Stosowanie paliw przyjaznych dla środowiska. Lekcja „charakterystyka ekologiczna rodzajów paliw”

Cel: Sformułować koncepcję o właściwościach ekologicznych paliw.

Zadania: Edukacyjne – do formułowania koncepcji dotyczących rodzajów paliw,stworzyć warunki do analizy zalet i wad różnych typów alternatywnych, paliwa samochodowe ;

Rozwijanie-rozwijać umiejętność samodzielnego rozwiązywania przydzielonych zadań, zainteresowanie poznawcze, umiejętność uogólniania, analizowania, porównywania, kształtowania kluczowych kompetencji;

Edukacyjny-kształtowanie motywów, potrzeb i nawyków zachowań i działań przyjaznych dla środowiska; wychowanie do aktywności, entuzjazmu, determinacji, wytrwałości, obserwacji, silnej woli, intuicji, sprytu, niezależności.

Sprzęt, pomoce wizualne: prezentacja

Rodzaj zawodu: lekcja nauki nowego materiału

Metody lekcji: werbalne, wizualne, praktyczne.

Spodziewany wynik: znajomość właściwości ekologicznych paliw.

Przebieg lekcji:

1.Postawa organizacyjna i psychologiczna

2. Aktualizacja wiedzy i umiejętności:

Rozgrzać się:

Wzajemnie korzystne współistnienie organizmówSymbioza .

Nauka badająca relacje między organizmami żywymi a środowiskiemEkologia.

Organizm będący często pierwszym ogniwem w łańcuchu pokarmowymZakład.

Powłoka powietrzna ZiemiAtmosfera.

Grupa osobników tego samego gatunku, żyjąca przez długi czas na określonym obszarze, stosunkowo oddzielnie od przedstawicieli tego samego gatunkuPopulacja.

Wspólnota żywych organizmówBiocenoza.

Organizm, który atakuje, zabija i zjada swoją zdobyczDrapieżnik.

Liście sosny.Igły

Sztuczne nasadzenia wzdłuż dróg.Pas leśny

Las sosnowy.(Bor)

Owoc dębu.(Żołądź)

„Płacząca” brzoza na wiosnę. (przepływ soku)

Tarcza ochronna Ziemi.(Warstwa ozonowa)

Toksyczna mgła.(Smog)

Zestaw warunków, w jakich żyje organizm.(Siedlisko)

Las dębowy.(Dubrawa)

Trujący metal zawarty w spaliny transport drogowy.(Prowadzić)

Dodatkowe pytania:

Różnica między agrocenozą a biocenozą

Czym jest ekosystem?

Czym zajmuje się autekologia?

Czy atmosfera jest zdolna do samooczyszczania? W jaki sposób?

Ramy prawne ochrony środowiska w Republice Kazachstanu

Uzupełnij obwody mocy:

Czapla, żaba, komar(Komar - żaba - czapla)

Ryba, wodorosty, niedźwiedź(glony - ryba - niedźwiedź)

Pszenica - nornica - sowa(pszenica - nornica - sowa)

Zając-trawiasty-lis (Trawa - zając - lis) slajd 1

7. Rozłóż: sowa,kuna, żaba, pająk, zwinnyjaszczurka, żaba, motyl, zielone owoce, kwitnienie, kora, bakterie, liście i nasiona, grzyby.slajd 2

Producenci-

Materiały eksploatacyjne-

Reduktory-

3. Kształtowanie nowej wiedzy i umiejętności:

Pytania:

Jakie składniki znajdują się w spalinach samochodowych?

(Mieszanka około 200 substancji. Zawierają węglowodory - niespalone lub niecałkowicie spalone składniki) paliwo)

Na jakim paliwie pracuje zdecydowana większość nowoczesnych samochodów? ( samochody z silnikami spalinowymi napędzanymi benzyną lub olejem napędowym pochodzącym z ropy naftowej) .

3.Jaki jest powód poszukiwania zamienników paliw tradycyjnych na alternatywne? ( niedawny gwałtowny wzrost cen ropy w połączeniu z obawami o szkodliwe emisje które produkują samochody, zanieczyszczając atmosferę, skłoniły wiele rządów i firm samochodowych do poszukiwania zamiennika dla tradycyjnego paliwa)

4. Co to jest liczba cetanowa oleju napędowego?

Liczba cetanowa - charakterystyka palności oleju napędowego, która określa okres opóźnienia zapłonu mieszanki (przedział czasu od wtrysku paliwa do cylindra do początku jego spalania).

5.Co? poniżej zawartość „szkodliwych” aromatycznych węglowodorów w paliwie, liczba cetanowa będzie mniej więcej ( jeszcze /nad ).

(cel, temat)

W krótkim czasie człowiekowi udało się uczynić warunki życia na Ziemi nie do zniesienia. I tylko od niego zależy, czy na Ziemi stanie się lepiej, czy gorzej. Poważny problem przedstawia emisję zanieczyszczeń do powietrza przez pojazdy.

W ostatnich latach, w związku ze wzrostem natężenia ruchu samochodów w miastach, gwałtownie wzrosło zanieczyszczenie atmosfery produktami spalania silników. Podczas spalania paliw węglowodorowych tworzenie się substancje toksyczne związane z warunkami spalania, składem i stanem mieszanki.

Zdecydowana większość samochodów to nadal samochody z silnikami spalinowymi zasilanymi benzyną lub olejem napędowym otrzymywanym z oleju.

Teraz w ciągu jednego dnia ropa spala się tyle, ile natura może wytworzyć za pomocą energii słonecznej w ciągu tysiąca lat. Według prognoz naukowców na świecie nie ma zbyt wielu rezerw ropy. Obecna sytuacja nie jest tajemnicą. Organizacje badawcze w wielu krajach na całym świecie poszukują odpowiedniego zamiennika paliwa pozyskiwanego z rafinacji ropy naftowej. Zadanie jest dość skomplikowane i wciąż nie ma jednego rozwiązania, chociaż samochody napędzane paliwami alternatywnymi były produkowane iz powodzeniem eksploatowane nie tylko w obecnym stuleciu, ale także w XX, a nawet w XIX wieku. Jednak niedawny gwałtowny wzrost cen ropy, w połączeniu z obawami o wzrost szkodliwych emisji z samochodów, zanieczyszczających atmosferę (problem ten jest szczególnie dotkliwy w dużych miastach) skłonił wiele rządów i firm samochodowych do poszukiwania zamiennika dla tradycyjnego paliwa .

Ćwiczenie: Odszyfrować A-95.

Zadanie jest dość skomplikowane i wciąż nie ma jednego rozwiązania, chociaż samochody napędzane paliwami alternatywnymi były produkowane iz powodzeniem eksploatowane nie tylko w obecnym stuleciu, ale także w XX, a nawet w XIX wieku. Pierwszy na świecie samojezdny powóz gazowy „Hippomobil” został stworzony przez Jean-Etienne Lenoira już w 1862 roku. torf lub węgiel. Drewno opałowe rozkładało się termicznie w stosunkowo niskiej temperaturze, zamieniając się w gaz, który spalał się w cylindrach silnika. Znane niemieckie linie lotnicze Deutsche Airbus opracowują pierwszy na świecie airbus na ciekły wodór.

Ćwiczenie: Uzupełnij tabelkę « Wskaźniki porównawcze różne rodzaje paliwa »

pogląd

Godność

Wady

gazowy

Pełniejsze spalanie dzięki lepszemu formowaniu mieszanki w cylindrach,

Niska toksyczność produktów spalania,

Niski koszt i transport gazu

Niski poziom zanieczyszczenia hałasem atmosfery,

Brak możliwości kradzieży paliwa przez obsługę,

Niski koszt doposażenia samochodu.

wysoka toksyczność samego paliwa

wysoka wybuchowość butli gazowych w razie wypadku,

Elektryczność

Bezpieczeństwo środowiska(brak spalin)

Prostota projektu

– niski koszt tankowania

– niski poziom hałasu

– łatwość zarządzania, niezawodność

– prowadzenie pojazdu elektrycznego jest tańsze niż tradycyjne

– niska rezerwa mocy

– długo czas ładowania,

– problem z utylizacją baterii

– brak stacji ładowania

– większość elektrowni to elektrownie cieplne, spalające paliwo do wytwarzania energii elektrycznej i szkodliwe składniki.

Biopaliwa

– posiada nieograniczone zapasy surowców (surowiec odnawialny)

– mniej szkodliwe substancje w spalinach

– wysokie właściwości smarne, co wydłuża żywotność silnika

– wysoka liczba cetanowa

Wysoka temperatura zapłonu

Niska cena

– wysoka lepkość biodiesla, co wymusza podgrzewanie paliwa w niskich temperaturach w celu zapewnienia akceptowalnej płynności,

Niska trwałość - około 3 miesiące.

Alkohol

– neutralny jako źródło gazów cieplarnianych

– niska cena

– zwiększa ryzyko wzrostu emisji lotnych związków organicznych, prowadzi to do spadku stężenia ozonu i wzrostu promieniowania słonecznego,

– niski w porównaniu do podstawowe modele moc

Wodór

– wypala się bardziej całkowicie

– wysokie ciepło właściwe spalania,

– brak toksycznych spalin

– można uzyskać dosłownie ze wszystkiego: z gazu ziemnego, wody oceanicznej, biomasy, powietrza

– ma znacznie szerszy, w porównaniu z benzyną, zakres proporcji mieszania z powietrzem, przy którym można jeszcze rozpalić mieszankę

– niedoskonałe technologie magazynowania wodoru

– wysoki koszt wodoru,

– złożony proces produkcji wodoru na skalę przemysłową, w trakcie którego uwalniany jest ten sam CO,

– wysoki koszt elektrowni wodorowej i złożoność jej utrzymania,

– wybuchowość mieszaniny wodór-powietrze to brak rozwiniętej struktury stacji paliw wodorowych.

Oglądanie wideo

Główną przyczyną zanieczyszczenia powietrza jest niepełne i nierównomierne spalanie paliwa. Tylko 15% z tego przeznacza się na ruch samochodu, a 85% „lata pod wiatr”. Ponadto komora spalania silnika samochodowego jest rodzajem reaktora chemicznego, który syntetyzuje substancje toksyczne i uwalnia je do atmosfery. Nawet niewinny azot z atmosfery, dostając się do komory spalania, zamienia się w trujące tlenki azotu.
Głównymi substancjami toksycznymi zanieczyszczającymi atmosferę w spalinach silników o zapłonie iskrowym są: tlenek węgla, tlenki azotu i węglowodory. Szczególne miejsce zajmują substancje rakotwórcze, których głównym przedstawicielem w spalinach jest benzo(a)piren.

Z powodu globalnego zanieczyszczenia środowisko ołów, stał się wszechobecnym składnikiem całej żywności i pasz roślinnych i zwierzęcych. Pokarmy roślinne na ogół zawierają więcej ołowiu niż zwierzęta.

Przyczyną letniego opadania liści jest wysoka zawartość ołowiu w powietrzu. Ale poprzez koncentrację ołowiu drzewa w ten sposób oczyszczają powietrze. W okresie wegetacyjnym jedno drzewo neutralizuje związki ołowiu zawarte w 130 litrach benzyny. Klon jest najmniej podatny na ołów, natomiast najbardziej podatne są leszczyna i świerk.

Strona drzew zwrócona do autostrady jest o 30-60% bardziej metaliczna. Igły świerkowe i sosnowe mają właściwości dobry filtr w stosunku do ołowiu. Gromadzi je i nie wymienia z otoczeniem. Wegetacja na lądzie to 70 - 80 tys. ton ołowiu dziennie w cyklu biologicznym

Aby samochód mógł być słusznie nazywany przyjaznym dla środowiska, musi być paliwem przyjaznym dla środowiska. A gaz spełnia to wymaganie. Zastosowanie gazu znacznie zmniejsza całkowitą toksyczność spalin w porównaniu z benzyną. Ilość toksycznego tlenku węgla CO (tlenku węgla) spada ponad trzykrotnie, zawartość rakotwórczych węglowodorów CH, składających się z cząstek niespalonego paliwa, zmniejsza się 1,6 razy. Stężenie tlenku azotu NO i dwutlenku NO2 powstającego podczas spalania mieszaniny tlenu i azotu (nieszkodliwy azot wchodzący do komory spalania z atmosfery zamienia się w trujący związek - tlenki azotu), gdy silnik pracuje na gazie, spada o 1,2 razy. Związki ołowiu i różne polimery aromatyczne, które są zawarte w benzynie, a także są niebezpiecznymi czynnikami rakotwórczymi, są całkowicie nieobecne w paliwie gazowym.Dym spalin podczas pracy na paliwie gazowym jest trzykrotnie mniejszy niż podczas pracy na benzynie.

Badania obaliły konwencjonalną mądrość, że używanie gazu zamiast benzyny jest środkiem przymusowym. Paliwo gazowe spala się pełniej, dlatego stężenie tlenku węgla w spalinach silnika gazowego jest kilkukrotnie niższe. Pojazd napędzany benzyną emituje do atmosfery dwutlenek siarki, który powstaje w wyniku spalania komponentów paliwowych zawierających siarkę oraz tetraetyloołów. Z reguły w gazie ziemnym nie ma siarki, a zatem w spalinach silnika gazowego nie ma dwutlenku siarki ani związków ołowiu. Ze względu na niecałkowite spalanie paliwa, spaliny silnika benzynowego zawierają również tlenek węgla (CO), substancję toksyczną dla ludzi. Zarówno samochody gazowe, jak i benzynowe emitują do atmosfery taką samą ilość węglowodorów.To nie same węglowodory są niebezpieczne dla zdrowia człowieka, ale produkty ich utleniania.
Silnik na benzynę emituje stosunkowo łatwo utleniające się substancje - etyl i etylen, a silnik gazowy - metan, który ze wszystkich węglowodorów nasyconych jest najbardziej odporny na utlenianie. Dlatego emisja węglowodorów samochód gazowy mniej niebezpieczny. Gaz jako paliwo silnikowe nie tylko nie ustępuje benzynie, ale także przewyższa ją swoimi właściwościami, które na poziomie chemicznym niszczą części komory spalania, katalizator i sonda lambda.

Pytanie: Jakie właściwości powinno posiadać idealne paliwo?

4. Zabezpieczenie badanego materiału

pytania

Rodzaj paliwa stosowany w samochodach.Tania, przyjazna dla środowiska, przewyższająca pod wieloma właściwościami benzynę, jej użytkowanie nie wymaga żadnych zmian w konstrukcji auta.

Substancja, z której można uzyskać energię cieplną za pomocą pewnej reakcji.

włoski fizyk, chemik i fizjolog; odkrył metan w badaniu gazu bagiennego. Jego imię nosi jednostka do pomiaru napięcia elektrycznego.

Sprężony gaz ziemny (bezbarwny i bezwonny) jest głównym składnikiem gazu ziemnego. Wybuchowy, często nazywany „bagnem”. Posiada wysoką odporność na detonację – jego liczba oktanowa wynosi ponad 100 jednostek. Po spaleniu praktycznie nie pozostawia szkodliwych produktów.

Naturalna oleista ciecz palna, składająca się ze złożonej mieszaniny węglowodorów i kilku innych związków organicznych. Służy do pozyskiwania z niego wartościowych technicznie produktów, głównie paliw silnikowych, rozpuszczalników, surowców dla przemysłu chemicznego, jest przetwarzany.

Paliwo przyjazne dla środowiska, produktem jego spalania jest woda. Generuje więcej ciepła niż jakiekolwiek konwencjonalne paliwo kopalne.

Alkohol można otrzymać poprzez fermentację biomasy zawierającej skrobię, cukier lub celulozę. Jest stosowany jako paliwo do silników spalinowych w czystej postaci, jako rozpuszczalnik oraz jako wypełniacz w termometrach alkoholowych.

Nasiona oleiste są używane jako pasza dla zwierząt gospodarskich, dobry zielony nawóz, doskonała roślina miododajna; olej z tej kultury jest używany w kuchni, w metalurgii do hartowania stali, jako surowiec do produkcji materiałów elastycznych oraz do produkcji biopaliw.

Alternatywne źródło energii dla samochodów. Samochody napędzane tym źródłem pojawiły się znacznie wcześniej niż te napędzane benzyną i były szeroko rozpowszechnione pod koniec XIX i na początku XX wieku. Nie są hałaśliwe i nie palą, w przeciwieństwie do silników benzynowych czy parowych były popularne wśród arystokracji.

Związek organiczny pochodzący z węglowodorów i zawierający jedną lub więcej grup OH (hydroksylowych) w cząsteczce. Powstaje podczas fermentacji substancji cukrowych, podczas utleniania węglowodorów nasyconych. W ostatnim czasie rośnie jego rola jako paliwa w silnikach spalinowych.

Rodzaj paliwa spełnia kryterium dostępności i niskiej toksyczności. Obecnie nie jest używany w pojazdach.

Najważniejszą właściwością oleju napędowego jest liczba cetanowa. Na podstawie jego wskaźnika można ocenić skład ilościowy szkodliwych składników CO i CH w produkowanych gazach diesla.

Wysokiej jakości kompletne paliwo do silników samochodowych. Schłodzone do -160 ° Cgazu ziemnego. Jego głównymi składnikami są propan i butan.

Palna mieszanka lekkich węglowodorów, przeznaczona do stosowania jako paliwo do silników gaźnikowych i wtryskowych, a także do produkcji parafiny, czyszczenia tkanin. Otrzymywany przez destylację i selekcję frakcji olejowych.

Odpowiedzi

1

a

2

ja

3

b

4

T

5

mi

6

r

7

n

8

a

9

T

10

oraz

11

v

12

n

13

s

14

mi

5 prac domowych dodatkowe materiały, podaj przykłady różnych pojazdów napędzanych zrównoważonymi paliwami.

6. Podsumowanie lekcji (odbicie, ocena)

Decydujący wpływ transportu na środowisko wymaga zwrócenia szczególnej uwagi na stosowanie nowych, przyjaznych środowisku paliw. Należą do nich przede wszystkim gaz skroplony lub sprężony.

W praktyce światowej jako paliwo silnikowe najczęściej stosuje się sprężony gaz ziemny zawierający co najmniej 85% metanu.

Stosowanie towarzyszącego gazu ropopochodnego jest mniej rozpowszechnione; który jest mieszaniną głównie propanu i butanu. Ta mieszanina może być ciekła w zwykłych temperaturach pod ciśnieniem do 1,6 MPa. Do zastąpienia 1 litra benzyny potrzeba 1,3 litra skroplonego gazu ziemnego, a jego efektywność ekonomiczna pod względem równoważnych kosztów paliwa jest 1,7 razy niższa niż w przypadku sprężonego gazu. Należy zauważyć, że gaz ziemny, w przeciwieństwie do gazu naftowego, nie jest toksyczny.

Z analizy wynika, że ​​zastosowanie gazu ogranicza emisję: tlenków węgla – 3-4-krotnie; tlenki azotu - 1,5-2 razy; węglowodory (z wyłączeniem metanu) - 3-5 razy; cząstki sadzy i dwutlenek siarki (dym) silników Diesla - 4-6 razy.

Podczas pracy na gazie ziemnym o współczynniku nadmiaru powietrza a = 1,1, emisje WWA powstające w silniku podczas spalania paliwa i oleju smarowego (w tym benz(a)piren) stanowią 10% emisji podczas pracy na benzynie . Silniki na gaz ziemny już teraz spełniają wszystkie współczesne normy dotyczące zawartości składników gazowych i stałych w spalinach.

Na szczególną uwagę zasługują emisje węglowodorów, które ulegają fotochemicznemu utlenianiu w atmosferze pod wpływem promieniowania ultrafioletowego (przyspieszonego w obecności NO x). Produkty tych reakcji utleniania tworzą tzw. smog. W silnikach benzynowych etan i etylen odpowiadają za większość emisji węglowodorów, aw silnikach gazowych metan. Wynika to z faktu, że ta część emisji z silników benzynowych powstaje w wyniku krakingu oparów benzyny w niepalnej części mieszaniny w wysokich temperaturach, a niepalny metan nie ulega przemianom w silnikach gazowych.

Węglowodory nienasycone, takie jak etylen, najłatwiej utleniają się pod wpływem promieniowania ultrafioletowego. Węglowodory nasycone, w tym metan, są bardziej stabilne, ponieważ wymagają twardszego (krótkofalowego) promieniowania do reakcji fotochemicznej. W widmie promieniowania słonecznego składnik inicjujący utlenianie metanu ma tak małą intensywność w porównaniu z inicjatorami utleniania innych węglowodorów, że utlenianie metanu praktycznie nie zachodzi. Dlatego w normach ograniczających emisję z samochodów w wielu krajach uwzględnia się węglowodory bez metanu, chociaż konwersję przeprowadza się dla metanu.

Tak więc pomimo tego, że ilość węglowodorów w spalinach silników zasilanych paliwem gazowym okazuje się taka sama jak w silnikach benzynowych, a w gazowym oleju napędowym jest często wyższa, efekt zanieczyszczenia powietrza przez te składniki gazem paliwa jest kilka razy mniej niż w przypadku cieczy.

Należy również pamiętać, że stosowanie paliwa gazowego wydłuża żywotność silnika – 1,4-1,8 razy; żywotność świec zapłonowych - 4 razy i oleju silnikowego - 1,5-1,8 razy; przebieg remontowy - 1,5-2 razy. Zmniejsza to poziom hałasu o 3-8 dB i czas tankowania. Wszystko to zapewnia szybki zwrot kosztów konwersji pojazdów na paliwo NGV.

Uwagę specjalistów przykuwają kwestie bezpieczeństwa stosowania paliwa NGV. Na ogół wybuchowa mieszanina paliw gazowych z powietrzem powstaje w stężeniach 1,9-4,5 razy. Pewnym niebezpieczeństwem są jednak wycieki gazu przez luźne połączenia. Pod tym względem gaz płynny jest najbardziej niebezpieczny, ponieważ gęstość jego par jest większa niż powietrza, a dla sprężonego powietrza jest mniejsza (odpowiednio 3: 1,5: 0,5). W konsekwencji nieszczelności sprężonego gazu po opuszczeniu nieszczelności unoszą się i ulatniają, a skroplony gaz – tworzą lokalne nagromadzenia i podobnie jak płynne produkty naftowe „rozlewają się”, co po zapaleniu zwiększa ognisko pożaru.

Oprócz skroplonego lub sprężonego gazu wielu ekspertów przewiduje wspaniałą przyszłość ciekłego wodoru, jako niemal idealnego z punktu widzenia ochrony środowiska paliwa silnikowego. Jeszcze kilkadziesiąt lat temu zastosowanie ciekłego wodoru jako paliwa wydawało się dość odległe. Ponadto tragiczna śmierć sterowca Hindenburt wypełnionego wodorem w przededniu II wojny światowej tak nadszarpnęła publiczną reputację „paliwa przyszłości”, że na długo odsunęła go od jakichkolwiek poważnych projektów.

Szybki rozwój technologii kosmicznych ponownie zmusił do zwrócenia się w stronę wodoru, tym razem już płynnego, jako niemal idealnego paliwa do eksploracji i rozwoju kosmosu na świecie. Niemniej jednak złożone problemy inżynieryjne związane zarówno z właściwościami samego wodoru, jak i jego produkcją nie zniknęły. Jako paliwo do transportu wodór jest wygodniejszy i bezpieczniejszy w stosowaniu w postaci płynnej, gdzie w przeliczeniu na kilogram przewyższa kaloryczność nafty 8,7 razy, a metanu płynnego 1,7 razy. Jednocześnie gęstość ciekłego wodoru jest mniejsza niż gęstość nafty o prawie rząd wielkości, co wymaga znacznie większych zbiorników. Ponadto wodór należy przechowywać pod ciśnieniem atmosferycznym w bardzo niskiej temperaturze 253 stopni Celsjusza. Stąd konieczność odpowiedniej izolacji termicznej zbiorników, co pociąga za sobą również dodatkową wagę i objętość. Wysoka temperatura spalania wodoru prowadzi do powstania znacznej ilości szkodliwych dla środowiska tlenków azotu, jeśli czynnikiem utleniającym jest powietrze. I wreszcie znany problem z bezpieczeństwem. Nadal pozostaje poważna, choć obecnie powszechnie uważana jest za przesadzoną. Osobno należy powiedzieć o produkcji wodoru. Niemal jedynymi surowcami do produkcji wodoru są dziś te same paliwa kopalne: ropa naftowa, gaz i węgiel. Dlatego prawdziwy przełom w światowej bazie paliwowej opartej na wodorze można osiągnąć jedynie poprzez fundamentalną zmianę sposobu jego produkcji, kiedy wyjściowym surowcem jest woda, a podstawowym źródłem energii jest Słońce lub siła opadania woda. Wodór jest zasadniczo lepszy od wszystkich paliw kopalnych, w tym gazu ziemnego, pod względem odwracalności, czyli praktycznej niewyczerpalności. W przeciwieństwie do paliw wydobywanych z ziemi, które są bezpowrotnie tracone po spaleniu, wodór jest wydobywany z wody i spala się z powrotem do wody. Oczywiście, aby z wody pozyskać wodór, trzeba wydatkować energię i to znacznie więcej, niż można wtedy zużyć podczas jej spalania. Ale to nie ma znaczenia, jeśli tak zwane źródła energii pierwotnej są z kolei niewyczerpalne i przyjazne dla środowiska.

Rozwijany jest drugi projekt, w którym Słońce jest wykorzystywane jako źródło energii pierwotnej. Szacuje się, że na szerokościach geograficznych ± 30-40 stopni nasze Słońce nagrzewa się około 2-3 razy bardziej niż w bardziej północnych szerokościach geograficznych. Wynika to nie tylko z wyższej pozycji Słońca na niebie, ale także z nieco mniejszej grubości atmosfery w tropikalnych rejonach Ziemi. Jednak prawie cała ta energia jest szybko rozpraszana i marnowana. Pozyskiwanie go za pomocą ciekłego wodoru jest najbardziej naturalnym sposobem gromadzenia energii słonecznej, a następnie jej dostarczania do północnych regionów planety. I to nie przypadek, że ośrodek badawczy zorganizowany w Stuttgarcie nosi charakterystyczną nazwę „Słoneczny wodór – źródło energii przyszłości”. Instalacje akumulujące światło słoneczne mają znajdować się na Saharze, zgodnie ze wskazanym projektem. Skoncentrowane w ten sposób ciepło niebieskie będzie wykorzystywane do napędzania turbin parowych wytwarzających energię elektryczną. Dalsze powiązania schematu są takie same jak w wersji kanadyjskiej, z tą różnicą, że ciekły wodór dostarczany jest do Europy przez Morze Śródziemne. Jak widać, zasadnicze podobieństwo obu projektów polega na tym, że są one przyjazne dla środowiska na każdym etapie, w tym nawet w transporcie skroplonego gazu drogą wodną, ​​ponieważ tankowce znów działają na paliwo wodorowe. Już teraz tak znane na całym świecie niemieckie firmy, jak Linde i Messergrisheim, zlokalizowane w rejonie Monachium, produkują wszystkie niezbędne urządzenia do pozyskiwania, skraplania i transportu ciekłego wodoru, z wyjątkiem pomp kriogenicznych. Ogromne doświadczenie w wykorzystaniu ciekłego wodoru w technice rakietowej i kosmicznej zgromadziła mieszcząca się w Monachium firma MBB, uczestnicząca w niemal wszystkich prestiżowych programach eksploracji kosmosu w Europie Zachodniej. Sprzęt badawczo-rozwojowy firmy w dziedzinie kriogeniki jest również używany w amerykańskich promach kosmicznych. Znane niemieckie linie lotnicze Deutsche Airbus opracowują pierwszy na świecie airbus na ciekły wodór. Poza względami środowiskowymi, stosowanie ciekłego wodoru w lotnictwie konwencjonalnym i naddźwiękowym jest preferowane z innych powodów. W ten sposób masa startowa samolotu zostaje zmniejszona o około 30%, przy wszystkich innych parametrach bez zmian. To z kolei pozwala na krótszy rozbieg i bardziej stromą krzywą startu. W efekcie zmniejsza się hałas – to plaga nowoczesnych lotnisk, często zlokalizowanych na terenach gęsto zaludnionych. Możliwe jest również, że opór samolotu można zmniejszyć przez silne chłodzenie jego części nosowych, które napotykają przepływ powietrza.

Wszystko to pozwala wnioskować, że przejście na paliwo wodorowe przede wszystkim w lotnictwie, a następnie w transport lądowy stanie się rzeczywistością już w pierwszych latach nowego stulecia. Do tego czasu zostaną przezwyciężone problemy techniczne, ostatecznie wyeliminowana została nieufność do wodoru jako nadmiernie niebezpiecznego paliwa i stworzono niezbędną infrastrukturę.

Eksperci z różnych krajów prowadzą badania nad wykorzystaniem nowych rodzajów paliw i źródeł energii w transporcie drogowym. Wynika to ze znacznego wzrostu liczby pojazdy oraz rosnące zanieczyszczenie środowiska.

Najbardziej efektywne i obiecujące rodzaje paliw silnikowych to gaz ziemny, wodór, mieszanina propan-butan, metanol itp.

Obiecujące paliwo samochodowe jest dowolne źródło chemiczne energia, której zastosowanie w tradycyjnych lub rozwiniętych silnikach samochodowych pozwala w pewnym stopniu rozwiązać problem energetyczny i ograniczyć szkodliwy wpływ na środowisko. Na tej podstawie formułuje się pięć podstawowych warunków perspektyw nowych źródeł energii:

dostępność wystarczających zasobów energii;

możliwość masowej produkcji;

kompatybilność technologiczna i energetyczna z elektrowniami transportowymi;

dopuszczalne wskaźniki toksyczne i ekonomiczne procesu zużycia energii;

bezpieczeństwo i nieszkodliwość działania.

Istnieje kilka różnych klasyfikacji obiecujących paliw samochodowych. Klasyfikacja energetyczna, oparta na wartości opałowej tradycyjnego ciekłego paliwa węglowego, ma duże znaczenie praktyczne.

Tradycyjne ciekłe paliwa węglowodorowe mają najwyższą gęstość energetyczną, dzięki czemu samochód na nim jeżdżący ma niewielkie rozmiary i wagę zbiornika paliwa oraz wyposażenia paliwowego i nie wymaga skomplikowanego systemu napełniania i przechowywania paliwa. Gazy węglowodorowe i wodór mają wyższą masową zawartość energii, ale ze względu na niską gęstość mają znacznie gorsze wolumetryczne parametry energetyczne. Dlatego stosowanie tych paliw jest możliwe tylko w stanie sprężonym lub skroplonym, co w niektórych przypadkach znacznie komplikuje konstrukcję samochodu.

Paliwo wodorowe. Wielkie Oczekiwania przypięty do paliwa wodorowego jako paliwa przyszłości. Wynika to z jego wysokiej wydajności energetycznej, braku większości toksycznych substancji w produktach spalania i prawie nieograniczonej bazy surowcowej. To z wodorem wiąże się obiecujący rozwój energetyki.

Pod względem masy energii wodór około 3 razy przewyższa paliwa węglowodorowe; alkohole - 5-6 razy. Ale ze względu na bardzo niską gęstość, jego gęstość energii jest niska. Wodór posiada szereg właściwości, które znacznie komplikują jego zastosowanie: upłynnia się w 24K; ma wysoką zdolność dyfuzji; stawia zwiększone wymagania dotyczące materiałów kontaktowych, wybuchowych. Jednak mimo to naukowcy w wielu krajach pracują nad stworzeniem samochodów napędzanych paliwem wodorowym. Liczne schematy możliwości jego wykorzystania w samochodzie dzielą się na dwie grupy: wodór jako paliwo główne oraz jako dodatek do nowoczesnych paliw silnikowych. Główną trudnością w stosowaniu wodoru w stanie skroplonym jest jego niska temperatura. Zazwyczaj ciekły wodór transportowany jest w dwuściennych zbiornikach kriogenicznych, pomiędzy którymi przestrzeń wypełniona jest izolacją. Do bezpieczna operacja Wymagany jest płynny wodór, pełne uszczelnienie układu zasilania paliwem oraz zabezpieczenie nadciśnienia.

Technologia wodorowa, energia wodorowa - mówi się o nich coraz uporczywiej, ponieważ ten pierwiastek chemiczny jest podstawą jedynego znanego dziś paliwa, które podczas spalania nie tworzy osławionego tlenku węgla, a tym samym jest najmniej szkodliwe dla środowiska. Co więcej, jego rezerwy w przyrodzie są praktycznie niewyczerpane. Dlatego od wielu lat podejmowane są próby wykorzystania wodoru w silnikach spalinowych. W latach 30. XX wieku w tym kierunku działał Moskiewski Instytut Motoryzacyjny, Moskiewski Państwowy Uniwersytet Techniczny im. Baumana i wiele innych instytutów.

W czasie II wojny światowej idea paliwa wodorowego była praktycznie wykorzystywana do samochodów w siłach obrony powietrznej na froncie leningradzkim.

W latach powojennych akademik E. A. Chudakov i profesor I. L. Varshavsky używali wodoru do zasilania silnika jednocylindrowego w Laboratorium Samochodowym Akademii Nauk ZSRR. Akademik V.V.Struminsky i inni badacze zajmowali się tym problemem. Jednak eksperymenty nie osiągnęły wówczas szerokiego zakresu. Stały się bardziej istotne i wznowione później. Tylko w USA do 1976 roku. Badania na ten temat prowadziło 15 eksperymentalnych grup projektowych, które stworzyły 42 typy silników „wodorowych”. Podobne poszukiwania rozpoczęli naukowcy z Niemiec i Japonii.

Tak duże zainteresowanie wodorem jako paliwem tłumaczy się nie tylko jego korzyściami dla środowiska, ale także właściwości fizykochemiczne: jego ciepło spalania jest trzykrotnie wyższe niż produktów naftowych, palność mieszanki z powietrzem ma szerokie granice, wodór ma duże rozprzestrzenianie się płomienia i niską energię zapłonu - 10-12 razy niższą niż benzyna.

W naszym kraju wiele ośrodków naukowych aktywnie pracuje nad wykorzystaniem wodoru w silnikach samochodowych.

Sposób uzyskania tego pierwiastek chemiczny z wykorzystaniem tzw. substancji magazynujących energię został szczegółowo opracowany przez Instytut Problemów Inżynierii Mechanicznej Akademii Nauk Ukrainy, który również prowadzi podstawowe badania rozwija się procesy spalania mieszanin wodorowo-powietrznych i benzen-wodór-powietrze schematy ideowe elektrownia samochodu z różnymi sposobami przechowywania nowego paliwa na pokładzie.

Wodór jako paliwo silnikowe ma pewne specyficzne cechy ze względu na swoje właściwości. Szerokie granice palności pozwalają na lepszą kontrolę nad przebiegiem procesu pracy silnika. Dzięki temu możliwe jest zwiększenie wydajności przy częściowych obciążeniach – tryb, w którym silnik samochodu „żyje” przez długi czas. Wartość opałowa jednorodnej mieszaniny wodoru i powietrza jest niższa niż benzyny. Dlatego moc silnika pracującego na wodorze w większym stopniu niż na benzynie zależy od sposobu tworzenia mieszanki.

Badania odporności na detonację mieszanin benzyna-wodór-powietrze i wodór-powietrze wykazały, że ich skłonność do detonacji w dużej mierze zależy od stosunku nadmiaru powietrza. I pod tym względem przy stosowaniu wodoru jako paliwa ujawniono inne prawidłowości niż w przypadku benzyny. Badania pracy silników pracujących na mieszaninach wodór-powietrze i benzyna-wodór-powietrze wykazały dużą stabilność procesu pracy. Porównując granice zmienności optymalnego czasu zapłonu podczas pracy na wodorze i benzynie, można zauważyć, że w pierwszym przypadku w znacznym stopniu zależy to od stosunku nadmiaru powietrza. Wzbogacanie mieszanki powoduje znaczne skrócenie najkorzystniejszego czasu zapłonu. Dlatego podczas pracy na wodorze silnik wymaga innych regulacji tego parametru.

Wreszcie podczas spalania wodoru spaliny nie zawierają tak szkodliwych składników jak CO, węglowodory, PbO. W spalinach pozostaje tylko jeden toksyczny składnik - NO (i to w mniejszych ilościach niż podczas jazdy na benzynie). Gdy jako dodatek stosuje się wodór, zawartość szkodliwych składników jest znacznie zmniejszona ze względu na całkowite spalanie. Ponadto zmniejsza się konieczność stosowania w benzynie szkodliwych dodatków przeciwstukowych ołowiu.

Eksperymenty wykazały, że silniki spalinowe mogą z powodzeniem pracować zarówno na czystym wodorze, jak i na jego mieszaninie z oparami benzyny. Ciekawe, że już 10% dodatek (w przeliczeniu na masę zużytego paliwa) wodoru może mieć znaczący wpływ, zmniejszając toksyczność spalin i poprawiając wyniki ekonomiczne. Znacząco rozszerza zakres palności mieszanki, co stwarza warunki do efektywnej regulacji procesu spalania. W praktyce oznacza to możliwość stabilnej pracy na bardzo ubogich mieszankach benzyna-wodór-powietrze o dużym współczynniku nadmiaru powietrza, co zapewnia znaczne oszczędności w benzynie. Biorąc pod uwagę fakt, że silnik w warunkach miejskich pracuje nawet do 30% czasu włączonej Na biegu jałowym lub w warunkach częściowego obciążenia można sobie wyobrazić ekonomiczne korzyści wynikające z zastosowania wodoru. A pracy silnika przy dużym nadmiarze powietrza towarzyszy prawie całkowite spalanie mieszanki, a co za tym idzie, w spalinach nie ma toksycznych składników. W Instytucie Problemów Inżynierii Mechanicznej Akademii Nauk Ukrainy opracowano już elektrownie samochodowe na paliwo wodorowe. W ich przypadku wodór pozyskiwany jest z wody (za pomocą substancji magazynujących energię na bazie tlenków metali), a także z wodorków - substancji zdolnych do pochłaniania wodoru po schłodzeniu i oddawania go po podgrzaniu.

Ze względów bezpieczeństwa konieczne jest wiązanie wodoru z wodorkami, ponieważ wyciekając z butli tworzy mieszając się z powietrzem mieszankę wybuchową, która jest wysoce łatwopalna (pamiętajmy o częstych wypadkach sterowców ze zbiornikami wypełnionymi wodorem). Ale ważniejszy jest fakt, że wodorki są bardziej racjonalną metodą przechowywania wodoru na pokładzie samochodu pod względem wskaźników objętościowych.

Ogólny schemat elektrowni na paliwo: paliwo wodorowe, powstałe w wyniku oddziaływania substancji magazynujących energię z wodą, jest dostarczane przez układ napędowy do silnika. Moc silnika jest kontrolowana przez komponenty podawane do reaktora w celu uwolnienia związanego wodoru.

Elektrownia może pracować zarówno w cyklu otwartym, jak i zamkniętym. W pierwszym przypadku na pokładzie samochodu umieszczane są tylko zbiorniki na substancje magazynujące energię i wodę, a produkty spalania są emitowane do atmosfery. W obiegu zamkniętym dodatkowo wprowadza się wymiennik ciepła i skraplacz, co pozwala na wykorzystanie pary wodnej ze spalin. Woda wchodząca do reaktora z substancjami magazynującymi energię ponownie służy jako źródło do produkcji wodoru. Tak więc w obiegu zamkniętym „nośnikiem” paliwa jest woda, a energia to substancje magazynujące energię. Paliwo wodorowe w obu cyklach można stosować w postaci czystej lub jako dodatki (5-10% wagowo). W tym drugim przypadku układ zasilania benzyną pozostaje w samochodzie. „Ekstrakcja” wodoru z wody odbywa się w reaktorze zawierającym substancje magazynujące energię. Najprostszy to reaktor ciągły, w którym ciśnienie utrzymywane jest poprzez regulację dopływu składników do strefy reakcyjnej.

Proces pozyskiwania w nim paliwa nie zachodzi natychmiast, to znaczy ma pewną bezwładność. Uwalniający się w reaktorze wodór musi więc być dostarczany do silnika przez reduktor-reduktor, który utrzymuje optymalne ciśnienie przed dyszami zasilającymi.

Samochody seryjne „Moskwicz” i „VAZ” zostały przetestowane zgodnie z opracowanymi metodami badawczymi z wykorzystaniem substancji magazynujących energię na bazie tlenków metali, a także z wykorzystaniem wodorków.

Pierwszy eksperyment (wykorzystanie substancji magazynujących energię - samochód Moskvich) - system zasilania benzyną pozostał bez zmian. Maszyna wyposażona jest w dwa reaktory 1, które dostarczają wodór z wody oraz reduktor 5, przeznaczony do odmierzania dopływu paliwa w różnych trybach pracy silnika.

Reaktory okresowe mają stały ładunek substancji magazynujących energię na bazie krzemu lub aluminium z kontrolowanym zaopatrzeniem w wodę. Pompy wysokociśnieniowe 4 napędzane silnikiem elektrycznym dostarczają wodę ze zbiornika poprzez grzałkę i filtr do reaktora, gdzie jest rozpylana przez dysze. System wodny zawiera Sprawdź zawory zapobieganie wnikaniu wodoru tam, gdy dopływ wody jest zatrzymany. Dodatkowo posiada kran 3, który przełącza dopływ wody z jednego reaktora do drugiego. Wszystkie jednostki tej eksperymentalnej konfiguracji są zamontowane na wspólnej ramie i umieszczone w bagażniku.

Instalacja z wykorzystaniem substancji magazynujących energię do zasilania silnika wodorem: 1 - reaktory okresowe; 2 - zbiornik na wodę; 3 - kran do dostarczania wody do reaktora; 4 - blok pomp z napędem elektrycznym; 5 - reduktor w układzie zasilania wodorem

Wodór z reaktorów trafia do kranu zainstalowanego na desce rozdzielczej, za pomocą którego kierowca łączy działający reaktor 1 z systemem dostarczania wodoru. Ten ostatni składa się z przekładni redukcyjnej, odwadniacza, gazomierza i sterownicy dopływu wodoru (sterowanej specjalnym pedałem). Paliwo jest wtryskiwane do kolektora dolotowego tuż przed zaworem dolotowym.

Do pracy na wodorze pozyskiwanym z wodorków zachowano również układ zasilania benzyną, dodatkowo zainstalowano układ magazynowania i zasilania wodoru (samochód VAZ). Składa się z podgrzewanego spalinami zbiornika na wodorki 1, reduktora z uniwersalnym regulatorem podciśnienia 9 natężenia przepływu wodoru oraz mieszadła 8 wykonanego na bazie seryjnego gaźnika. System automatycznie reguluje tempo wydzielania wodoru przez wodorki (jednostka sterująca 10, presostat 2, przepustnica z napędem elektromagnetycznym 7 na rurze wydechowej), utrzymuje stałe, niezależnie od trybu pracy silnika, ciśnienie wodoru w układzie. Podczas ładowania zbiornik na wodorki jest chłodzony wodą.

Instalacja z wykorzystaniem wodorków: 1 - zbiornik na wodorki; 2 - presostat; 3 - zawór napełniający; 4 - rura wydechowa zbiornika wodorku; 5 - tłumik; 6 - zbiornik benzyny; 7 - napęd elektromagnetyczny amortyzatory; 8 - mikser; 9 - regulator ciśnienia i zużycia wodoru; 10 - elektroniczna jednostka sterująca

Zastosowanie wodoru jako dodatkowego paliwa do silników gaźnikowych otwiera możliwość zupełnie nowego podejścia do organizacji procesu roboczego. Przy minimalnej modyfikacji silnika, związanej głównie z układem zasilania, możliwe jest osiągnięcie znacznego wzrostu jego efektywności paliwowej ( koszty operacyjne benzyna jest redukowana o 35-40%) i zmniejsza toksyczność spalin.

Tabela 13 Toksyczność spalin,

Emulsje wodno-paliwowe. Wykorzystanie wody w procesie pracy silnika spalinowego nie jest nowością ostatnich lat. Już w latach 30. XX wieku stosowano wtrysk wody do zapewnienia pracy silników spalinowych na paliwach niskooktanowych.

Obecnie głównym celem przy stosowaniu wody jako dodatku do paliwa jest możliwość zwiększenia wydajności i zmniejszenia toksyczności spalin samochodowych.

Emulsje wodno-paliwowe są płynne paliwo z najmniejszymi kroplami wody równomiernie rozłożonymi na objętość paliwa. Emulsję przygotowuje się bezpośrednio na samochodzie. Aby zapobiec rozwarstwieniu emulsji, do paliwa dodaje się emulgator w ilości 0,2-0,5%. Zawartość wody w emulsji wodno-paliwowej może sięgać 30-40%.

Stosowanie emulsji wodno-paliwowych jest możliwe zarówno w gaźniku, jak iw silniku wysokoprężnym. Ale w silniku gaźnikowym stosowanie emulsji wodno-paliwowych w niektórych przypadkach prowadzi do pogorszenia niektórych wskaźników (w szczególności efektywności paliwowej), awarii przy całkowitym otwarciu przepustnicy i przerw podczas jazdy z małą prędkością. Najlepsze wyniki uzyskuje się stosując emulsje wodno-paliwowe w silnikach wysokoprężnych. Doprowadzenie wody do komory spalania zapewnia dodatkowe rozpylenie paliwa w wyniku kruszenia przez przegrzaną parę wodną. W takim przypadku jednostkowe zużycie paliwa zmniejsza się o 4-10%.

Dodatek wody do paliwa umożliwia zmniejszenie zawartości niektórych substancji toksycznych w spalinach poprzez obniżenie maksymalnych temperatur w komorze spalania, których wartość określa ilość NOx. Przy stosowaniu emulsji wodno-paliwowych ilość NOx można zmniejszyć o 40-50%. Zmniejsza się również dymienie gazów spalinowych, ponieważ sadza w obecności pary wodnej wchodzi z nimi w interakcje, tworząc dwutlenek węgla i azot. Uwalnianie CO pozostaje praktycznie niezmienione w porównaniu z pracą silnika spalinowego na paliwie bez dodatku wody, a uwalnianie RNSh nieznacznie wzrasta. Ten rodzaj paliwa nie znalazł jeszcze szerokiego zastosowania w transporcie drogowym, ponieważ konstrukcja samochodu staje się bardziej skomplikowana, pojawia się szereg problemów podczas eksploatacji zimą, wpływ wody na warunki pracy i trwałość silnika spalinowego nie zostały wystarczająco zbadane.

Alkohole syntetyczne. Metanol i etanol zarówno w postaci czystej, jak i w składzie mieszanin wieloskładnikowych były stosowane jako paliwo do silników spalinowych samochodów.

Najbardziej rozpowszechnione samochody napędzane paliwem alkoholowym są pozyskiwane w Brazylii, która importuje 80-85% produktów naftowych, płacąc za nie w obcej walucie. Koszty paliwa rosną z roku na rok i sięgają miliardów dolarów. Dlatego kraj został przyjęty z entuzjazmem, ogłoszonym przez prezydenta w 1975 roku. projekt „Alkoholizacja transportu”. Zbiorniki paliwa brazylijskie samochody są wypełnione mieszaniną alkoholu i benzyny w stosunku 1:4.

Z czasem planowane jest przeniesienie całej floty pojazdów na alkohol etylowy zamiast benzyny. Alkohol pozyskiwany jest z trzciny cukrowej (Brazylia jest największym producentem tej rośliny na świecie). Z 1 hektara rocznie można pozyskać do 80 ton biomasy. Plantacje, które zajmują 2% terytorium kraju, wystarczą, aby zaspokoić zapotrzebowanie na nowe paliwo.

Według wyliczeń specjalistów 1 litr alkoholu kosztuje 30-35% taniej niż benzyna.

Meksyk, drugi najbardziej zaludniony kraj Ameryki Łacińskiej, może pójść w ślady Brazylii. W Stanach Zjednoczonych istnieje również zainteresowanie produkcją alkoholu opałowego z odpadów drzewnych, rolniczych i innych.

Z energetycznego punktu widzenia zaletą paliw alkoholowych jest: wysoka wydajność proces pracy i wysoka odporność na uderzenia paliwa, ale ciepło spalania alkoholi jest o połowę mniejsze niż benzyny. Niska zawartość energetyczna alkoholi prowadzi do wzrostu jednostkowego zużycia paliwa.

Stosowanie alkoholi wymaga stosunkowo niewielkich zmian konstrukcyjnych samochodu. Główne działania sprowadzają się do zwiększenia objętości zbiorników paliwa i zainstalowania urządzeń zapewniających stabilny rozruch silnika przy każdej pogodzie. Konieczna jest również wymiana niektórych metali i materiałów amortyzujących, w szczególności plastikowej wyściółki zbiornika metanolu. Wynika to z dużej aktywności korozyjnej alkoholi i konieczności dokładniejszego uszczelnienia układu zasilania paliwem, ponieważ metanol jest trucizną nerwowo-naczyniową. Stosowanie mieszaniny benzometanolu wiąże się z szeregiem innych szczególnych wymagań. W szczególności wymagania dotyczące ciśnienia pary nasyconej benzyny stają się coraz bardziej rygorystyczne, ponieważ nawet przy 5% dodatku metanolu znacznie wzrasta. Aby uniknąć rozwarstwienia mieszaniny, podczas jej przechowywania, transportu i użytkowania należy przestrzegać określonej temperatury i zapobiegać przedostawaniu się do niej wody. Niektóre materiały syntetyczne stosowane w układach zasilania paliwem i w systemy motoryzacyjneżywności, okazał się niestabilny w stosunku do mieszaniny benzometanolu. Przy przejściu samochodu z benzyny na mieszankę benzynową konieczna była zmiana wydajność dysze, podczas gdy lekko zwiększone Łączny koszt paliwo. Jednocześnie stwierdzono, że mieszanka o zawartości metanolu do 15% nie pogarsza głównych wskaźników technicznych i eksploatacyjnych samochodów ciężarowych. Wysoka skuteczność przeciwstukowa alkoholi umożliwia zwiększenie stopnia sprężania silnika spalinowego do 14-15 jednostek.

Stosowanie paliw alkoholowych zmniejsza zawartość substancji toksycznych w spalinach, co tłumaczy się niższą temperaturą spalania paliwa alkoholowego.

Od początku lat 70., kiedy sytuacja energetyczno-ekologiczna gwałtownie się pogorszyła, praktycznie wszystkie kraje uprzemysłowione rozpoczęły szerokie poszukiwania alternatywnych źródeł energii, które mogłyby zastąpić benzynę i olej napędowy. Wśród paliwa alternatywne szczególną uwagę zwraca się na wodór: jego zastosowanie w silnikach spalinowych umożliwia rozwiązywanie zarówno surowca, jak i kwestie ochrony środowiska i zrobić to bez radykalnej restrukturyzacji baza techniczna nowoczesna budowa silników. W szczególności badania wykazały, że zastosowanie wodoru jako głównego lub dodatkowego paliwa w silnikach z wymuszonym zapłonem ładunku zwiększa ich sprawność paliwową o 30-40% i znacznie zmniejsza toksyczność spalin, ponieważ właściwości silnika umożliwiają silnikom pracują na ubogich mieszankach z wysokiej jakości regulacją mocy. Za granicą prace nad stworzeniem samochodowych silników spalinowych „wodorowych” są prowadzone przez zaawansowane kraje rozwinięte od dawna i całkiem skutecznie. W szczególności, firma samochodowa Daimler-Benz (Niemcy) produkował samochody osobowe i minibusy na podstawie modeli seryjnych, których silniki napędzane są zarówno benzyną z dodatkiem wodoru, jak i „czystym” wodorem. Spośród trzech dopuszczalnych dla pojazdów samochodowych metod przechowywania wodoru – sprężonego do 20 MPa, skroplonego w temperaturze 20K lub związanego chemicznie w wodorkach metali – ten ostatni został zastosowany w eksperymentalnych samochodach Daimler-Benz.

Od wielu lat naukowcy starają się znaleźć alternatywę dla benzyny jako głównego paliwa do pojazdów. Nie ma sensu wymieniać przyczyn środowiskowych i zasobowych - tylko leniwi nie mówią o toksyczności spalin. Naukowcy znajdują rozwiązanie tego problemu w większości czasami nietypowych rodzajów paliwa. Recykling wybrał najwięcej ciekawe pomysły kwestionowanie hegemonii paliwowej benzyny.

Biodiesel z olejami roślinnymi

Biodiesel to rodzaj biopaliwa na bazie olejów roślinnych, który jest stosowany zarówno w czystej postaci, jak i jako różne mieszanki z olej napędowy... Pomysł wykorzystania oleju roślinnego jako paliwa należy do Rudolfa Diesela, który w 1895 roku stworzył pierwszy silnik Diesla zasilany olejem roślinnym.

Z reguły do ​​produkcji biodiesla wykorzystuje się olej rzepakowy, słonecznikowy i sojowy. Oczywiście same oleje roślinne nie są wlewane do baku jako paliwo. Olej roślinny zawiera tłuszcze – estry kwasów tłuszczowych z gliceryną. W procesie otrzymywania „biosolyary” etery glicerynowe niszczą i zastępują glicerynę (uwalnia się jako produkt uboczny) na prostsze alkohole - metanol i rzadziej etanol. Staje się to składnikiem biodiesla.

W wielu krajach Europy, a także w USA, Japonii i Brazylii biodiesel stał się już dobrą alternatywą dla zwykłej benzyny. Na przykład w Niemczech ester metylowy rzepaku jest sprzedawany na ponad 800 stacjach benzynowych. W lipcu 2010 r. w krajach UE działało 245 zakładów biodiesla o łącznej mocy 22 mln ton. Analitycy Oil World przewidują, że do 2020 r. udział biodiesla w strukturze zużywanego paliwa silnikowego w Brazylii, Europie, Chinach i Indiach wyniesie 20%.

Biodiesel jest paliwem przyjaznym dla środowiska w transporcie: w porównaniu z konwencjonalnym olejem napędowym prawie nie zawiera siarki, a jednocześnie jest prawie całkowicie biodegradowalny. W glebie lub wodzie mikroorganizmy przetwarzają 99% biodiesla w ciągu 28 dni - minimalizuje to stopień zanieczyszczenia rzek i jezior.

Skompresowane powietrze

Modele pojazdów pneumatycznych - pojazdy jeżdżące skompresowane powietrze- wydany przez kilka firm. Inżynierowie Peugeota zrobili swego czasu rozgłos w branży motoryzacyjnej, zapowiadając stworzenie hybrydy, w której do silnika spalinowego dodawana jest energia sprężonego powietrza. Francuscy inżynierowie mieli nadzieję, że takie rozwiązanie pomoże małym samochodom obniżyć zużycie paliwa do 3 litrów na 100 km. Eksperci Peugeota twierdzą, że w mieście hybryda pneumatyczna może pracować na sprężonym powietrzu nawet przez 80% czasu, nie powodując ani jednego miligrama szkodliwych emisji.

Zasada działania „pojazdu lotniczego” jest dość prosta: samochód napędzany jest nie mieszanką benzyny, która spala się w cylindrach silnika, ale silnym przepływem powietrza z cylindra (ciśnienie w cylindrze wynosi około 300 atmosfer). ). Silnik pneumatyczny przetwarza energię sprężonego powietrza na obrót wałów osi.

Niestety maszyny w całości na sprężone powietrze lub hybrydy powietrza powstają głównie w skąpych partiach - do pracy w określonych warunkach i na limitowana przestrzeń(na przykład w zakładach produkcyjnych wymagających: maksymalny poziom bezpieczeństwo przeciwpożarowe). Chociaż istnieje kilka modeli dla „standardowych” nabywców.

Ekologiczna mikrociężarówka Gator firmy Engineair jest pierwszym australijskim pojazdem na sprężone powietrze, który wjeżdża do świata rzeczywistego wykorzystanie komercyjne... Już widać go na ulicach Melbourne. Nośność - 500 kg, objętość butli powietrznych - 105 litrów. Przebieg ciężarówki na jednej stacji benzynowej wynosi 16 km.

Odpady

Jaki postęp osiągnięto - niektóre samochody nie potrzebują benzyny do pracy silnika, ale nieczystości ludzkie dostające się do kanalizacji. Taki cud przemysłu samochodowego powstał w Wielkiej Brytanii. Na ulice Bristolu wyjechał samochód, który jako paliwo wykorzystuje metan z ludzkich ekskrementów. Prototypowy model był Chrząszcz volkswagen a producentem innowacyjnego paliwa VW Bio-Bug jest GENeco. Silnik do przetwarzania fekaliów zainstalowany w kabriolecie Volkswagena umożliwił przejechanie 15 tysięcy kilometrów.

Wynalazek GENeco szybko został nazwany przełomem we wprowadzaniu energooszczędnych technologii i paliw przyjaznych dla środowiska. Laikowi pomysł wydaje się surrealistyczny, warto więc wyjaśnić: do samochodu załadowano oczywiście już przetworzone paliwo – w postaci gotowego do użycia metanu pozyskiwanego wcześniej z odpadów.

Jednocześnie silnik VW Bio-Bug wykorzystuje jednocześnie dwa rodzaje paliwa: samochód startuje z benzyny, ale gdy tylko silnik się rozgrzeje i samochód nabierze określonej prędkości, dostarczanie ludzkiego gazu żołądkowego przetwarzane w fabrykach GENeco jest włączone. Konsumenci mogą nawet nie zauważyć różnicy. Pozostaje jednak główny problem marketingowy – negatywne postrzeganie przez człowieka surowców, z których pozyskiwany jest biogaz.

Panele słoneczne

Produkcja samochodów zasilanych energią słoneczną jest chyba najbardziej rozwiniętym obszarem przemysłu motoryzacyjnego nastawionym na wykorzystanie ekopaliw. Samochody włączone zasilany energią słoneczną są tworzone na całym świecie i w szerokiej gamie wariacji. W 1982 roku wynalazca Hans Tolstrup w pojeździe solarnym Quiet Achiever przemierzył Australię z zachodu na wschód (choć z prędkością zaledwie 20 km na godzinę).

We wrześniu 2014 roku Stella nie była w stanie pokonać trasy z Los Angeles do San Francisco, która wynosi 560 km. Samochód solarny, opracowany przez grupę z holenderskiego Uniwersytetu w Eindhoven, jest wyposażony w panele, które zbierają energia słoneczna, oraz 60-kilogramowy pakiet akumulatorów o pojemności sześciu kilowatogodzin. Stella ma średnią prędkość 70 km na godzinę. Przy braku światła słonecznego zapas baterii wystarcza na 600 km. W październiku 2014 r. uczniowie z Eindhoven wzięli udział w swoim cudownym samochodzie w World Solar Challenge, 3000-kilometrowym rajdzie samochodów napędzanych energią słoneczną przez Australię.

Najszybszy samochód elektryczny na energię słoneczną włączony ten moment to Sunswift, stworzony przez zespół studentów z Australijskiego Uniwersytetu Nowej Południowej Walii. Na testach w sierpniu 2014 roku ten solarny samochód przejechał 500 kilometrów na jednym ładowaniu akumulatora ze średnią prędkością 100 kilometrów na godzinę, co jest niesamowite jak na taki pojazd.

Biodiesel z odpadów kulinarnych

W 2011 roku USDA współpracowało z Narodowym Laboratorium Energii Odnawialnej w celu zbadania paliw alternatywnych. Jednym z zaskakujących wyników był wniosek, że wykorzystanie biopaliwa opartego na surowcach pochodzenia zwierzęcego jest obiecujące. Biodiesel z tłuszczów resztkowych nie jest jeszcze bardzo zaawansowaną technologią, ale jest już stosowany w krajach azjatyckich.

Każdego roku w Japonii po przygotowaniu narodowego dania tempura pozostawia się około 400 000 ton zużytego oleju spożywczego. Wcześniej był przetwarzany na paszę dla zwierząt, nawozy i mydło, ale na początku lat 90. oszczędny Japończyk znalazł dla niego inne zastosowanie, uruchamiając na jego bazie produkcję roślinnego oleju napędowego.

W porównaniu z benzyną taki niestandardowy typ stacji benzynowej emituje do atmosfery mniej tlenku siarki - główny powód kwaśne deszcze - i zmniejsza ilość innych toksycznych emisji spalin o dwie trzecie. Aby nowe paliwo stało się bardziej popularne, jego producenci opracowali ciekawy schemat. Każdy, kto wyśle ​​do zakładu RTD dziesięć partii plastikowych butelek ze zużytym olejem spożywczym, otrzymuje 3,3 m2 lasu w jednej z japońskich prefektur.

Technologia w takiej ilości nie dotarła jeszcze do Rosji, ale na próżno: roczna ilość odpadów z rosyjskiego przemysłu spożywczego wynosi 14 mln ton, co pod względem potencjału energetycznego odpowiada 7 mln ton ropy. W Rosji odpady spalane na biodieslu pokryłyby zapotrzebowanie na transport o 10 proc.

Ciekły wodór

Ciekły wodór od dawna uważany jest za jedno z głównych paliw, które mogą stanowić wyzwanie dla benzyny i oleju napędowego. Pojazdy na paliwie wodorowym nie są rzadkością, ale ze względu na wiele czynników nie zyskały one dużej popularności. Choć ostatnio, dzięki nowej fali troski o „zielone” technologie, idea silnika wodorowego zyskała nowych zwolenników.

Kilka dużych producentów teraz masz samochody z silnik wodorowy... Jednym z najbardziej znanych przykładów jest BMW Hydrogen 7, samochód z silnikiem spalinowym, który może być napędzany zarówno benzyną, jak i ciekłym wodorem. BMW Hydrogen 7 posiada 74-litrowy zbiornik na benzynę oraz zbiornik na 8 kg ciekłego wodoru.

W ten sposób samochód może korzystać z obu rodzajów paliwa podczas tej samej podróży: zmiana z jednego rodzaju paliwa na inny odbywa się automatycznie, przy czym preferowany jest wodór. Ten sam typ silnika jest stosowany na przykład w samochodzie hybrydowym Aston wodorowo-benzynowym. Marcin Rapide S. W nim silnik może pracować na obu rodzajach paliwa, a przełączanie między nimi realizowane jest przez inteligentny system optymalizacji zużycia i emisji szkodliwych substancji do atmosfery.

Inni giganci motoryzacyjni, tacy jak Mazda, Nissan i Toyota, również zamierzają opracować paliwo wodorowe. Uważa się, że ciekły wodór jest przyjazny dla środowiska, ponieważ nie emituje żadnych zanieczyszczeń podczas spalania w środowisku czystego tlenu.

Zielone algi

Paliwo z alg to egzotyczny sposób wytwarzania energii dla samochodu. Traktowanie glonów jako biopaliwa rozpoczęło się przede wszystkim w USA i Japonii.

Japonia nie dysponuje dużymi rezerwami żyznej ziemi pod uprawę rzepaku czy sorgo (które w innych krajach są wykorzystywane do pozyskiwania biopaliw z olejów roślinnych). Ale Kraj Kwitnącej Wiśni wydobywa ogromne ilości zielonych alg. Wcześniej były używane do jedzenia, ale teraz służą jako podstawa do tankowania nowoczesnych samochodów. Nie tak dawno temu w japońskie miasto Na ulicach pojawił się autobus pasażerski marki DeuSEL firmy Isuzu Fujisawa, który jeździ na paliwo, którego część pozyskuje się z alg. Jednym z głównych elementów stała się zieleń Euglena.

Obecnie dodatki „algowe” stanowią zaledwie kilka procent całkowitej masy paliwa w zbiornikach transportowych, ale w przyszłości azjatycki producent obiecuje opracować silnik, który będzie wykorzystywał biokomponent w 100 proc.

W Stanach Zjednoczonych biopaliwa na bazie alg są również ściśle brane pod uwagę. Sieć stacji paliw Propel w Północnej Kalifornii rozpoczęła sprzedaż biodiesla Soladiesel wszystkim zainteresowanym. Paliwo pozyskiwane jest z alg w wyniku fermentacji, a następnie uwolnienia węglowodorów. Wynalazcy biopaliw obiecują 20% redukcję emisji dwutlenku węgla i znaczną redukcję toksyczności pod innymi względami.

Moskiewski rząd postanowił powierzyć niektórym przedsiębiorstwom motoryzacyjnym funkcje dystrybucji ekologicznych paliw i źródeł energii w miejskim transporcie samochodowym. , który niewiele różni się od benzyny, jest mniej praktyczny niż paliwa alternatywne.

Przedsiębiorstwa prowadziły prace nad już eksperymentalnymi modelami samochodów, które są przystosowane do wykorzystania sprężonego gazu ziemnego, czyli metanu.

Połowa wszystkich samochodów znajdujących się we flocie firmy pracuje na paliwach alternatywnych.

Do tej pory taki sprzęt nigdy nie był używany w miastach Rosji, a obecnie aktywnie zdobywane doświadczenie pozwala pozyskać niezbędną wiedzę, która stworzy warunki do ekspansji i wdrażania innowacji we wszystkich regionach kraju .

W ostatnich latach 60. prawie wszystkie kraje wysoko rozwinięte posiadały sektor energetyczny zależny od ropy naftowej. kraje zachodnie, wygrany za zestaw taniego eksportu ropy, baryłka kosztowała ich około 5 dolarów. Co zaowocowało dość wysokim. 13 lat później Organizacja Arabskich Krajów Eksportujących Ropę nałożyła embargo na import ropy do Stanów Zjednoczonych, ze względu na fakt, że w wojnie Izraela z Syrią i Egiptem Ameryka północna poparł Izrael. Po tym incydencie kraje, które nazywały się wysoko rozwiniętymi, doszły do ​​wniosku, że obecne plany gospodarcze już nie są skuteczne, pilnie trzeba rozwijać nowe, uwzględniające zupełnie inne rodzaje paliw. Najsłabszym punktem okazał się być branża transportowa które wykorzystywały paliwa węglowodorowe.

Innym powodem poszukiwania alternatywy dla ropy naftowej był fakt, że jej produkcja z roku na rok stawała się coraz droższa, a jej rezerwy we wnętrzu ziemi były zużywane w bardzo szybkim tempie i mogły całkowicie zniknąć za około 50 lat.

Najciekawsze jest to, że silnik gazowy wcale nie jest nowością naszych czasów, ponieważ został wynaleziony w bardzo odległym XIX wieku przez inżyniera z Francji, Lenoira, działał oczywiście na gazie. W dzisiejszych czasach przy stosowaniu paliw alternatywnych w samochodach najczęściej używany jest gaz.

Nie należy go mylić z gazem domowym, ponieważ podczas tankowania samochodu na stacjach benzynowych stosowane są specjalne komponenty propan-butan, jest to gaz płynny. Jego stosowanie jest tańsze i bardziej przyjazne dla środowiska niż benzyna. Tankowanie samochodów odbywa się na specjalnych kompleksach do tankowania alternatywnymi rodzajami paliwa.

Najlepsze paliwo do pojazdów.

Gaz ziemny, metan, jest czymś, co pod względem właściwości omija zarówno benzynę, jak i gaz naftowy. Zazwyczaj tankują je ci, którzy chcą przebyć dwa razy większą odległość za te same pieniądze.

Nie powoduje nagaru, olej silnikowy nie ulega zmianom. Znacznie mniej uszkodzeń tłoków i cylindrów, dobre osiągi silnika. Brak osadów węglowych, olej silnikowy nie topi się. Mniejsze zużycie tłoków i cylindrów, poprawia żywotność silnika. Węgiel olejowy plus sadza utleniają olej, znacznie obniżając właściwości smarne.

Jest bardzo mało wyspecjalizowanych punktów, w których bez problemu można zatankować. Istnieje sieć stacji benzynowych. Jest wiele miejsc, w których można zatankować.

Nie wymaga żadnej obróbki, nadaje się do użytku w oryginalnej formie. Mieszanka wymagająca określonych proporcji na pory roku. Wymagane są rafinerie ropy naftowej.

Dostawa realizowana jest szlakami transportu gazu. Przywożą je specjalne ciągniki. Podobnie jak propan-butan dostarczany jest na stacje paliw w cysternach.

Zbadane złoża powinny wystarczyć ludzkości na około 200 lat. Ponieważ gaz jest produkowany z ropy naftowej, wystarczy na około 50 lat. Wyprodukowany z ropy naftowej, rezerwy nie dłuższe niż 50 lat.

Dość tani i wymaga niewielkich inwestycji. Ma średnią cenę. Koszt niestabilny, w tym sensie, że rośnie z roku na rok.

Drogi sprzęt, bardzo mało specjalistów. Federacja Rosyjska, montaż i produkcja oraz naprawa instalacji. Nie tani koszt sprzętu. Nie jest potrzebny dodatkowy sprzęt.

Nie ma możliwości kradzieży metanu na stacjach benzynowych lub z cystern samochodowych. Nie można go ukraść ze stacji benzynowych. Łatwo odsprzedaży.

Prawie nie zmienia swoich właściwości wraz ze spadkiem temperatury. Właściwości spadają wraz ze spadkiem temperatury Małe zmiany właściwości w przypadku spadku temperatury.

Posiada najwyższą klasę bezpieczeństwa 4. Niezbyt bezpieczny, ponieważ ma tylko 2 klasę bezpieczeństwa. Stabilne zabezpieczenie III stopnia.

Wniosek nasuwa się sam, metan ma tylko trzy wady, jeśli porównać je z innymi widłami paliwa. Problemy ze specjalistami są łatwe do rozwiązania, a wysoki koszt sprzętu nadal zwraca się w czasie, za zestaw takich samych oszczędności. Metan to paliwo, które ma najlepsza wydajność wśród innych rodzajów paliw.

Dziś metan można wykorzystać do napełniania prawie wszystkich samochodów, ale w latach 90. wierzono, że jest przeznaczony do ciężarówek i autobusów. Został umieszczony w specjalnych stalowych butlach, które mogły wytrzymać ciśnienie 200 atmosfer. Ale waga czołgu wynosząca 100 kilogramów odstraszyła kierowców, więc niewiele osób przeniosło swoją „beszę” na to paliwo. Teraz jak każde inne paliwo.

Dziś butle stalowe zostały zastąpione mniej wytrzymałymi stopami kompozytowymi, niezawodność padła ofiarą lekkości, czyli mniejszej wagi butli. Butle, podobnie jak stal, wytrzymują ciśnienie i wysokie temperatury. Wybuchowość jest zawyżona, metan może się zapalić dopiero przy temperaturze 600 stopni, benzyna ma 250, nie mówiąc już o jego oparach, które wystarczają i 170 stopni.

Aplikacja w krajach europejskich

Powszechne stosowanie rośnie ogromnymi krokami. Obecnie jest 10 milionów napowietrzanych maszyn. Rosja jest liderem w dostawach paliwa gazowego na rynek zachodni.

Nowoczesne fabryki są koniecznie zaangażowane w rozwój i produkcję jednego lub dwóch modeli butli gazowych Samochody Audi, Honda, Toyota i inne. Wszyscy zaczynają zakładać produkcję samochodów.

Korzyści energetyczne zostały ocenione przez różne kraje o różnej sytuacji ekonomicznej. Samochody na paliwo gazowe można spotkać od Stanów Zjednoczonych po Azję. W Rosji jest bardzo niewiele fabrycznych pojazdów opalanych gazem, najczęściej można znaleźć analogi benzyny przerobione na gaz.

Samochody z takimi alternatywny widok Paliwa takie jak gaz są dobrze produkowane w takich krajach jak Niemcy i Czechy. Wynika to z faktu, że pierwszy ma doskonałą infrastrukturę do tankowania, w drugim planują zastąpić 10% paliwa bardziej ekonomicznymi analogami. Krajem, w którym pojazdy napędzane gazem są już szeroko stosowane, są Włochy. Ponad 779 tys. GBA, krążąc po ogromie tego kraju.