Utilizarea de combustibili ecologici. Lecția „caracteristicile ecologice ale tipurilor de combustibil”

Ţintă: Pentru a forma un concept despre caracteristicile ecologice ale combustibililor.

Sarcini: Educațional - pentru a forma concepte despre tipurile de combustibil,crearea condiţiilor de analiză a avantajelor şi dezavantajelor diferitelor tipuri alternative combustibili pentru automobile ;

În curs de dezvoltare-dezvoltarea capacității de a rezolva în mod independent sarcinile atribuite, interesul cognitiv, capacitatea de a generaliza, analiza, compara, forma competențe cheie;

Educational-formarea de motive, nevoi și obiceiuri de comportament și activități ecologice; educație pentru activitate, entuziasm, determinare, perseverență, observație, calități de voință puternică, intuiție, pricepere, independență.

Echipamente, ajutoare vizuale: prezentare

Tip ocupatie: o lecție de învățare a materialelor noi

Metode de lecție: verbal, vizual, practic.

Rezultat asteptat: cunoaşterea caracteristicilor ecologice ale combustibililor.

Cursul lecției:

1.Atitudine organizațională și psihologică

2. Actualizarea cunoștințelor și abilităților:

Încălzire:

Coabitare reciproc benefică a organismelorSimbioză .

Știință care studiază relația organismelor vii dintre ele și mediul înconjurătorEcologie.

Un organism care este adesea prima verigă a lanțului troficPlantă.

Învelișul de aer al PământuluiAtmosfera.

Un grup de indivizi din aceeași specie, care trăiesc mult timp într-o anumită zonă, relativ separat de reprezentanții aceleiași speciiPopulația.

Comunitatea organismelor viiBiocenoza.

Un organism care atacă, ucide și mănâncă pradaPrădător.

Frunze de pin.Ace

Plantare artificială de-a lungul drumurilor.Centura forestieră

Pădure de conifere.(Bor)

Fructul stejarului.(Ghindă)

Mesteacăn „plângând” primăvara. (flux de suc)

Scut protector al Pământului.(Strat de ozon)

Ceață toxică.(smog)

Ansamblul condițiilor în care trăiește organismul.(Habitat)

Pădure de stejar.(Dubrava)

Metal otrăvitor conținut în gaze de esapament transport rutier.(Conduce)

Întrebări suplimentare:

Diferența dintre agrocenoză și biocenoză

Ce este un ecosistem?

Ce studiază autecologia?

Este atmosfera capabilă de autocurățare? Cum?

Cadrul legal pentru protecția mediului în Republica Kazahstan

Construiți circuitele de alimentare:

Stârc, broască, țânțar(Tânțar - broască - stârc)

Pește, alge marine, urs(Alge - peste - urs)

Grâu - șoricel - bufniță(grâu - șoricel - bufniță)

iepure-iarbă-vulpe (iarbă - iepure - vulpe) slide 1

7.Distribuie: bufniță,jder, broască, păianjen, agilşopârlă, broasca, fluture, fructe verzi, inflorire, scoarta, bacterii, frunze si seminte, ciuperci.slide 2

producatori-

Consumabile-

Reductoare-

3. Formarea de noi cunoștințe și abilități:

Întrebări:

Ce constituenți conțin gazele de eșapament ale automobilelor?

(Un amestec de aproximativ 200 de substanțe. Conțin hidrocarburi - componente nearse sau incomplet arse combustibil)

Cu ce ​​tip de combustibil funcționează marea majoritate a mașinilor moderne? ( mașini cu motoare cu ardere internă care funcționează cu benzină sau motorină derivată din petrol) .

3. Care este motivul pentru care se caută o înlocuire a combustibililor tradiționali cu alții alternativi? ( recenta crestere brusca a preturilor petrolului, cuplata cu ingrijorari cu privire la emisii nocive care produc mașini, poluând atmosfera, a dus la ideea multor guverne și companii auto de a căuta un înlocuitor pentru combustibilul tradițional)

4. Ce este numărul de cetan diesel?

Cifra cetanica - caracteristica de inflamabilitate a motorinei, care determină perioada de întârziere a aprinderii amestecului (intervalul de timp de la injectarea combustibilului în cilindru până la începutul arderii acestuia).

5.Ce de mai jos conținutul de hidrocarburi aromatice „dăunătoare” din combustibil, numărul de cetanic va fi mai mult sau mai puțin ( Mai mult /de mai sus ).

(scop, subiect)

În scurt timp, omul a reușit să facă insuportabile condițiile de viață de pe Pământ. Și depinde doar de el dacă va deveni mai bine sau mai rău pe Pământ. Problema serioasa reprezinta emisia de poluanti in aer de catre vehicule.

În ultimii ani, datorită creșterii densității traficului autovehiculelor în orașe, poluarea atmosferei cu produsele arderii motorului a crescut brusc. Când combustibilii cu hidrocarburi sunt arse, se formează substante toxice asociate cu condițiile de ardere, compoziția și starea amestecului.

Marea majoritate a mașinilor sunt încă mașini cu motoare cu ardere internă care funcționează cu benzină sau motorină obținută din petrol.

Acum, într-o singură zi, uleiul este ars cât poate genera natura cu ajutorul energiei solare într-o mie de ani. Conform previziunilor oamenilor de știință, nu există prea multe rezerve de petrol în lume. Situația actuală nu este un secret. Organizațiile de cercetare din multe țări din lume caută un înlocuitor adecvat pentru combustibilul obținut din rafinarea petrolului. Sarcina este destul de complicată și încă nu există o soluție unică, deși mașinile care funcționează cu combustibili alternativi au fost produse și operate cu succes nu numai în secolul actual, ci și în secolul al XX-lea și chiar în secolul al XIX-lea. Cu toate acestea, recenta creștere bruscă a prețului petrolului, combinată cu îngrijorările legate de creșterea emisiilor nocive de la mașini, poluarea atmosferei (această problemă este deosebit de acută în orașele mari) a determinat multe guverne și companii de automobile să caute un înlocuitor pentru combustibilul tradițional. .

Exercițiu: Descifra A-95.

Sarcina este destul de complicată și încă nu există o soluție unică, deși mașinile care funcționează cu combustibili alternativi au fost produse și operate cu succes nu numai în secolul actual, ci și în secolul al XX-lea și chiar în secolul al XIX-lea. Primul vagon autogestionat alimentat cu gaz din lume „Hippomobil” a fost creat de Jean-Etienne Lenoir în 1862. La noi, în anii 1930, se produceau mașini pe gaz, care erau „alimentate”... cu blocuri de mesteacăn , turbă sau cărbune. Lemn de foc s-a descompus termic la o temperatură relativ scăzută, transformându-se în gaz, care a fost ars în cilindrii motorului. Cunoscuta companie aeriană germană Deutsche Airbus dezvoltă primul aerobuz cu hidrogen lichid din lume.

Exercițiu: Completați tabelul « Indicatori comparativi tipuri diferite combustibili »

vedere

Demnitate

dezavantaje

gazos

Arderea mai completă datorită formării mai bune a amestecului în cilindri,

Toxicitate scăzută a produselor de ardere,

Cost redus și transport gaz

Nivel scăzut de poluare fonică a atmosferei,

Imposibilitatea furtului de combustibil de către personalul de service,

Cost redus al remontării mașinii.

toxicitatea ridicată a combustibilului în sine

explozivitatea ridicată a buteliilor de gaz în caz de accident,

Electricitate

Siguranța mediului(fara gaze de evacuare)

Simplitatea designului

– cost redus al realimentării

– poluare fonică redusă

– ușurință în management, fiabilitate

– operarea unui vehicul electric este mai ieftină decât cea tradițională

– rezerva de putere redusa

– lung timp de incarcare,

– problema de eliminare a bateriei

– lipsa stațiilor de încărcare

– majoritatea centralelor electrice sunt termice, ard combustibil pentru a genera electricitate și componente dăunătoare.

Biocombustibili

– are rezerve nelimitate de materii prime (resurse regenerabile)

– mai putine Substanțe dăunătoareîn gazele de evacuare

– caracteristici ridicate de lubrifiere, ceea ce prelungește durata de viață a motorului

– număr mare de cetanic

Punct de aprindere ridicat

Cost scăzut

– vâscozitatea ridicată a biodieselului, care necesită încălzirea combustibilului la temperaturi scăzute pentru a asigura o fluiditate acceptabilă,

Perioada de valabilitate redusă - aproximativ 3 luni.

Alcool

– neutru ca sursă de gaze cu efect de seră

– cost scăzut

– crește riscul unei creșteri a emisiilor de compuși organici volatili, ceea ce duce la o scădere a concentrației de ozon și o creștere a radiației solare,

– scăzut comparativ cu modele de bază putere

Hidrogen

– arde mai complet

– căldură specifică ridicată de ardere,

– fără evacuare toxică

– poate fi obținut din orice: de la gaze naturale, apă oceanică, biomasă, aer

– are o gamă mult mai largă, în comparație cu benzina, de proporții de amestecare cu aerul, la care amestecul poate fi încă aprins

– tehnologii imperfecte de stocare a hidrogenului

– costul ridicat al hidrogenului,

– un proces complex de producere a hidrogenului la scară industrială, în procesul căruia se eliberează același CO,

– costul ridicat al unei centrale electrice cu hidrogen și complexitatea întreținerii acesteia,

– explozivitatea amestecului hidrogen-aer este absența unei structuri dezvoltate a stațiilor de alimentare cu hidrogen.

Vizionarea unui videoclip

Principala cauză a poluării aerului este arderea incompletă și neuniformă a combustibilului. Doar 15% din el este cheltuit pentru mișcarea mașinii, iar 85% „zboară în vânt”. În plus, camera de ardere a unui motor de mașină este un fel de reactor chimic care sintetizează substanțe toxice și le eliberează în atmosferă. Chiar și azotul nevin din atmosferă, pătrunzând în camera de ardere, se transformă în oxizi de azot otrăvitori.
Principalele substanțe toxice care poluează atmosfera din gazele de eșapament ale motoarelor cu aprindere prin scânteie sunt: ​​monoxidul de carbon, oxizii de azot și hidrocarburile. Un loc special îl ocupă substanțele cancerigene, principalul reprezentant al cărora în gazele de evacuare este benzo (a) pirenul.

Din cauza poluării globale mediu inconjurator plumb, a devenit o componentă omniprezentă a tuturor alimentelor și furajelor pentru plante și animale. Alimentele vegetale conțin în general mai mult plumb decât animalele.

Motivul căderii frunzelor de vară este conținutul ridicat de plumb din aer. Dar prin concentrarea plumbului, copacii purifică astfel aerul. În timpul sezonului de vegetație, un copac neutralizează compușii de plumb conținuti în 130 de litri de benzină. Arțarul este cel mai puțin sensibil la plumb, în ​​timp ce alunul și molidul sunt cele mai sensibile.

Partea copacilor orientată spre autostrăzi este cu 30 - 60% mai metalică. Acele de molid și pin au proprietăți filtru bunîn raport cu plumbul. Îl acumulează și nu îl schimbă cu mediul. Vegetația terestră implică zilnic 70 - 80 de mii de tone de plumb în ciclul biologic

Pentru ca o mașină să fie numită pe bună dreptate ecologică, trebuie să fie un combustibil ecologic. Și gazul îndeplinește această cerință. Utilizarea gazului reduce semnificativ toxicitatea totală a gazelor de eșapament în comparație cu benzina. Cantitatea de monoxid de carbon toxic CO (monoxid de carbon) scade de peste trei ori, conținutul de hidrocarburi CH cancerigene, constând din particule de combustibil nearse, scade de 1,6 ori. Concentrația de oxid de azot NO și dioxid de NO2 formată în timpul arderii unui amestec de oxigen și azot (azotul inofensiv, care intră din atmosferă în camera de ardere, se transformă într-un compus otrăvitor - oxizi de azot), când motorul funcționează pe gaz, scade de 1,2 ori. Compușii de plumb și diferiți polimeri aromatici conținuti în benzină și, de asemenea, agenți cancerigeni periculoși sunt complet absenți din combustibilul gazos.Fumul de evacuare atunci când se lucrează cu combustibil pe gaz este de trei ori mai mic decât atunci când se lucrează cu benzină.

Cercetările au respins înțelepciunea convențională conform căreia folosirea gazului în loc de benzină este o măsură obligatorie. Combustibilul cu gaz arde mai complet, prin urmare concentrația de monoxid de carbon în evacuarea unui motor cu gaz este de câteva ori mai mică. Un vehicul alimentat cu benzină emite dioxid de sulf în atmosferă, care se formează din arderea componentelor de combustibil care conțin sulf și plumb tetraetil. De regulă, nu există sulf în gazul natural și, prin urmare, nu există dioxid de sulf sau compuși de plumb în evacuarea unui motor cu gaz. Din cauza arderii incomplete a combustibilului, gazele de eșapament ale unui motor pe benzină conțin și monoxid de carbon (CO), o substanță toxică pentru oameni. Atât mașinile pe benzină, cât și mașinile pe benzină emit aceeași cantitate de hidrocarburi în atmosferă.Nu hidrocarburile în sine sunt periculoase pentru sănătatea umană, ci produsele oxidării lor.
Un motor care funcționează pe benzină emite substanțe relativ ușor oxidabile - etil și etilenă, iar un motor pe gaz - metan, care dintre toate hidrocarburile saturate este cea mai rezistentă la oxidare. Prin urmare, emisia de hidrocarburi mașină pe benzină mai putin periculos. Gazul ca combustibil pentru motor nu numai că nu este inferior benzinei, dar o depășește și în proprietățile sale, care la nivel chimic distrug părțile camerei de ardere, convertor cataliticși o sondă lambda.

Întrebare: Ce proprietăți ar trebui să aibă un combustibil ideal?

4. Securizarea materialului studiat

Întrebări

Tipul de combustibil este folosit în mașini.Ieftin, prietenos cu mediul, superior în multe proprietăți benzinei, utilizarea acesteia nu necesită modificări în designul mașinii.

Substanță din care se poate obține energie termică cu ajutorul unei anumite reacții.

fizician, chimist și fiziolog italian; a descoperit metanul în studiul gazelor de mlaștină. Unitatea de măsurare a tensiunii electrice poartă numele lui.

Gazul natural comprimat (incolor și inodor) este componenta principală a gazelor naturale. Exploziv, numit adesea „mlaștină”. Are o rezistență mare la detonare - numărul octanic este mai mare de 100 de unități. Când este ars, practic nu lasă produse dăunătoare.

Lichid inflamabil uleios natural, constând dintr-un amestec complex de hidrocarburi și alți compuși organici. Se foloseste pentru a obtine din ea produse valoroase din punct de vedere tehnic, in principal combustibili pentru motoare, solventi, materii prime pentru industria chimica, se prelucreaza.

Combustibil ecologic, produsul arderii acestuia este apa. Generează mai multă căldură decât orice combustibil fosil convențional.

Alcoolul poate fi obținut prin fermentarea biomasei care conține amidon, zahăr sau celuloză. Este folosit ca combustibil, motoarele cu ardere internă în forma sa pură, ca solvent și ca umplutură în termometrele cu alcool.

Semințele oleaginoase sunt folosite ca furaj pentru animale, gunoi verde bun, plantă meliferă excelentă; uleiul acestei culturi este folosit în gătit, în metalurgie pentru călirea oțelului, ca materie primă pentru producerea materialelor elastice și în producția de biocombustibili.

Sursă alternativă de energie pentru mașini. Mașinile care rulau pe această sursă au apărut mult mai devreme decât cele care rulau pe benzină și au fost răspândite la sfârșitul secolului al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea. Nu sunt zgomotoase și nu fumează, spre deosebire de motoarele pe benzină sau cu abur, erau populare în rândul aristocrației.

Un compus organic derivat din hidrocarburi și care conține una sau mai multe grupări OH (hidroxil) într-o moleculă. Formată în timpul fermentației substanțelor zaharoase, în timpul oxidării hidrocarburilor saturate. Recent, rolul său a crescut ca combustibil în motoarele cu ardere internă.

Tipul de combustibil îndeplinește criteriul de disponibilitate și toxicitate scăzută. Nu este utilizat în prezent pe vehicule.

Cea mai importantă proprietate a motorinei este estimată prin indicele cetanic. După indicatorul său, se poate aprecia compoziția cantitativă a componentelor nocive ale CO și CH din gazele diesel produse.

Combustibil complet de înaltă calitate pentru motoarele auto. Răcită la -160 ° Cgaz natural. Principalele sale componente sunt propanul și butanul.

Un amestec combustibil de hidrocarburi ușoare, destinat utilizării ca combustibil pentru motoarele cu carburator și injecție, precum și în producția de parafină, pentru curățarea țesăturilor. Obținut prin distilare și selecția fracțiilor uleioase.

Răspunsuri

1

A

2

l

3

b

4

T

5

e

6

R

7

n

8

A

9

T

10

și

11

v

12

n

13

NS

14

e

5 teme material suplimentar, oferiți exemple de diferite vehicule care funcționează cu combustibili durabili.

6. Rezumatul lecției (reflecție, notare)

Influența decisivă a transportului asupra mediului necesită o atenție deosebită pentru utilizarea de noi combustibili ecologici. Acestea includ, în primul rând, gazul lichefiat sau comprimat.

În practica mondială, gazul natural comprimat care conține cel puțin 85% metan este cel mai utilizat ca combustibil pentru motor.

Utilizarea gazelor petroliere asociate este mai puțin răspândită; care este un amestec de propan și butan în principal. Acest amestec poate fi lichid la temperaturi obișnuite sub presiune de până la 1,6 MPa. Pentru a înlocui 1 litru de benzină, sunt necesari 1,3 litri de gaz petrolier lichefiat, iar eficiența economică a acestuia în ceea ce privește costurile echivalente cu combustibilul este de 1,7 ori mai mică decât cea a gazului comprimat. Trebuie remarcat faptul că gazele naturale, spre deosebire de gazele petroliere, nu sunt toxice.

Analiza arată că utilizarea gazului reduce emisiile de: oxizi de carbon - de 3-4 ori; oxizi de azot - de 1,5-2 ori; hidrocarburi (excluzând metanul) - de 3-5 ori; particule de funingine și dioxid de sulf (fum) ale motoarelor diesel - de 4-6 ori.

Atunci când funcționează cu gaz natural cu un factor de exces de aer de a = 1,1, emisiile de HAP generate în motor în timpul arderii combustibilului și uleiului de lubrifiere (inclusiv benz (a) piren) reprezintă 10% din emisiile atunci când funcționează pe benzină. . Motoarele pe gaz natural îndeplinesc deja toate standardele moderne pentru conținutul de constituenți gazoși și solizi din gazele de eșapament.

O atenție deosebită trebuie acordată emisiilor de hidrocarburi, care suferă oxidare fotochimică în atmosferă sub influența iradierii ultraviolete (accelerată în prezența NO x). Produșii acestor reacții oxidative formează așa-numitul smog. La motoarele pe benzină, etanul și etilena reprezintă cea mai mare parte a emisiilor de hidrocarburi, iar la motoarele pe gaz, metanul. Acest lucru se datorează faptului că această parte a emisiilor motoarelor pe benzină se formează ca urmare a fisurării vaporilor de benzină în partea incombustibilă a amestecului la temperaturi ridicate, iar metanul necombustibil nu suferă nicio transformare în motoarele pe gaz.

Hidrocarburile nesaturate, cum ar fi etilena, sunt cel mai ușor oxidate de radiațiile ultraviolete. Hidrocarburile saturate, inclusiv metanul, sunt mai stabile deoarece necesită radiații mai dure (unde scurte) pentru reacția fotochimică. În spectrul radiației solare, componenta care inițiază oxidarea metanului are o intensitate atât de scăzută în comparație cu inițiatorii oxidării altor hidrocarburi încât practic nu are loc oxidarea metanului. Prin urmare, în standardele de limitare a emisiilor auto într-un număr de țări, hidrocarburile sunt luate în considerare fără metan, deși conversia se realizează pentru metan.

Astfel, în ciuda faptului că cantitatea de hidrocarburi din gazele de eșapament ale motoarelor care utilizează combustibil pentru motoare cu gaz se dovedește a fi aceeași ca la motoarele pe benzină, iar la motorina pe gaz este adesea mai mare, efectul poluării aerului de către aceste componente cu gaz. combustibilul este de câteva ori mai mic decât cu lichid.

De asemenea, este important să rețineți că utilizarea combustibilului pe gaz crește durata de viață a motorului - de 1,4-1,8 ori; durata de viață a bujiilor - de 4 ori și a uleiului de motor - de 1,5-1,8 ori; kilometraj de revizie - de 1,5-2 ori. Acest lucru reduce nivelul de zgomot cu 3-8 dB și timpul de realimentare. Toate acestea asigură o recuperare rapidă a costurilor de conversie a vehiculelor la combustibil GNV.

Atenția specialiștilor este atrasă de problemele de siguranță ale utilizării combustibilului GNV. În general, un amestec exploziv de combustibili gazoși cu aer se formează la concentrații de 1,9-4,5 ori. Cu toate acestea, un anumit pericol este reprezentat de scurgerile de gaz prin conexiuni slăbite. În acest sens, gazul petrolier lichefiat este cel mai periculos deoarece densitatea vaporilor săi este mai mare decât cea a aerului, iar pentru aerul comprimat este mai mică (respectiv, 3: 1,5: 0,5). În consecință, scurgerile de gaz comprimat după părăsirea scurgerilor se ridică și se volatilizează, iar gazul lichefiat - formează acumulări locale și, ca și produsele petroliere lichide, se „varsează”, ceea ce mărește locul incendiului atunci când este aprins.

Pe lângă gazul lichefiat sau comprimat, mulți experți prevăd un viitor mare pentru hidrogenul lichid, ca fiind un combustibil aproape ideal, din punct de vedere al mediului, pentru motor. Până acum câteva decenii, utilizarea hidrogenului lichid ca combustibil părea destul de îndepărtată. În plus, moartea tragică a aeronavei Hindenburt, plină cu hidrogen, în ajunul celui de-al Doilea Război Mondial, a pătat atât de mult reputația publică a „combustibilului viitorului”, încât l-a îndepărtat multă vreme din orice proiecte serioase.

Dezvoltarea rapidă a tehnologiei spațiale a forțat din nou să apeleze la hidrogen, de data aceasta deja lichid, ca combustibil aproape ideal pentru explorarea și dezvoltarea spațiului mondial. Cu toate acestea, problemele complexe de inginerie asociate atât cu proprietățile hidrogenului în sine, cât și cu producția acestuia nu au dispărut. Ca combustibil pentru transport, hidrogenul este mai convenabil și mai sigur de utilizat sub formă lichidă, unde, în termeni de un kilogram, depășește kerosenul de 8,7 ori putere calorică și metanul lichid de 1,7 ori. În același timp, densitatea hidrogenului lichid este mai mică decât cea a kerosenului cu aproape un ordin de mărime, ceea ce necesită rezervoare mult mai mari. În plus, hidrogenul trebuie depozitat la presiunea atmosferică la o temperatură foarte scăzută de 253 de grade Celsius. De aici și necesitatea unei izolații termice adecvate a rezervoarelor, ceea ce presupune și greutate și volum suplimentar. Temperatura ridicată de ardere a hidrogenului duce la formarea unei cantități semnificative de oxizi de azot dăunători pentru mediu dacă aerul este agentul oxidant. Și în sfârșit, notoria problemă de securitate. Rămâne încă serios, deși acum este considerat exagerat. Separat, ar trebui spus despre producția de hidrogen. Aproape singurele materii prime pentru producția de hidrogen sunt astăzi aceiași combustibili fosili: petrol, gaz și cărbune. Prin urmare, o adevărată descoperire în baza mondială de combustibil bazată pe hidrogen poate fi realizată doar printr-o schimbare fundamentală a metodei de producere a acestuia, atunci când materia primă inițială este apa, iar sursa primară de energie este Soarele sau forța de cădere. apă. Hidrogenul este fundamental superior tuturor combustibililor fosili, inclusiv gazelor naturale, în reversibilitatea sa, adică inepuizabilitatea practică. Spre deosebire de combustibilii extrași din pământ, care se pierd iremediabil după ardere, hidrogenul este extras din apă și arde înapoi în apă. Desigur, pentru a obține hidrogen din apă, trebuie să consumați energie și mult mai mult decât poate fi folosit în timpul arderii acesteia. Dar acest lucru nu contează dacă așa-numitele surse de energie primară sunt, la rândul lor, inepuizabile și prietenoase cu mediul.

Un al doilea proiect este în curs de dezvoltare, în care Soarele este folosit ca sursă de energie primară. Se estimează că la latitudini de ± 30-40 de grade, soarele nostru se încălzește de aproximativ 2-3 ori mai mult decât la latitudini mai nordice. Acest lucru se datorează nu numai poziției mai înalte a Soarelui pe cer, ci și grosimii oarecum mai mici a atmosferei din regiunile tropicale ale Pământului. Cu toate acestea, aproape toată această energie este rapid disipată și irosită. Obținerea acestuia cu hidrogen lichid este cel mai natural mod de a acumula energie solară cu livrarea ulterioară a acesteia în regiunile nordice ale planetei. Și nu întâmplător centrul de cercetare, organizat la Stuttgart, poartă numele caracteristic „Hidrogenul solar – sursa de energie a viitorului”. Instalațiile care acumulează lumina soarelui ar trebui să fie amplasate în Sahara, conform proiectului indicat. Căldura cerească concentrată în acest fel va fi folosită pentru a antrena turbinele cu abur care generează electricitate. Alte legături ale schemei sunt aceleași ca în versiunea canadiană, cu singura diferență că hidrogenul lichid este livrat în Europa prin Marea Mediterană. Asemănarea fundamentală a ambelor proiecte, după cum putem vedea, este că sunt ecologice în toate etapele, inclusiv chiar și în transportul de gaz lichefiat pe apă, deoarece cisternele funcționează din nou cu hidrogen. Deja acum, astfel de companii germane de renume mondial precum Linde și Messergrisheim, situate în regiunea München, produc toate echipamentele necesare pentru obținerea, lichefierea și transportul hidrogenului lichid, cu excepția pompelor criogenice. O experiență enormă în utilizarea hidrogenului lichid în tehnologia rachetelor și spațiale a fost acumulată de compania MBB, cu sediul în Munchen și care participă la aproape toate programele prestigioase din Europa de Vest pentru explorarea spațiului. Echipamentele de cercetare și dezvoltare ale companiei în domeniul criogeniei sunt folosite și pe navetele spațiale americane. Cunoscuta companie aeriană germană Deutsche Airbus dezvoltă primul aerobuz cu hidrogen lichid din lume. Pe lângă considerentele de mediu, utilizarea hidrogenului lichid în aviația convențională și supersonică este de preferat din alte motive. Astfel, greutatea la decolare a aeronavei este redusă cu aproximativ 30%, toate celelalte fiind egale. Acest lucru, la rândul său, permite o rulare mai scurtă la decolare și o curbă de decolare mai abruptă. Ca urmare, zgomotul este redus - acesta este flagelul aeroporturilor moderne, adesea situate în zone dens populate. De asemenea, este posibil ca rezistența aeronavei să poată fi redusă prin răcirea puternică a părților din nas care se întâlnesc cu fluxul de aer.

Toate cele de mai sus ne permit să concluzionam că trecerea la combustibilul cu hidrogen, în primul rând în aviație, și apoi în transport terestru va deveni o realitate deja în primii ani ai noului secol. Până în acest moment, problemele tehnice vor fi depășite, neîncrederea în hidrogen ca tip de combustibil prea periculos a fost în sfârșit eliminată și s-a creat infrastructura necesară.

Experți din diferite țări efectuează cercetări privind utilizarea noilor tipuri de combustibili și surse de energie în transportul rutier. Acest lucru se datorează unei creșteri semnificative a numărului de vehiculeși poluarea tot mai mare a mediului.

Cele mai eficiente și promițătoare tipuri de combustibil pentru motor includ gazul natural, hidrogenul, amestecul propan-butan, metanolul etc.

Un combustibil promițător pentru automobile este oricare sursa chimica energie, a cărei utilizare în motoarele de automobile tradiționale sau dezvoltate permite într-o oarecare măsură rezolvarea problemei energetice și reducerea efectului nociv asupra mediului. Pe baza acesteia, sunt formulate cinci condiții de bază pentru perspectivele noilor surse de energie:

disponibilitatea resurselor energetice suficiente;

posibilitatea producției în masă;

compatibilitatea tehnologică și energetică cu centralele de transport;

indicatori toxici și economici acceptabili ai procesului de utilizare a energiei;

siguranța și inofensibilitatea funcționării.

Există mai multe clasificări diferite ale combustibililor promițători pentru automobile. Clasificarea energetică, care se bazează pe puterea calorică a combustibilului tradițional cu carbon lichid, prezintă un mare interes practic.

Combustibilii tradiționali cu hidrocarburi lichide au cea mai mare densitate de energie, astfel încât mașina care rulează pe ea are o dimensiune și o greutate reduse a rezervorului de combustibil și a echipamentului de combustibil și nu necesită un sistem complex de umplere și stocare a combustibilului. Gazele de hidrocarburi și hidrogenul au un conținut de energie de masă mai mare, dar datorită densității lor scăzute, au parametri de energie volumetrici semnificativ mai răi. Prin urmare, utilizarea acestor combustibili este posibilă numai în stare comprimată sau lichefiată, ceea ce în unele cazuri complică semnificativ proiectarea mașinii.

Combustibil cu hidrogen. Așteptări mari fixat pe combustibilul cu hidrogen ca combustibil al viitorului. Acest lucru se datorează performanței sale energetice ridicate, absenței celor mai multe substanțe toxice din produsele de ardere și unei baze de materie primă aproape nelimitată. Cu hidrogenul este asociată dezvoltarea promițătoare a ingineriei energetice.

În ceea ce privește conținutul de energie în masă, hidrogenul depășește de aproximativ 3 ori combustibilii cu hidrocarburi; alcooli - de 5-6 ori. Dar datorită densității sale foarte scăzute, densitatea sa de energie este scăzută. Hidrogenul posedă o serie de proprietăți care îi complică foarte mult utilizarea: se lichefiază la 24K; are o capacitate mare de difuzie; impune solicitări sporite la materialele în contact, explozive. Cu toate acestea, în ciuda acestui fapt, oamenii de știință din multe țări lucrează la crearea de mașini care funcționează cu hidrogen. Numeroase scheme ale posibilei sale utilizări într-o mașină sunt împărțite în două grupe: hidrogen ca combustibil principal și ca aditiv pentru combustibilii moderni. Principala dificultate în utilizarea hidrogenului în stare lichefiată este temperatura sa scăzută. De obicei, hidrogenul lichid este transportat în rezervoare criogenice cu pereți dubli, spațiul dintre care este umplut cu izolație. Pentru operare sigură sunt necesare hidrogen lichid, etanșarea completă a sistemului de alimentare cu combustibil și asigurarea unei reduceri de suprapresiune.

Tehnologia hidrogenului, energia hidrogenului - despre ele se vorbește din ce în ce mai insistent pentru că acest element chimic stă la baza singurului combustibil cunoscut astăzi care nu formează cunoscutul monoxid de carbon în timpul arderii și, prin urmare, este cel mai puțin nociv pentru mediu. Mai mult, rezervele sale în natură sunt practic inepuizabile. Acesta este motivul pentru care de mulți ani s-au încercat utilizarea hidrogenului în motoarele cu ardere internă. În anii 1930, Institutul de Automobile din Moscova, Universitatea Tehnică de Stat Bauman din Moscova și o serie de alte institute au lucrat în această direcție.

În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, ideea de combustibil cu hidrogen a fost folosită practic pentru mașini în forțele de apărare aeriană de pe frontul de la Leningrad.

În anii de după război, academicianul E. A. Chudakov și profesorul I. L. Varshavsky au folosit hidrogen pentru a alimenta un motor cu un singur cilindru în Laboratorul de automobile al Academiei de Științe a URSS. Academicianul V.V. Struminsky și alți cercetători s-au ocupat de această problemă. Cu toate acestea, experimentele nu au atins o amploare largă la acel moment. Au devenit mai relevante și au fost reluate mai târziu. Doar în SUA până în 1976. 15 grupuri de design experimental au efectuat cercetări pe această temă, care au creat 42 de tipuri de motoare „hidrogen”. Căutări similare au fost lansate de oameni de știință din Germania și Japonia.

Un interes atât de mare pentru hidrogen ca combustibil se explică nu numai prin beneficiile sale de mediu, ci și proprietăți fizico-chimice: căldura sa de ardere este de trei ori mai mare decât cea a produselor petroliere, inflamabilitatea amestecului cu aer are limite largi, hidrogenul are o răspândire mare a flăcării și o energie scăzută de aprindere - de 10-12 ori mai mică decât benzina.

În țara noastră, multe centre științifice lucrează activ la utilizarea hidrogenului pentru motoarele de automobile.

Metoda de a obține asta element chimic cu utilizarea așa-numitelor substanțe de stocare a energiei a fost dezvoltat în detaliu de către Institutul de Probleme de Inginerie Mecanică al Academiei de Științe a Ucrainei, care, de asemenea, conduce cercetare de baza procesele de ardere a amestecurilor hidrogen-aer și benz-hidrogen-aer, se dezvoltă diagrame schematice centrala electrică a unei mașini cu diverse metode de stocare a combustibilului nou la bord.

Hidrogenul ca combustibil pentru motor are unele caracteristici specifice datorită proprietăților sale. Limitele largi de inflamabilitate permit un control mai bun asupra cursului procesului de lucru al motorului. Ca rezultat, este posibilă creșterea eficienței la sarcini parțiale - un mod în care un motor de mașină „trăiește” mult timp. Puterea calorică a unui amestec omogen de hidrogen și aer este mai mică decât cea a benzinei. Prin urmare, puterea unui motor care funcționează pe hidrogen, într-o măsură mai mare decât atunci când se folosește benzină, depinde de metoda de formare a amestecului.

Investigațiile privind rezistența la detonare a amestecurilor benzină-hidrogen-aer și hidrogen-aer au arătat că tendința lor de a detona depinde în mare măsură de raportul de aer în exces. Și în acest sens, atunci când se folosește hidrogenul ca combustibil, au fost relevate și alte regularități decât pentru benzină. Studiul funcționării motoarelor care funcționează pe amestecuri hidrogen-aer și benzină-hidrogen-aer a arătat o stabilitate ridicată a procesului de lucru. Comparând limitele de variație a timpului optim de aprindere la funcționarea pe hidrogen și benzină, se poate observa că în primul caz depinde în mod semnificativ de raportul de aer în exces. Când amestecul este îmbogățit, timpul de aprindere cel mai avantajos este redus semnificativ. Prin urmare, atunci când funcționează pe hidrogen, motorul are nevoie de alte ajustări ale acestui parametru.

În cele din urmă, în timpul arderii hidrogenului, gazele de eșapament nu conțin componente atât de nocive precum CO, hidrocarburi, PbO. În evacuare rămâne o singură componentă toxică - NO (și chiar și atunci în cantități mai mici decât atunci când funcționează pe benzină). Când hidrogenul este utilizat ca aditiv, conținutul de componente dăunătoare este redus drastic datorită combustiei complete. În plus, este redusă nevoia de utilizare a aditivilor nocivi de plumb anti-detonare în benzină.

Experimentele au arătat că motoarele cu ardere internă pot funcționa cu succes atât pe hidrogen pur, cât și pe un amestec al acestuia cu vapori de benzină. Este curios că deja un adaos de 10% (pe baza masei de combustibil consumat) de hidrogen poate avea un efect semnificativ, reducând toxicitatea gazelor de eșapament și îmbunătățind performanța economică. Extinde foarte mult gama de inflamabilitate a amestecului, ceea ce creează condiții pentru reglarea eficientă a procesului de ardere. În practică, aceasta înseamnă posibilitatea de funcționare stabilă pe amestecuri foarte slabe benzină-hidrogen-aer cu un raport mare de exces de aer, ceea ce asigură economii semnificative la benzină. Avand in vedere faptul ca motorul in conditii urbane functioneaza pana la 30% din timp La ralanti sau în condiții de încărcare parțială, se pot imagina beneficiile economice ale utilizării hidrogenului. Și funcționarea motorului la rapoarte mari de exces de aer este însoțită de arderea aproape completă a amestecului și, prin urmare, nu există componente toxice în gazele de eșapament. La Institutul de Probleme de Inginerie Mecanică al Academiei de Științe a Ucrainei, au fost deja dezvoltate centrale de automobile care funcționează cu hidrogen. Pentru ei, hidrogenul este obținut din apă (folosind substanțe de stocare a energiei pe bază de oxizi metalici), precum și din hidruri - substanțe capabile să absoarbă hidrogenul la răcire și să-l dea la încălzire.

Este necesar să se lege hidrogenul cu hidruri din motive de siguranță, deoarece atunci când se scurge din cilindri, acesta formează, amestecându-se cu aerul, un amestec exploziv care este foarte inflamabil (amintiți-vă de accidentele frecvente ale aeronavelor cu containere umplute cu hidrogen). Dar mai important este faptul că hidrurile sunt o metodă mai rațională de stocare a hidrogenului la bordul unei mașini în ceea ce privește indicatorii volumetrici.

Schema generală a centralei electrice a combustibilului: combustibilul cu hidrogen, obținut ca urmare a interacțiunii substanțelor de stocare a energiei cu apa, este alimentat de sistemul de alimentare către motor. Puterea motorului este controlată de componentele alimentate în reactor pentru a elibera hidrogenul legat.

Centrala electrica poate fi realizata atat in ciclu deschis cat si in ciclu inchis. În primul caz, la bordul mașinii sunt amplasate doar rezervoare pentru substanțe de stocare a energiei și apă, iar produsele de ardere sunt emise în atmosferă. Într-un ciclu închis, se introduc suplimentar un schimbător de căldură și un condensator, permițând utilizarea vaporilor de apă din gazele de eșapament. Apa care intră în reactor cu substanțe de stocare a energiei servește din nou ca sursă pentru producerea de hidrogen. Deci, într-un ciclu închis, „purtătorul” combustibilului este apa, iar energia sunt substanțe de stocare a energiei. Combustibilul cu hidrogen în ambele cicluri poate fi folosit pur sau ca aditivi (5-10% din greutate). În acest din urmă caz, sistemul de alimentare cu benzină rămâne pe mașină. „Extracția” hidrogenului din apă are loc într-un reactor care conține substanțe de stocare a energiei. Cel mai simplu este un reactor continuu, în care presiunea este menținută prin reglarea alimentării cu componente în zona de reacție.

Procesul de obținere a combustibilului în el nu are loc instantaneu, adică are o anumită inerție. Prin urmare, hidrogenul eliberat în reactor trebuie să fie furnizat motorului printr-un reductor-regulator care menține presiunea optimă în fața duzelor de alimentare.

Mașinile de pasageri în serie „Moskvich” și „VAZ” au fost testate conform metodelor de testare dezvoltate cu utilizarea de substanțe de stocare a energiei pe bază de oxizi metalici, precum și cu utilizarea hidrurilor.

Primul experiment (utilizarea substanțelor de stocare a energiei - mașina Moskvich) - sistemul de alimentare cu benzină a rămas neschimbat. Mașina este echipată cu două reactoare 1, care furnizează hidrogen din apă, și un reductor 5, conceput pentru a măsura alimentarea cu combustibil în diferite moduri de funcționare a motorului.

Reactoarele batch au o încărcătură constantă de substanțe de stocare a energiei pe bază de siliciu sau aluminiu cu o alimentare controlată cu apă. Pompele de înaltă presiune 4, acționate de un motor electric, furnizează apă din rezervor printr-un încălzitor și un filtru către reactor, unde este pulverizată de duze. Sistemul de apă conține supape de reținereîmpiedicând pătrunderea hidrogenului acolo când alimentarea cu apă este oprită. În plus, are un robinet 3, care comută alimentarea cu apă de la un reactor la altul. Toate unitățile din această configurație experimentală sunt montate pe un cadru comun și plasate în portbagaj.

Instalare cu utilizarea substanțelor de stocare a energiei pentru alimentarea motorului cu hidrogen: 1 - reactoare discontinue; 2 - rezervor de apă; 3 - robinet pentru alimentarea cu apă a reactorului; 4 - un bloc de pompe cu acționare electrică; 5 - reductor în sistemul de alimentare cu hidrogen

Hidrogenul din reactoare merge la un robinet instalat pe tabloul de bord, cu care șoferul conectează reactorul de funcționare 1 la sistemul de alimentare cu hidrogen. Acesta din urmă constă dintr-un reductor, un separator de apă, un contor de gaz și un angrenaj de control al alimentării cu hidrogen (controlat de o pedală specială). Combustibilul este injectat în galeria de admisie, chiar înaintea supapei de admisie.

Pentru a funcționa cu hidrogen obținut din hidruri, s-a păstrat și sistemul de alimentare cu benzină și a fost instalat suplimentar un sistem de stocare și alimentare cu hidrogen (mașină VAZ). Este alcătuit dintr-un rezervor de hidrură 1 încălzit cu gazele de eșapament, un reductor cu un regulator de vid pentru toate regimurile 9 al debitului de hidrogen și un mixer 8 realizat pe baza unui carburator în serie. Sistemul reglează automat rata de degajare a hidrogenului prin hidrură (unitate de control 10, presostat 2, amortizor cu acţionare electromagnetică 7 pe conducta de evacuare), menţine constantă, indiferent de modul motor, presiunea hidrogenului în sistem. Rezervorul de hidrură este răcit cu apă în timpul încărcării.

Instalare folosind hidruri: 1 - rezervor de hidrură; 2 - presostat; 3 - supapă de umplere; 4 - conducta de evacuare a rezervorului de hidrură; 5 - toba de eșapament; 6 - rezervor de benzină; 7 - acționare electromagnetică amortizoare; 8 - mixer; 9 - regulator de presiune si consum de hidrogen; 10 - unitate de control electronic

Utilizarea hidrogenului ca combustibil suplimentar pentru motoarele cu carburator deschide posibilitatea unei abordări fundamental noi a organizării procesului de lucru. Cu o modificare minimă a motorului, legată în principal de sistemul de alimentare cu energie, este posibil să se obțină o creștere semnificativă a eficienței combustibilului ( cheltuieli de funcționare benzina este redusă cu 35-40%) și reduce toxicitatea gazelor de eșapament.

Tabelul 13 Toxicitatea gazelor de eșapament,

Emulsii apă-combustibil. Utilizarea apei în procesul de lucru al unui motor cu ardere internă nu este o noutate în ultimii ani. Injecția cu apă a fost folosită pentru a asigura funcționarea motoarelor cu ardere internă pe combustibili cu octanism scăzut încă din anii 1930.

Acum, accentul principal atunci când se folosește apa ca aditiv pentru combustibil este pe posibilitatea de a crește eficiența și de a reduce toxicitatea gazelor de eșapament ale vehiculelor.

Emulsiile apă-combustibil sunt combustibil lichid cu cele mai mici picături de apă distribuite uniform pe volumul de combustibil. Emulsia se prepară direct pe mașină. Pentru a preveni stratificarea emulsiei, se adaugă un emulgator la combustibil într-o cantitate de 0,2-0,5%. Conținutul de apă din emulsia apă-combustibil poate ajunge la 30-40%.

Utilizarea emulsiilor apă-combustibil este posibilă atât într-un carburator, cât și într-un motor diesel. Dar într-un motor cu carburator, utilizarea emulsiilor apă-combustibil într-un număr de cazuri duce la o deteriorare a unor indicatori (în special, eficiența combustibilului), defecțiuni atunci când supapa de accelerație este complet deschisă și întreruperi la conducerea cu viteză mică. Cele mai bune rezultate se obțin prin utilizarea emulsiilor apă-combustibil pe motoarele diesel. Alimentarea cu apă a camerei de ardere asigură o atomizare suplimentară a combustibilului datorită strivirii de către vaporii de apă supraîncălziți. În acest caz, consumul specific de combustibil este redus cu 4-10%.

Adăugarea de apă la combustibil face posibilă reducerea conținutului unor substanțe toxice din gazele de evacuare prin reducerea temperaturilor maxime din camera de ardere, a căror valoare determină cantitatea de NOx. Când se utilizează emulsii apă-combustibil, cantitatea de NOx poate fi redusă cu 40-50%. Fumul gazelor de eșapament este, de asemenea, redus, deoarece funinginea, în prezența vaporilor de apă, interacționează cu acestea formând dioxid de carbon și azot. Eliberarea de CO rămâne practic neschimbată în comparație cu funcționarea unui motor cu ardere internă pe combustibil fără adăugare de apă, iar eliberarea de RNSh crește ușor. Acest tip de combustibil nu a găsit încă o utilizare pe scară largă în transportul rutier, deoarece proiectarea mașinii devine mai complicată, apar o serie de probleme în timpul funcționării în timpul iernii, efectul apei asupra condițiilor de funcționare și durabilității unui motor cu ardere internă are nu a fost suficient studiat.

Alcooli sintetici. Metanolul și etanolul, atât în ​​formă pură, cât și în compoziția amestecurilor multicomponente, au fost folosite ca combustibil pentru motorul cu ardere internă a automobilelor.

Cele mai răspândite mașini care funcționează cu combustibil alcoolic sunt obținute în Brazilia, care importă 80-85% din produse petroliere, plătindu-le în valută. Costurile combustibilului cresc de la an la an și ajung la miliarde de dolari. Prin urmare, țara a fost întâmpinată cu entuziasm, anunțată de președinte în 1975. proiect „alcoolizarea transporturilor”. Rezervoare de combustibil Mașini braziliene sunt umplute cu un amestec de alcool și benzină într-un raport de 1: 4.

În timp, se plănuiește transferul întregului parc de vehicule la utilizarea alcoolului etilic în loc de benzină. Alcoolul se obține din trestie de zahăr (Brazilia este cel mai mare producător mondial al acestei culturi). Se pot obține până la 80 de tone de biomasă de la 1 hectar pe an. Plantațiile, care ocupă 2% din teritoriul țării, vor fi suficiente pentru a satisface nevoia de combustibil nou.

Conform calculelor specialiștilor, 1 litru de alcool costă cu 30-35% mai ieftin decât benzina.

Mexic, a doua cea mai populată țară din America Latină, este gata să urmeze exemplul brazilian. În Statele Unite, există și interes pentru producția de alcool combustibil din lemn, deșeuri agricole și alte deșeuri.

Din punct de vedere energetic, avantajul combustibililor alcoolici este Eficiență ridicată proces de lucru și rezistență ridicată la detonare a combustibilului, dar căldura de ardere a alcoolilor este de aproximativ jumătate față de cea a benzinei. Conținutul scăzut de energie al alcoolilor duce la o creștere a consumului specific de combustibil.

Utilizarea alcoolilor necesită relativ puține modificări în designul mașinii. Principalele măsuri se reduc la creșterea volumului rezervoarelor de combustibil și la instalarea unor dispozitive care asigură o pornire stabilă a motorului în orice vreme. De asemenea, este necesară înlocuirea unor metale și materiale de amortizare, în special căptușeala din plastic a rezervorului de metanol. Acest lucru se datorează activității corozive ridicate a alcoolilor și necesității unei etanșări mai minuțioase a sistemului de alimentare cu combustibil, deoarece metanolul este o otravă neurovasculară. Utilizarea unui amestec de benzometanol propune o serie de alte cerințe specifice. În special, cerințele pentru presiunea vaporilor saturați a benzinei devin din ce în ce mai stricte, deoarece chiar și cu un adaos de 5% de metanol, aceasta crește semnificativ. Pentru a evita stratificarea amestecului, în timpul depozitării, transportului și utilizării acestuia, este necesar să se respecte o anumită temperatură și să împiedice pătrunderea apei în el. Unele materiale sintetice utilizate în sistemele de alimentare cu combustibil și în sisteme auto alimente, s-au dovedit a fi instabile la amestecul de benzometanol. La transferul unei mașini de la benzină la un amestec de benzină, a fost necesar să se schimbe debitului cu jet, în timp ce a crescut ușor cheltuiala totala combustibil. În același timp, s-a constatat că un amestec cu un conținut de metanol de până la 15% nu afectează principalii indicatori tehnici și operaționali ai camioanelor. Performanța ridicată anti-detonare a alcoolilor face posibilă creșterea raportului de compresie al motorului cu ardere internă la 14-15 unități.

Utilizarea combustibililor alcoolici reduce conținutul de substanțe toxice din gazele de eșapament, ceea ce se explică prin temperatura de ardere mai scăzută a combustibilului alcoolic.

De la începutul anilor '70, când situația energetico-ecologică s-a agravat brusc, practic toate țările industrializate au lansat o căutare amplă de surse alternative de energie care să poată înlocui benzina și motorina. Printre combustibili alternativi o atenţie deosebită se acordă hidrogenului: utilizarea lui la motoarele cu ardere internă face posibilă rezolvarea atât a materiei prime cât şi probleme de mediu, și să o facă fără o restructurare radicală baza tehnica clădire modernă de motoare. În special, studiile au arătat că utilizarea hidrogenului ca combustibil principal sau suplimentar pentru motoarele cu aprindere forțată a unei sarcini crește eficiența combustibilului acestora cu 30-40% și reduce drastic toxicitatea gazelor de eșapament, deoarece proprietățile motorului permit motoarelor să operați pe amestecuri slabe cu reglare de înaltă calitate a puterii. În străinătate, lucrările privind crearea motoarelor cu combustie internă „hidrogen” pentru automobile au fost realizate de țările dezvoltate avansate de mult timp și cu destul de mult succes. În special, companie auto Daimler-Benz (Germania) a fabricat autoturisme și autoutilitare pe baza modelelor de serie, ale căror motoare sunt alimentate atât de benzină cu adaos de hidrogen, cât și de hidrogen „pur”. Dintre cele trei metode de stocare a hidrogenului acceptabile pentru autovehicule - comprimat la 20 MPa, lichefiat la o temperatură de 20K sau legat chimic în hidruri metalice - aceasta din urmă a fost folosită pe mașinile experimentale de către Daimler-Benz.

De mulți ani, cercetătorii se străduiesc să găsească o alternativă la benzină ca principal tip de combustibil pentru vehicule. Nu are sens să enumerați motivele de mediu și de resurse - doar leneșul nu vorbește despre toxicitatea gazelor de eșapament. Oamenii de știință găsesc o soluție la problemă în cele mai multe, uneori, tipuri neobișnuite de combustibil. Recycle a ales cel mai mult idei interesante provocând hegemonia combustibilului benzinei.

Biodiesel cu uleiuri vegetale

Biodieselul este un tip de biocombustibil pe bază de uleiuri vegetale, care este utilizat atât sub formă pură, cât și sub formă de amestecuri diferite cu combustibil diesel... Ideea folosirii uleiului vegetal ca combustibil îi aparține lui Rudolf Diesel, care în 1895 a creat primul motor diesel care funcționează cu ulei vegetal.

De regulă, uleiurile de rapiță, floarea soarelui și soia sunt folosite pentru a produce biodiesel. Desigur, uleiurile vegetale în sine nu sunt turnate în rezervorul de benzină ca combustibil. Uleiul vegetal conține grăsimi - esteri ai acizilor grași cu glicerină. În procesul de obținere a „biosolyara” eterii de glicerină distrug și înlocuiesc glicerina (este eliberată ca produs secundar) cu alcooli mai simpli - metanol și, mai rar, etanol. Acesta devine o componentă a biodieselului.

În multe țări europene, precum și în SUA, Japonia și Brazilia, biodieselul a devenit deja o alternativă bună la benzina obișnuită. De exemplu, în Germania, esterul metilic de rapiță este vândut la peste 800 de benzinării. În iulie 2010, în țările UE funcționau 245 de fabrici de biodiesel cu o capacitate totală de 22 de milioane de tone. Analiștii de la Oil World prevăd că până în 2020 ponderea biodieselului în structura combustibilului consumat în Brazilia, Europa, China și India va fi de 20%.

Biodieselul este un combustibil ecologic pentru transport: în comparație cu motorina convențională, aproape că nu conține sulf și, în același timp, este aproape complet biodegradabil. În sol sau apă, microorganismele reciclează 99% din biodiesel în 28 de zile - acest lucru minimizează gradul de poluare a râurilor și lacurilor.

Aer comprimat

Modele de vehicule pneumatice - vehicule care circulă pe aer comprimat- lansat de mai multe companii. La un moment dat, inginerii Peugeot au făcut furori în industria auto, anunțând crearea unui hibrid, în care motorului cu ardere internă se adaugă energia aerului comprimat. Inginerii francezi au sperat că o astfel de dezvoltare va ajuta mașinile mici să reducă consumul de combustibil la 3 litri la 100 km. Experții Peugeot susțin că într-un oraș un hibrid pneumatic poate funcționa cu aer comprimat până la 80% din timp fără a crea un singur miligram de emisii nocive.

Principiul de funcționare al „vehiculului aerian” este destul de simplu: mașina este condusă nu de amestecul de benzină care arde în cilindrii motorului, ci de un flux puternic de aer din cilindru (presiunea în cilindru este de aproximativ 300 de atmosfere). ). Motorul pneumatic transformă energia aerului comprimat în rotația arborilor de osie.

Din păcate, mașinile în întregime pe aer comprimat sau hibrizi aer sunt create în principal în loturi puține - pentru a lucra în condiții specifice și pe spatiu limitat(de exemplu, la locurile de producție care necesită nivel maxim Siguranța privind incendiile). Deși există câteva modele pentru cumpărătorii „standard”.

Microcamionul ecologic Gator de la Engineair este primul vehicul cu aer comprimat din Australia care a intrat în lumea reală exploatare comerciala... El poate fi văzut deja pe străzile din Melbourne. Capacitate de transport - 500 kg, volumul cilindrilor de aer - 105 litri. Kilometrajul unui camion la o benzinărie este de 16 km.

Deseuri

Ce progres s-a atins - unele mașini nu au nevoie de benzină pentru ca motorul să funcționeze, ci deșeurile umane care intră în sistemul de canalizare. Un astfel de miracol al industriei auto a fost creat în Marea Britanie. O mașină a fost lansată pe străzile din Bristol, care folosește ca combustibil metanul din excrementele umane. Modelul prototip a fost Gândacul Volkswagen iar producătorul combustibilului inovator VW Bio-Bug este GENeco. Motorul de procesare a fecalelor instalat pe decapotabilul Volkswagen a făcut posibilă parcurgerea a 15 mii de kilometri.

Invenția lui GENeco a fost rapid numită o descoperire în introducerea tehnologiilor de economisire a energiei și a combustibililor ecologici. Pentru profan, ideea pare suprarealistă, așa că merită explicată: mașina este încărcată, desigur, cu combustibil deja procesat - sub formă de metan gata de utilizare, obținut în prealabil din deșeuri.

În același timp, motorul VW Bio-Bug utilizează două tipuri de combustibil în același timp: mașina pornește de la benzină, dar de îndată ce motorul se încălzește și mașina preia o anumită viteză, alimentarea cu gaz gastric uman. procesat la fabricile GENeco este pornit. Este posibil ca consumatorii să nu observe diferența. Cu toate acestea, principala problemă de marketing rămâne - percepția umană negativă asupra materiilor prime din care se obține biogazul.

Panouri solare

Producția de mașini alimentate cu energie solară este poate cea mai dezvoltată zonă a industriei auto axată pe utilizarea combustibililor ecologici. Mașini pornite alimentat cu energie solara sunt create peste tot în lume și într-o mare varietate de variații. În 1982, inventatorul Hans Tolstrup în mașina solară „Quiet Achiever” a traversat Australia de la vest la est (deși cu o viteză de numai 20 km pe oră).

În septembrie 2014, Stella nu a putut acoperi ruta de la Los Angeles la San Francisco, care este de 560 km. Mașina solară, dezvoltată de un grup de la Universitatea olandeză din Eindhoven, este echipată cu panouri care colectează energie solara, și un pachet de baterii de 60 de kilograme cu o capacitate de șase kilowați-oră. Stella are o viteză medie de 70 km pe oră. În absența razelor solare, rezerva bateriei este suficientă pentru 600 km. În octombrie 2014, studenții din Eindhoven au luat parte cu mașina lor minunată la World Solar Challenge, un miting de 3.000 km în Australia pentru mașini alimentate cu energie solară.

Cea mai rapidă mașină electrică alimentată cu energie solară acest moment este Sunswift, creat de o echipă de studenți de la Universitatea Australiană din New South Wales. La testele din august 2014, această mașină solară a parcurs 500 de kilometri cu o singură încărcare a bateriei la o viteză medie de 100 de kilometri pe oră, ceea ce este uimitor pentru un astfel de vehicul.

Biodiesel deșeuri culinare

În 2011, USDA a colaborat cu Laboratorul Național de Energie Regenerabilă pentru a cerceta combustibili alternativi. Unul dintre rezultatele surprinzătoare a fost concluzia că utilizarea combustibilului biodiesel pe bază de materii prime de origine animală este promițătoare. Biodieselul din grăsimi reziduale nu este încă o tehnologie foarte avansată, dar este deja folosit în țările asiatice.

În fiecare an în Japonia, după prepararea felului de mâncare național, tempura, rămân în urmă aproximativ 400.000 de tone de ulei de gătit uzat. Anterior, era transformat în hrană pentru animale, îngrășăminte și săpun, dar la începutul anilor 1990, japonezii economisiți și-au găsit o altă utilizare, punând pe baza lui producția de motorină vegetală.

În comparație cu benzina, un astfel de tip nestandard de benzinărie emite mai puțin oxid de sulf în atmosferă - Motivul principal ploaia acidă - și reduce cantitatea de alte emisii toxice de eșapament cu două treimi. Pentru a face noul combustibil mai popular, producătorii săi au venit cu o schemă interesantă. Oricine trimite zece loturi de sticle de plastic cu ulei de gătit uzat la uzina RTD are 3,3 metri pătrați de pădure într-una dintre prefecturile japoneze.

Tehnologia într-un asemenea volum nu a ajuns încă în Rusia, dar în zadar: cantitatea anuală de deșeuri din industria alimentară rusă este de 14 milioane de tone, ceea ce din punct de vedere al potențialului său energetic echivalează cu 7 milioane de tone de petrol. În Rusia, deșeurile aruncate cu biomotorină ar acoperi nevoia de transport cu 10 la sută.

Hidrogen lichid

Hidrogenul lichid a fost considerat de mult timp unul dintre principalii combustibili care pot provoca benzina și motorina. Vehicule pe combustibilul cu hidrogen nu sunt neobișnuite, dar din cauza multor factori nu au câștigat o mare popularitate. Deși recent, datorită unui nou val de îngrijorare pentru tehnologiile „verzi”, ideea unui motor cu hidrogen a câștigat noi susținători.

Mai multe marii producatori acum au masini cu motor cu hidrogen... Unul dintre cele mai cunoscute exemple este BMW Hydrogen 7, o mașină cu motor cu ardere internă care poate funcționa atât cu benzină, cât și cu hidrogen lichid. BMW Hydrogen 7 are un rezervor de benzină de 74 de litri și un rezervor de stocare pentru 8 kg de hidrogen lichid.

Astfel, mașina poate folosi ambele tipuri de combustibil în aceeași călătorie: trecerea de la un tip de combustibil la altul este automată, fiind preferat hidrogenul. Același tip de motor este utilizat, de exemplu, în mașina hibridă Aston hidrogen-benzină. Martin rapid S. În acesta, motorul poate funcționa cu ambele tipuri de combustibil, iar comutarea între ele este realizată de un sistem inteligent pentru a optimiza consumul și emisiile de substanțe nocive în atmosferă.

Alți giganți auto, cum ar fi Mazda, Nissan și Toyota, vor dezvolta, de asemenea, hidrogen. Se crede că hidrogenul lichid este prietenos cu mediul, deoarece nu emite poluanți atunci când arde într-un mediu cu oxigen pur.

Alge verzi

Combustibilul din alge este o modalitate exotică de a genera energie pentru o mașină. Considerarea algelor ca biocombustibil a început, în primul rând, în SUA și Japonia.

Japonia nu are o rezerva mare de teren fertil pentru cultivarea rapiței sau a sorgului (care sunt folosite în alte țări pentru obținerea de biocombustibili din uleiuri vegetale). Dar Țara Soarelui Răsare extrage o cantitate imensă de alge verzi. Anterior, erau folosite pentru alimentație, dar acum sunt folosite ca bază pentru realimentarea mașinilor moderne. Nu cu mult timp în urmă în Oraș japonez Pe străzi a apărut Fujisawa, un autobuz de pasageri DeuSEL din Isuzu, care funcționează cu combustibil, din care o parte se obține din alge. Verdele Euglena a devenit unul dintre elementele principale.

Acum aditivii „algelor” reprezintă doar câteva procente din masa totală de combustibil din rezervoarele de transport, dar în viitor producătorul asiatic promite să dezvolte un motor care va folosi biocomponenta la 100 la sută.

În Statele Unite, biocombustibilii pe bază de alge sunt, de asemenea, abordați îndeaproape. Lanțul de stații de alimentare Propel din California de Nord a început să vândă biodiesel Soladiesel tuturor participanților. Combustibilul este obținut din alge prin fermentare și eliberarea ulterioară de hidrocarburi. Inventatorii de biocarburanți promit o reducere cu 20% a emisiilor de dioxid de carbon și o reducere marcată a toxicității în alte privințe.

Guvernul de la Moscova a decis să încredințeze anumite întreprinderi de automobile funcțiile de distribuire a combustibililor ecologici și a surselor de energie în transportul auto al orașului. , care nu este mult diferit de benzină, este mai puțin practic decât combustibilii alternativi.

Întreprinderile au lucrat pe modele deja experimentale de mașini, care sunt adaptate la utilizarea gazului natural comprimat, adică a metanului.

Jumătate din toate mașinile din flota companiei funcționează cu combustibili alternativi.

Până în acest moment, un astfel de echipament nu a fost niciodată folosit în orașele Rusiei, experiența, care acum este acum în mod activ dobândită, permite obținerea cunoștințelor necesare care vor crea condiții pentru extinderea și implementarea inovațiilor în toate regiunile țării. .

În ultimii ani 1960, aproape toate țările foarte dezvoltate aveau un sector energetic care depindea de petrol. tarile vestice, câștigat pentru un set de exporturi ieftine de petrol, un baril i-a costat aproximativ 5 dolari. Ceea ce a dus la destul de mare. 13 ani mai târziu, Organizația Țărilor Arabe Exportatoare de Petrol a impus un embargo asupra importului de petrol în Statele Unite ale Americii, din cauza faptului că în războiul Israelului cu Siria și Egiptul, America de Nord sprijinit Israelul. După acest incident, acele țări care s-au autointitulat foarte dezvoltate, au ajuns la concluzia că actualele planuri economice nu mai sunt eficiente, este urgent să se elaboreze altele noi, ținând cont de tipuri complet diferite de combustibil. Cel mai slab punct s-a dovedit a fi industria transporturilor care foloseau combustibili cu hidrocarburi.

Un alt motiv pentru căutarea unei alternative la petrol a fost faptul că producția acestuia devenea din ce în ce mai scumpă în fiecare an, iar rezervele sale din intestinele pământului erau consumate într-un ritm foarte mare și puteau dispărea cu totul în aproximativ 50 de ani.

Cel mai interesant lucru este că motorul pe gaz nu este deloc o noutate a timpului nostru, deoarece a fost inventat în foarte îndepărtatul secol al XIX-lea, de un inginer din Franța, Lenoir, a funcționat, desigur, pe gaz. În zilele noastre, atunci când folosiți combustibili alternativi în mașini, gazul este cel mai des folosit.

Nu trebuie confundat cu gazul de uz casnic, deoarece la realimentarea unei mașini, benzinăriile folosesc componente speciale propan-butan, acesta este gaz petrolier lichefiat. Utilizarea sa este mai ieftină și mai ecologică decât benzina. Alimentarea mașinilor se efectuează pe complexe speciale pentru realimentarea cu tipuri alternative de combustibil.

Cel mai bun combustibil pentru vehicule.

Gazul natural, metanul, este ceva care ocolește atât benzina, cât și gazul petrolier din punct de vedere al caracteristicilor. De obicei, acestea sunt alimentate de cei care doresc să parcurgă o distanță de două ori mai mare pentru aceiași bani.

Nu provoacă depuneri de carbon, uleiul de motor nu suferă modificări. Mult mai puține daune ale pistoanelor și cilindrilor, performanțe bune ale motorului. Fără depuneri de carbon, uleiul de motor nu se lichefiază. Mai puțină uzură a pistoanelor și cilindrilor, îmbunătățește durata de viață a motorului. Carbonul din ulei, plus funingine, oxidează uleiul, reducând semnificativ proprietățile lubrifiante.

Sunt foarte puține puncte specializate în care poți alimenta fără probleme. Există o rețea de benzinării. Există o mulțime de locuri în care poți alimenta.

Nu necesită nicio prelucrare, este potrivit pentru utilizare în forma sa originală. Un amestec care necesită proporții specifice anotimpurilor. Sunt necesare rafinării de petrol.

Livrarea se efectuează pe căile de transport gaz. Sunt aduse cu tractoare speciale. Pe lângă propan-butan, acesta este livrat la stațiile de alimentare în rezervoare.

Zăcămintele explorate ar trebui să fie suficiente pentru omenire timp de aproximativ 200 de ani. Deoarece gazul este produs din petrol, acesta va dura aproximativ 50 de ani. Produs din petrol, rezerve de cel mult 50 de ani.

Destul de ieftin și necesită puțină investiție. Are un pret mediu. Cost instabil, în sensul că crește doar în fiecare an.

Echipamente scumpe, foarte puțini specialiști. Federația Rusă, montaj și producție, precum și repararea instalațiilor. Costul echipamentului nu este ieftin. Nu este nevoie de hardware suplimentar.

Nu există nicio posibilitate de furt de metan la benzinării sau din rezervoarele auto. Nu poate fi furat din benzinării. Revând ușor.

Aproape nu își schimbă proprietățile odată cu scăderea temperaturii. Proprietățile scad odată cu scăderea temperaturii. Modificări mici ale proprietăților dacă temperatura scade.

Are cea mai înaltă clasă de siguranță 4. Nu foarte sigur, deoarece are doar clasa a 2-a de siguranță. Securitate stabilă, clasa a III-a.

Concluzia sugerează în sine, metanul are doar trei dezavantaje, dacă este echivalat cu alte furci de combustibil. Problemele cu specialiștii sunt ușor de rezolvat, iar costul ridicat al echipamentelor încă se plătește în timp, pentru un set de aceleași economii. Metanul este un combustibil care are cea mai buna performanta printre alte tipuri de combustibili.

Astăzi, metanul poate fi folosit pentru a umple aproape toate mașinile, dar în anii 90, se credea că este destinat camioanelor și autobuzelor. A fost amplasat în cilindri speciali de oțel care puteau rezista la o presiune de 200 de atmosfere. Dar greutatea rezervorului de 100 de kilograme i-a speriat pe șoferi, așa că puțini oameni și-au transferat „fiara” în acest combustibil. Acum la fel ca orice alt combustibil.

Astăzi, cilindrii de oțel au fost înlocuiți cu aliaje compozite mai puțin durabile, fiabilitatea a devenit o victimă a ușurinței, adică a greutății mai mici a cilindrului. Cilindrii, precum oțelul, pot rezista la presiune și la temperaturi ridicate. Explozivitatea este supraestimată, metanul se poate aprinde doar când temperatura ajunge la 600 de grade, în timp ce benzina este la 250, ca să nu mai vorbim de vaporii săi, care sunt suficienți și 170 de grade.

Aplicație în țările europene

Utilizarea pe scară largă crește cu pași uriași. Acum există 10 milioane de mașini aerate. Rusia este lider în furnizarea de combustibil gazos pe piața occidentală.

Fabricile moderne sunt implicate în mod necesar în dezvoltarea și producerea unuia sau a două modele de butelie de gaz Mașini Audi, Honda, Toyota și alții. Toți încep să stabilească producția de mașini.

Beneficiile energetice au fost evaluate de diferite țări, cu situații economice diferite. Mașini capabile să utilizeze combustibil pe gaz pot fi găsite din Statele Unite până în Asia. În Rusia, există foarte puține vehicule din fabrică pe gaz, cel mai adesea puteți găsi analogi de benzină transformați pentru gaz.

Mașini cu așa ceva vedere alternativa combustibilii precum gazul sunt bine produși în țări precum Germania și Republica Cehă. Acest lucru se datorează faptului că primul are o infrastructură excelentă de realimentare, iar al doilea, intenționează să înlocuiască 10% din combustibil cu analogi mai economici. Țara în care vehiculele pe gaz sunt deja utilizate pe scară largă este Italia. Mai mult de 779 de mii de GBA, împingând vastitatea acestei țări.