его использование: сжижается при 24К; обладает высокой диффузионной способностью; предъявляет повышенные требования к контактирующим материалам, взрывоопасен. Однако несмотря на это, ученые многих стран ведут работы по созданию автомобилей, работающих на водородном топливе. Многочисленные схемы возможного его применения в автомобиле делятся на две группы: водород как основное топливо и как добавки к современным моторным топливам. Основной трудностью при использовании водорода в сжиженном состоянии является его низкая температура. Обычно жидкий водород транспортируется в криогенных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией. Для безопасной эксплуатации жидкого водорода необходимы полная герметизация топливоподающей системы и обеспечение сброса избыточного давления.

Водородная технология, водородная энергетика -- о них говорят все настойчивее по той причине, что этот химический элемент -- основа единственного известного сегодня топлива, не образующего при сгорании пресловутого угарного газа и потому экологически наименее вредного. К тому же запасы его в природе практически неисчерпаемы. Вот почему уже много лет предпринимаются попытки использовать водород для двигателей внутреннего сгорания. В этом направлении еще в 30-е годы работали Московский автомеханический институт, МГТУ имени Баумана и ряд других институтов.

Во время Великой Отечественной войны идею водородного топлива практически применили для автомобилей в войсках противовоздушной обороны на Ленинградском фронте.

В послевоенные годы академик Е. А. Чудаков и профессор И. Л. Варшавский использовали водород для питания одноцилиндрового двигателя в Автомобильной лаборатории АН СССР. Занимались этой проблемой академик В. В. Струминский и другие исследователи. Однако эксперименты тогда не получили широкого размаха. Они стали более актуальными и возобновились позднее. Только в США к 1976г. по этой теме вели исследования 15 экспериментально-конструкторских групп, которые создали 42 разновидности «водородных» двигателей. Аналогичные поиски развернуты учеными ФРГ и Японии.

Столь большой интерес к водороду как к топливу объясняется не только его преимуществами экологического характера, но и физико-химическими свойствами: теплота сгорания у него втрое выше, чем у нефтепродуктов, воспламеняемость смеси с воздухом имеет широкие пределы, водород обладает высокой скоростью распространения пламени и низкой энергией воспламенения -- в 10--12 раз ниже, чем бензин.

В нашей стране обширные работы по использованию водорода для автомобильных двигателей активно ведут многие научные центры.

Метод получения этого химического элемента с применением так называемых энергоаккумулирующих веществ детально разработан Институтом проблем машиностроения АН Украины, который проводит также фундаментальные исследования процессов сгорания водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесей, разрабатывает принципиальные схемы силовой установки автомобиля при различных методах хранения нового горючего на борту.

Водород как моторное топливо имеет некоторые особенности, обусловленные его свойствами. Широкие пределы воспламеняемости позволяют лучше регулировать протекание рабочего процесса двигателя. В результате удается повысить экономичность при частичных нагрузках -- режиме, в котором автомобильный двигатель «живет» довольно долго. Теплотворность однородной смеси водорода с воздухом ниже, чем у бензина. Поэтому мощность двигателя на водороде в большей степени, чем при использовании бензина, зависит от способа смесеобразования.

Исследования детонационной стойкости бензоводородовоздушных и водородовоздушных смесей показали, что их склонность к детонации в значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха. И в этом отношении при использовании водорода в качестве топлива выявлены иные закономерности, чем для бензина. Изучение работы двигателей на водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесях показало высокую стабильность рабочего процесса. Сравнивая пределы изменения оптимального угла опережения зажигания при работе на водороде и бензине, можно заметить, что в первом случае он существенно зависит от коэффициента избытка воздуха. При обогащении смеси наивыгоднейший угол опережения зажигания значительно уменьшается. Поэтому при работе на водороде двигателю нужны иные регулировки этого параметра.

Наконец, при сгорании водорода отработавшие газы не содержат таких вредных компонентов, как СО, углеводороды, РЬО. Остается только один токсичный компонент в выхлопе -- NО (и то в меньших количествах, чем при работе на бензине). При использовании водорода в качестве добавки содержание вредных компонентов резко сокращается благодаря полноте сгорания. Кроме того, уменьшается необходимость использования вредных антидетонационных свинцовых присадок к бензинам.

Эксперименты показали, что двигатели внутреннего сгорания могут с успехом работать как на чистом водороде, так и на смеси его с парами бензина. Любопытно, что уже 10-процентная добавка (от массы расходуемого топлива) водорода может оказать существенное влияние, снижая токсичность отработавших газов и улучшая экономические показатели. Она намного расширяет пределы воспламеняемости смеси, что создает условия для эффективного регулирования процесса сгорания. Практически это означает возможность устойчивой работы на очень бедных бензоводородовоздушных смесях с большим коэффициентом избытка воздуха, чем обеспечивается значительная экономия бензина. Учитывая то обстоятельство, что двигатель в городских условиях до 30% времени работает на холостом ходу или режимах неполной нагрузки, можно представить себе, какие экономические выгоды несет использование водорода. А работа двигателя при высоких коэффициентах избытка воздуха сопровождается почти полным сгоранием смеси, и, следовательно, в отработавших газах нет токсичных компонентов. В Институте проблем машиностроения АН Украины уже разработаны автомобильные силовые установки, действующие на водородном топливе. Для них водород получают из воды (с применением энергоаккумулирующих веществ, в основе которых лежат окислы металлов), а также из гидридов -- веществ, способных при охлаждении поглощать водород, а при нагревании -- отдавать его.

Связывать водород гидридами необходимо в интересах безопасности, так как при утечках из баллонов он образует, смешиваясь с воздухом, взрывчатую смесь, которая легко воспламеняется (вспомните частые аварии дирижаблей с емкостями, заполненными водородом). Но важнее тот факт, что гидриды являются более рациональным методом хранения водорода на борту автомобиля по объемным показателям.

Общая схема силовой установки топлива: водородное топливо, получаемое в результате взаимодействия энергоаккумулирующих веществ с водой, подается системой питания в двигатель. Мощность двигателя регулируется компонентами, подаваемыми в реактор для освобождения связанного водорода.

Силовая установка может быть выполнена как по открытому, так и закрытому циклу. В первом случае на борту автомобиля размещаются только емкости для энергоаккумулирующих веществ и воды, а продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. При замкнутом цикле дополнительно вводятся теплообменник и конденсатор, позволяющие использовать пары воды из выхлопных газов. Поступающая в реактор с энергоаккумулирующими веществами вода снова служит источником для получения водорода. Так при замкнутом цикле «носителем» топлива служит вода, а энергией -- энергоаккумулирующие вещества. Водородное топливо при обоих циклах может использоваться в чистом виде или в качестве добавок (5--10% по массе). В последнем случае на машине сохраняется система питания бензином. «Извлечение» водорода из воды происходит в реакторе, содержащем энергоаккумулирующие вещества. Наиболее простым является реактор постоянного действия, в котором давление поддерживается регулировкой подачи компонентов в зону реакции.

Процесс получения в нем топлива происходит не мгновенно, т. е. он обладает некой инерцией. Выделяющийся в реакторе водород поэтому должен поступать к мотору через редуктор-регулятор, поддерживающий оптимальное давление перед форсунками подачи.

По разработанным методикам для испытаний с применением энергоаккумулирующих веществ на основе оксидов металлов, а также с использованием гидридов были апробированы серийные легковые автомобили «Москвич» и «ВАЗ».

Первый эксперимент (применение энергоаккумулирующих веществ -- автомобиль «Москвич») -- система питания бензином оставлена без изменения. На машине смонтированы два реактора 1, обеспечивающие получение водорода из воды, и редуктор 5, предназначенный для дозирования подачи топлива на разных режимах работы двигателя.

Реакторы периодического действия имеют постоянную загрузку энергоаккумулирующих веществ на основе кремния или алюминия с регулируемой подачей воды. Насосы высокого давления 4, приводимые электродвигателем, подают воду из бака через подогреватель и фильтр к реактору, где ее распыляют форсунки. В водяной системе установлены обратные клапаны, предотвращающие проникновение туда водорода при прекращении подачи воды. Кроме того, в ней предусмотрен кран 3, который переключает подачу воды с одного реактора на другой. Все агрегаты этой экспериментальной установки смонтированы на общей раме и помещены в багажнике.

Установка с применением энергоаккумулирующих веществ для питания двигателя водородом: 1 -- реакторы периодического действия; 2 -- бак для воды; 3 -- кран подачи воды в реактор; 4 -- блок насосов с электроприводом; 5 -- редуктор в системе подачи водорода

Водород от реакторов поступает к крану, установленному на приборной панели, которым водитель соединяет работающий реактор 1 с системой подачи водорода. Последняя состоит из понижающего редуктора, влагоотделителя, газового счетчика и редуктора регулирования подачи водорода (управляется специальной педалью). Топливо вводится во впускной трубопровод, непосредственно перед впускным клапаном.

Для работы на водороде, получаемом из гидридов, система питания бензином также сохранена и дополнительно установлена система хранения и подачи водорода (автомобиль «ВАЗ»). Она состоит из гидридного бака 1, нагреваемого отработавшими газами, редуктора со всережимным вакуумным регулятором 9 расхода водорода и смесителя 8, сделанного на базе серийного карбюратора. Скорость выделения водорода гидридом система регулирует автоматически (блок управления 10, реле давления 2, заслонка с электромагнитным приводом 7 на выпускной трубе), поддерживает постоянным, независимо от режима двигателя, давление водорода в системе. Гидридный бак при зарядке охлаждается водой.

Установка с применением гидридов: 1 -- гидридный бак; 2 -- реле давления; 3 -- вентиль заправки; 4 -- выхлопной патрубок гидридного бака; 5 -- глушитель; 6 -- бензиновый бак; 7 -- электромагнитный привод заслонки; 8 -- смеситель; 9 -- регупятор давления и расхода водорода; 10 -- блок электронного управления

Применение водорода в качестве дополнительного топлива для карбюраторных двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации двигателя, касающейся в основном системы питания, можно достичь значительного повышения его топливной экономичности (эксплуатационный расход бензина снижается на 35--40%) и уменьшить токсичность отработавших газов.

Таблица 13 Токсичность отработавших газов,

Водотопливные эмульсии. Применение воды в рабочем процессе двигателя внутреннего сгорания не является новинкой последних лет. Впрыск воды использовался для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания на низкооктановых топливах еще в 30-е годы.

Сейчас основное внимание при использовании воды в качестве добавки к топливу уделяется возможности повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов автомобиля.

Водотопливные эмульсии -- это жидкое топливо с мельчайшими каплями равномерно распределенной по объему топлива воды. Эмульсия приготовляется непосредственно на автомобиле. Для предотвращения расслоения эмульсии в топливо добавляется эмульгатор в количестве 0,2--0,5%. Содержание воды в водотопливной эмульсии может достигать 30--40%.

Применение водотопливных эмульсий возможно как в карбюраторном, так и дизельном двигателе. Но в карбюраторном двигателе применение водотопливных эмульсий в ряде случаев приводит к ухудшению некоторых показателей (в частности, топливной экономичности), отказам при полном открытии дроссельной заслонки, перебоям при движении с низкой скоростью. Наилучшие результаты дает использование водотопливных эмульсий на дизельных двигателях. Подача в камеру сгорания воды обеспечивает дополнительное распыление топлива за счет дробления перегретыми парами воды. Удельный расход топлива при этом снижается на 4--10%.

Добавка воды к топливу позволяет снизить содержание некоторых токсичных веществ в отработавших газах за счет уменьшения максимальных температур в камере сгорания, величина которых определяет количество NОх. При применении водотопливных эмульсий количество NOх может снизиться на 40-- 50%. Снижается также дымность отработавших газов, так как сажа при наличии паров воды взаимодействует с ними с образованием углекислого газа и азота. Выделение СО остается практически неизменным по сравнению с работой двигателя внутреннего сгорания на топливе без добавки воды, а выделение СпНш несколько увеличивается. Этот вид топлива пока не нашел широкого применения на автомобильном транспорте, поскольку усложняется конструкция автомобиля, возникает ряд проблем при эксплуатации в зимний период, недостаточно изучено влияние воды на условия работы и долговечность двигателя внутреннего сгорания.

Синтетические спирты. В качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания автомобилей нашли применение метанол и этанол как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных смесей.

Наибольшее распространение автомобили, работающие на спиртовом топливе, получили в Бразилии, которая ввозит 80--85% нефтепродуктов, расплачиваясь за них валютой. Расходы на горючее растут из года в год и исчисляются миллиардами долларов. Поэтому в стране с энтузиазмом был встречен объявленный президентом в 1975г. проект «алкоголизации транспорта». Топливные баки бразильских автомобилей заправляются смесью спирта и бензина в пропорции 1:4.

Со временем предполагается перевести весь автопарк на использование этилового спирта вместо бензина. Спирт получают из сахарного тростника (Бразилия -- крупнейший в мире производитель этой культуры). Возможно получение до 80 т биомассы с 1га в год. Плантаций, занимающих 2% территории страны, будет достаточно, чтобы обеспечить потребность в новом горючем.

По расчетам специалистов 1л спирта обходится на 30-- 35 % дешевле бензина.

Мексика, вторая по численности населения страна Латинской Америки, готова последовать бразильскому примеру. В США также проявляется интерес к производству топливного спирта из древесных, сельскохозяйственных и иных отходов.

С энергетической точки зрения преимущество спиртовых топлив заключается в высоком КПД рабочего процесса и высокой антидетонационной стойкости топлива, но теплота сгорания спиртов примерно вдвое ниже, чем у бензинов. Низкая энергоемкость спиртов ведет к увеличению удельного расхода топлива.

Использование спиртов требует сравнительно небольшого изменения конструкции автомобиля. Основные мероприятия сводятся к увеличению объема топливных баков и установке устройств, обеспечивающих стабильный пуск двигателя в любую погоду. Требуется также замена некоторых металлов и прокладочных материалов, в частности облицовка пластмассой метанольного бака. Это связано с высокой коррозийной активностью спиртов и необходимостью более тщательной герметизации топливоподающей системы, поскольку метанол является нервно-сосудистым ядом. Применение бензометанольной смеси выдвигает ряд других специфических требований. В частности, ужесточаются требования к давлению насыщенных паров бензина, поскольку даже с 5 %-ной добавкой метанола оно значительно увеличивается. Чтобы избежать расслоения смеси, при ее хранении, транспортировке и применении необходимо соблюдать определенную температуру и не допускать попадания в нее воды. Некоторые синтетические материалы, используемые в системах подачи топлива и в автомобильных системах питания, оказались нестойкими к бензометанольной смеси. При переводе автомобиля с бензина на бензометанольную смесь пришлось изменить пропускную способность жиклеров, при этом несколько увеличился общий расход топлива. Вместе с тем установлено, что смесь с содержанием метанола до 15 % не ухудшает основных технико-эксплуатационных показателей грузовых автомобилей. Высокие антидетонационные показатели спиртов позволяют повышать степень сжатия двигателя внутреннего сгорания до 14--15 единиц.

Использование спиртовых топлив снижает содержание токсичных веществ в отработавших газах, что объясняется более низкой температурой горения спиртового топлива.

С начала 70-х годов, когда резко обострилась энергоэкологическая ситуация, практически все промышленно развитые страны развернули широкий поиск альтернативных энергоносителей, способных заменить бензин и дизельное топливо. Среди альтернативных топлив особое внимание уделяется водороду: его использование для двигателей внутреннего сгорания позволяет решить как сырьевую, так и экологическую проблемы, причем сделать это без коренной перестройки технической базы современного двигателестроения. В частности, исследования показали, что применение водорода в качестве основного или дополнительного топлива для двигателей с принудительным воспламенением заряда повышает их топливную экономичность на 30--40% и резко снижает токсичность отработавших газов, так как моторные свойства позволяют двигателям работать на бедных смесях при качественном регулировании мощности. За рубежом работы по созданию автомобильных «водородных» двигателей внутреннего сгорания ведутся передовыми развитыми странами уже давно и довольно успешно. В частности, автомобильная компания «Даймлер--Бенц» (Германия) изготавливала легковые автомобили и микроавтобусы на базе серийных моделей, двигатели которых питаются как бензином с добавкой водорода, так и «чистым» водородом. Из трех приемлемых для автотранспортных средств способов аккумулирования водорода -- в сжатом до 20 МПа, сжиженном при температуре 20К или химически связанном в металлогидридах состоянии -- на экспериментальных автомобилях фирмы «Даймлер--Бенц» применялся последний.

I вариант

1. Основным видом топлива до конца XIX в. были:

а) нефть б) уголь в) торф г) дрова

2. Главная нефтяная база страны на сегодня:

а) Западная Сибирь в) Бакинская

б) Волго-Уральская г) Печорская

3. Какой угольный бассейн в России дает самый деше­вый по себестоимости уголь?

а) Кузнецкий в) Канско-Ачинский

б) Южно-Якутский г) Подмосковный

4. Какая из следующих особенностей ТЭК характерна для России:

а) топливные ресурсы сосредоточены на западе, а основной потребитель на востоке страны

б) большая часть природного газа добывается в Черноземье;

в) трубопроводы от основных месторождений Сибири на­правлены на север и северо-восток

г) основной потребитель сосредоточен на западе страны, где есть недостаток в топливных ресурсах

а) ее невозможно транспортировать

б) ее нельзя накапливать

в) ее можно накапливать

г) ее можно транспортировать по трубопроводу

7. Какой тип альтернативной электростанции отсутству­ет в России?

а) ветряная в) приливная

б) геотермальная г)солнечная

8. Недостаток ГЭС заключается в том, что они:

а) дают много отходов, сильно загрязняя атмосферу

б) медленно меняется режим работы

в) нарушают гидрологический режим реки

г) обслуживание станции обеспечивается большим количе­ством высококлассных специалистов

б) черная и цветная металлургия

в) черная металлургия и добыча топлива

г) цветная металлургия и транспорт

12. Крупнейшие центры по выплавке алюминия находят­ся вблизи:

а) месторождений бокситов

в) месторождений каменного угля

б) крупных ТЭЦ

г) крупных ГЭС

13. Самая напряженная экологическая ситуация в России наблюдается в городах, где расположены:

а) заводы по выплавке алюминия

б) заводы передельной металлургии

в) комбинаты полного цикла

г) предприятия малой металлургии

14. Крупнейшее месторождение железной руды в мире:

а) Качканарское в) гора Магнитная

б) КМА г) Костомукшское

15. В каком городе России находится крупнейший в мире завод по производству никеля?

а) Медногорск в) Красноярск

б) Норильск г) Братск

16. Основной фактор размещения предприятий передель­ной металлургии:

а) наличие сырья в виде металлолома

б) наличие сырья железной руды

в) наличие месторождений каменного угля

г)экологический

Итоговый контроль по теме «ТЭК. Металлургия.»

II вариант

1. Главным топливом в России с 1960-х годов является:

а) нефть в) торф

б) уголь г) дрова

2. Важнейшим угольным бассейном в России в конце XIX века был:

а) Кузбасс в) Печорский

б) Донбасс г) Подмосковный

3. Самый дешевый и экологически чистый вид топлива:

а) мазут в) бурый уголь

б) каменный уголь г) газ

4. ТЭК России имеет следующие особенности (укажите 1 верный ответ):

а) большая часть нефти добывается в России в субтропиках Кавказа

б) угольная промышленность, как старая отрасль, требует реконструкции

в) основной потребитель топливных ресурсов и ресурсные базы равномерно распределены на востоке страны

г) газовая отрасль - одна из кризисных отраслей ТЭК

5. В состав электроэнергетики входят:

а) АЭС и транспортировка электроэнергии по ЛЭП

б) транспортировка электроэнергии по ЛЭП и газовая про­мышленность

в) ГЭС и угольная промышленность

г) нефтяная промышленность и ТЭС

6. Крупнейшим районом добычи российского газа является:

а) Якутский;

б) Оренбургско-Астраханский;

в) Западно-Сибирский;

г) шельф Баренцева моря.

7. Наибольшая доля энергии в России вырабатывается на:

а) ТЭС; в) ПЭС;

б) ГЭС; г) АЭС.

8. Преимущества ГЭС состоят в том, что:

а) можно размещать, где угодно

б) производится самая дешевая электроэнергия

в) быстро и дешево строятся

г) легко включаются, могут покрывать пиковые нагрузки

9. Перспективы электроэнергетики состоят в следующем:

10. Выберите верные утверждения:

а) Нефтеперерабатывающие заводы размещены преимущест­венно в европейской части страны.

б) ТЭС являются самыми экологически чистыми видами электростанций.

в) Сланцевая промышленность относится к топливным.

г) По запасам газа Россия занимает 4-е место в мире.

д) На ТЭЦ помимо электроэнергии вырабатывается горячая вода и пар.

4. Какие электростанции России могут работать на угле?

а) ГЭС б) ТЭС в) ПЭС г) АЭС

5. Почему крупнейшие ГЭС России располагаются в азиатской части?

а) там расположены главные потребители электроэнергии

б) там находятся наибольшие гидроресурсы

в) чтобы поставлять электроэнергию в азиатские страны

г) они были построены с расчетом на быстрое увеличение местного населения

6. В состав топливной промышленности входит:

а) угольная промышленность и транспортировка электроэ­нергии по ЛЭП

б) транспортировка топлива по трубопроводам и электроэ­нергии по ЛЭП

в) добыча торфа и транспортировка топлива по трубопроводам

г) производство электроэнергии и доставка потребителю по ЛЭП

7. Перспективы электроэнергетики состоят в следующем:

а) строительство АЭС по всей стране

б) строительство ГЭС по всей стране

в) применение энергосберегающих технологий

г) закрытие ТЭС из-за загрязнения атмосферы

8. Самый дешевый и экологически чистый вид топлива:

а) мазут в) бурый уголь

б) каменный уголь г) газ

9. Первая в России геотермальная электростанция по­строена на :

а) полуострове Камчатка; в) Урале;

б) Кавказе; г) Кольском полуострове.

10. Какая отрасль использует коксующийся уголь в качестве топлива?

б) черная металлургия;

в) лесоперерабатывающая;

г) консервная.

11. К какой группе цветных металлов относится медь и никель?

а) к легким

б) к тяжелым

в) к благородным

г) к легирующим

12. К каким местам тяготеют предприятия передельной метал­лургии?

а) к месторождениям железа

б) к газопроводам

в) к железным дорогам

г) к крупнейшим машиностроительным центрам

13. Определите, почему крупнейшие заводы по производству алюминия в России расположены в Восточной Сибири:

а) здесь находятся крупные запасы бокситов

б) здесь дешевая электроэнергия

в) здесь сосредоточены основные потребители продукции

г) здесь низкие температуры

14. Крупнейший в России и в мире центр по выплавке меди и никеля расположен :

а) в Норильске в) в Череповце

б) в Кировске г) в Старом Осколе

15. В состав металлургического комплекса не входит :

а) добыча руды в) обогащение руды

б) выплавка металла г) производство проката

д) все отрасли входят

16. Распределите металлы по крупнейшим центрам их выплавки:

2.Норильск б) алюминий

3. Череповец в) медь

4.Медногорск г) никель

Итоговый контроль по теме

«ТЭК. Металлургия.»

Ответы (I вариант)

1-Г; 2-А; 3-В; 4-Г; 5-В; 6-Б; 7-Г; 8-В; 9-Б; 10 – 1-г, 2-б, 3-а, 4-в; 11–Б; 12–Г; 13–В; 14–Б; 15–Б; 16–А.

Ответы (II вариант):

1-А; 2-Б; 3-Г; 4-Б; 5-А; 6-В; 7-А; 8-Б, Г; 9-В; 10-А, В, Д; 11 – Б; 12 – А; 13 – А; 14 – В; 15 – А, Б; 16 – В.

Ответы (III вариант)

1 – В; 2 – В; 3 – Б; 4 – Б; 5 – Б; 6 – В; 7 – В; 8 – Г; 9 – А; 10 – Б; 11 – Б; 12 – Г; 13 – Б; 14 – А; 15 – Д; 16 – 1-б, 2-г, 3-а, 4-в.

Топливно-энергетическая и экологическая ситуация, складывающаяся в Российской Федерации и в мире, свидетельствует о том, что природный газ, используемый в качестве моторного топлива, является реальной альтернативой жидким углеводородным топливам. Это вытекает из физико-химических свойств метана: высокое октановое число, широкий диапазон воспламенения по коэффициенту избытка воздуха, способность образовывать гомогенную с воздухом смесь, низкая фотохимическая активность и, в перспективе, более низкая по сравнению с дизельным топливом токсичность отработавших газов. Однако природный газ только тогда является экологически чистым топливом, когда решены проблемы с организацией соответствующего рабочего процесса и аппаратурой, его обеспечивающей.[ ...]

ДАЭЧ дизельное арктическое экологически чистое топливо.[ ...]

Получено также, что использование «экологически чистого» топлива (природный газ, водород) не решает проблему эмиссии оксидов азота, а наоборот, при использовании водородного топлива усугубляет ее .[ ...]

Использование нефтепродуктов в качестве топлива приводит к загрязнению окружающей среды продуктами горения, включая соединения серы (Б02 и БОз). При перегонке нефти большая часть серы из таких продуктов, как керосин и бензин, удаляется. В отличие от нефти и угля природный газ практически не содержит серы. В этом отношении газ является экологически чистым топливом.[ ...]

Приняты технические условия на дизельное летнее экологически чистое топливо (ДЛЭЧ) без ограничения содержания ароматических углеводородов и ДЛЭЧ-В с ограничением содержания ароматических углеводородов, а также дизельное арктическое экологически чистое (ДАЭЧ) с ограничением содержания ароматических углеводородов (табл. 4.51).[ ...]

КГ с высоким содержанием органических веществ перерабатывают на экологически-чистое топливо; нейтрализующими агентами служат карбонаты или гидроксида щелочных и щелочноземельных металлов, При нагревании смеси без доступа воздуха образуются сульфида соответствующих металлов, которые при сжигании топлива окисляются до сульфатов, что существенно.умэньшает переход серы в газообразные.соединения. Энергетическая ценность котельного топлива увеличивается при добавлении к КГ угольной пыли и других углеводородных компонентов /25/.[ ...]

По прогнозам специалистов, к 2020 г. потребление водорода в качестве экологически чистого топлива возрастет в 12... 17 раз.[ ...]

Плюс к этому решено материально заинтересовать водителей в переводе своих авто на экологически чистое топливо. Согласно законопроекту, стоимость газа должна быть значительно ниже, чем стоимость топлива из нефтепродуктов.[ ...]

Теплотворная способность водорода как перспективного энергоносителя в 3 раза выше, чем углеводородного топлива. Водород - экологически чистое топливо, в отличие от традиционных видов природного топлива не содержит ни серы, ни пыли, ни тяжелых металлов. При сжигании водород превращается в водяной пар. Единственным вредным соединением в этих условиях могут стать оксиды азота, которые образуются из-за окисления атмосферного азота при особо высоких температурах горения. Это негативное явление удается сравнительно легко локализовать некоторыми катализаторами. Водород пригоден для использования в качестве не только горючего, но и универсального аккумулятора энергии, которую таким образом можно и транспортировать, и применять в различных отраслях энергетики.[ ...]

Загрязнение атмосферы А. уменьшается также при замене бензина на сжиженный газ. Используются специальные добавки-катализаторы к жидкому топливу, увеличивающие полноту его сгорания, бензин без свинцовых добавок. Разрабатываются новые виды топлива. Так, в Австралии апробировано экологически чистое топливо, в составе которого 85% дизельного топлива, 14% этилового спирта и 1% специального эмульгатора, повышающего полноту сгорания горючего. Проводятся работы по созданию двигателей А. из керамики, которые позволят повысить температуру сжигания горючего и уменьшить количество выхлопных газов. В Японии и ФРГ уже появились А., оборудованные специальными электронными устройствами, обеспечивающими более полное сжигание топлива.[ ...]

Актуальнейшая задача современности - снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время ведется активный поиск альтернативного, более «экологически чистого» топлива, чем бензин. Продолжаются разработки двигателей автомобилей, работающих на электроэнергии, солнечной энергии, спирте, водороде и др.[ ...]

В прошедшие десятилетия в России осуществлялось преимущественное развитие газовой промышленности и интенсивно росло потребление природного газа на тепловых электростанциях. Следует заметить, что газ в РФ является самым дешевым и экологически чистым топливом. В этих условиях проблема золоулавливания на ТЭС России пока не очень остра. Однако производительность освоенных месторождений природного газа в стране в недалеком будущем начнет сокращаться. Это связано с тем, что представляется невозможным в дальнейшем в периоды освоения новых газовых и газоконденсатных месторождений поддерживать добычу газа на требующемся постоянном уровне. В соответствии с действующими нормативами этот период может продлиться 12-15 лет. Между тем, как показала практика освоения Оренбургского, Медвежьего, Уренгойского и Ямбургского месторождений, такая продолжительность постоянной добычи в период освоения новых месторождений не рациональна, она не учитывает интересы будущих поколений. На рис. 2.1 представлены графики добычи газа по месторождениям за период 1970-2030 гг. Они показывают, что после достижения максимума добычи газа происходит постепенное и планомерное ее снижение. Только по месторождению Медвежье удалось в течение около 15 лет поддерживать максимальную добычу газа, а затем произошло интенсивное ее снижение .[ ...]

Принимая во внимание начавшийся в 1999 г. рост производства и увеличение выбросов загрязняющих веществ предприятиями основных отраслей - загрязнителей окружающей среды, а также возможный значительный рост выбросов от теплоэнергетики в связи с планируемым переводом нескольких десятков крупных ТЭС и ГРЭС с экологически чистого топлива - природного газа - на уголь и мазут, можно ожидать значительного ухудшения качества атмосферного воздуха. В целях приоритетного обеспечения интересов здоровья населения страны и сохранения природной среды необходимо усилить деятельность государственной экологической экспертизы, государственного экологического контроля за предприятиями, очистными сооружениями, а также контроля за качеством атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах.[ ...]

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглеро-ды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22-25 млн. т в год. Объем этих выбросов за последние 10 лет ежегодно сокращается на 300-600 тыс. т. Сокращение выбросов обусловлено главным образом повсеместным спадом промышленного производства, особенно в добывающих и ресурсоперерабатывающих отраслях. Позитивную роль в этих условиях сыграла относительная стабильность добычи и использования газа - экологически чистого топлива.

Московское правительство решило возложить функции по распространению экологических видов топлива и источников энергии на автомобильном транспорте города, на определенные автопредприятия. , которого не сильно отличается от бензина, менее практично, нежели альтернативные виды топлив.

Предприятия осуществляли работу на уже экспериментальных образцах автомобилей, которые приспособлены к использованию компримированного природного газа, то есть метана.

Половина всех автомобилей имеющихся в автопарке предприятия, работают на альтернативных видах горючего.

До этого момента в городах России такая техника никогда не использовалась, опыт который сей час активно приобретается, позволяет получить те необходимые знания, которые создадут условия для расширения и внедрения инноваций по всех регионах страны.

В недалекие 1960-е годы почти все высокоразвитые страны имели энергетику, которая зависела от нефти. Западные страны, выигрывали за сет экспорта дешевой нефти, баррель им обходился около 5 $. Что повлекло довольно высокие . Спустя 13 лет, организацией арабских стран-экспортеров нефти, было наложено эмбарго на ввоз нефти в Соединенные штаты Америки, это произошло из-за того, что в войне Израиля с Сирией и Египтом, Северная Америка поддержала Израиль. После этого случая, те страны, которые называли себя высокоразвитыми, пришли к выводу, что действующая экономические планы уже не эффективны, нужно срочно вырабатывать новые, с учетом уже совершенно других видов топлива. Самым слабым местом, оказалась транспортная отрасль, которая использовала углеводородные виды топлива.

Другой причиной поиска альтернативы нефти, стало то, что ее добыча с каждым годом становилась все дороже, а ее запасы в недрах земли расходовались очень великими темпами, и могли вообще исчезнуть примерно через 50 лет.

Самое интересное то, что газовый двигатель совсем не новинка современности, так как он был изобретен еще в очень далеком XIX веке, инженером из Франции, Ленуаром, работал он, конечно же, на газе. В наши дни, применяя альтернативные виды топлива в автомобилях, чаще всего используют именно газ.

Не стоит путать с бытовым газом, ведь заправляя автомобиль, на заправках используют специальные компоненты пропан-бутана, это сжиженый нефтяной газ. Его использование дишевле, и экологически безопасно для окружающей среды, по сравнению с бензином. Заправку машин производят на специальных комплексах для заправки альтернативными видами топлева.

Лучшее горючее для транспортных средств.

Природный газ метан, это то, что обходит по характеристикам и бензин, и нефтяной газ. Им обычно заправляют машины те, кто хочет за те же деньги проехать вдвое, больше расстояние.

Не провоцирует нагар, моторное масло не подвергается изминениям. Поршням и цилиндрам наносится намного меньше вреда, хорошая производительная работа двигателя. Нет нагара, не разжижается моторное масло. Меньший износ поршней и цилиндров, улучшается ресурс двигателя. Масляный нагар, плюс сажа, окисляется масло, значительно понижая смазочные свойства.

Очень мало специализированых пунктов, где без проблем можно заправится. Присутствует сеть заправок. Очень много мест, где можно заправиться.

Не требует какой либо переработки, годен к использованию в первичном виде. Смесь, которая требует определенных пропорций с учетом времен года. Требуются комбинаты по переработке нефти.

Осуществляется доставка по газотранспортным путям. Привозят специальными тягачами. Так же как и пропан-бутан, доставляется на заправки в цистернах.

Разведанных залежей, должно хватить человечеству, примерно на 200 лет. Так как газ, добывают из нефти, то, его хватит примерно на 50 лет. Производится из нефти, запаси не более чем на 50 лет.

Довольно дешевый, и требует малых вложений. Имеет среднюю цену. Нестабильная себестоимость, в том плане, что с каждым годом только растет.

Дорогое оборудование, очень мало специалистов.в Российской Федерации, по монтажу и добыче, а также ремонту установок. Не дешевая стоимость оборудования. Нет нужды в дополнительном оборудовании.

Отсутствует возможность хищения метана на заправках или с баков автомобилей. Нельзя украсть с заправок. Легко можно перепродать.

Почти не меняет свои свойства при понижении температуры. Свойства падают при понижении температуры Малые изменения свойств, если температура падает.

Имеет наивысший 4 класс безопасности. Не очень безопасный, так как обладает лишь 2-м классом безопасности. Стабильная безопасность, 3-й класс.

Напрашивается вывод, метан имеет всего три недостатка, если ровнять с другими вилами топлива. Проблемы со специалистами легко решить, а дороговизна оборудования, со временем все равно окупается, за сет той же экономии. Метан это топливо, которое имеет наилучшие показатели среди других видов топлив.

Сегодня метаном можно заправлять практически все автомобили, но в 90-е годы, считалось, что он предназначен для грузовых автомобилей и автобусов. Он помещался в специальные стальные баллоны, которые выдерживали давление в 200 атмосфер. Но вес баллона в 100 килограмм, отпугивал автолюбителей, поэтому мало кто переводил своего «зверя» на это топливо. Сейчас также просто как и любое другое топливо.

Сегодня баллоны из стали заменили менее прочными композитными сплавами, надежность стала жертвой легкости, тоесть меньшего веса баллона. Баллоны, как и стальные выдерживают давление, и высокие температуры. Взрывоопасность завышена, метан способен воспламенится только тогда, когда температура достигает 600 градусов, в то время когда бензин при 250, не говоря о его парах которым достаточно и 170 градусов.

Применение в Европейских странах

Широкое применение возрастает огромными шагами. Сейчас газоболонных машин, насчитывается 10 миллионов. Россия лидер в поставках газового топлива, на западном рынке.

Современные заводы обязательно занимаются разработкой и выпуском одной или двух моделей газобалонных автомобилей Audi, Honda, Toyota и другие. Все они начинают налаживать производство автомобилей.

Энергетические преимущества были оценены разными странами, с разными экономическими обстановками. Авто, способные использовать газовое топливо, можно встретить от США, до Азии. В России, заводских газоболонных автомобилей очень мало, чаще всего можно встретить переоборудованные под газ, бензинные аналоги.

Автомобили с таким альтернативным видом топлива как газ, хорошо производят в таких странах как Германия и Чехия. Это из-за того что в первой налажена отличная заправочная инфраструктура, во второй, планируют заменить на более экономные аналоги 10% топлива. Страной, в которой уже сейчас широко используются автомобили на газовом топливе, является Италия. Более 779 тыс. ГБА, колеся просторами этой страны.

Предыдущая статья: Счетчик Гейгера-Мюллера: история создания, принципы работы и назначение Следующая статья: Счетчик Гейгера-Мюллера: история создания, принципы работы и назначение Подключение к Arduino