CC BY
236Х
И
М
И
Ч
Е
С
К
И
Е
ТЕХНОЛОГИИ
УДК 62
Т.Р. Дудукова
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ВИДЫ ТОПЛИВА
В данной научной статье рассматриваются альтернативные виды топлив и их использование. Описывается их влияние на здоровье человека, и насколько они вредны для окружающей среды в использовании.
Также приведено некоторое сравнение альтернативных топлив их недостатки и преимущества, а так же их экологичность.
Ключевые слова: водород, этанол, биотопливо, водяной пар, сжиженный природный газ, жидкий азот.
В последние годы все острее стоит проблема, связанная с добычей и переработкой нефти и газа. Снижение темпов нефтедобычи в ряде стран, включая Россию, и снижение ее рентабельности наблюдается уже сегодня. Все это является первопричиной увеличения стоимости нефтепродуктов и, как следствие, накладывает определенные ограничения на развитие экономик отдельных стран и мировой экономики в целом.
В последнее время большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами.
Водород - самое калорийное горючее. Теплотворная способность молекулярного Н2 в три раза выше, чем бензина, а атомарного водорода в восемь раз выше, чем бензина. Кроме того, при сжигании водорода образуется вода и исключается вредное влияние на окружающую среду. Водород является эффективным аккумулятором энергии. Применение водорода возможно в разнообразных условиях, водород может найти применение в качестве автомобильного топлива в зависимости от многих экологических и экономических факторов, в первую очередь от истощения природных ресурсов, что может дать существенный вклад в мировую энергетику, это весьма актуально в плане диверсификации источников энергии и укрепления энергетической независимости страны. Поэтому усовершенствование автомобильных гидрид-ных систем (как наиболее перспективных), без сомнения, является важной научно-технической задачей.
© Дудукова Т.Р., 2019.
Научный руководитель: Ахмадова Хава Хамидовна - доктор технических наук, профессор, Грозненский государственный нефтяной технический университет им. академика М.Д. Миллионщикова, Росси.
По сравнению с бензином и дизельным топливом водород более эффективен и меньше загрязняет окружающую среду. Взрывоопасность водорода резко снижается с применением специальных присадок (например, добавка 1% пропилена делает Н2 безопасным).
Этанол (С2Н5ОН) - винный, или питьевой спирт, являющийся важнейшим представителем одноатомных спиртов. Эта бесцветная жидкость, которая смешивается в любых соотношениях с водой, спиртами, эфирами, глицерином, бензином и другими органическими растворителями, горит бесцветным пламенем. Этанол, обладая высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом. Его добавляют в бензин, чтобы сократить вредные выбросы. Для получения бензина АИ-95 требуется добавить в бензин АИ-92 около 10% этанола.
Сжиженный природный газ (СПГ) - природный газ, искусственно сжиженный путем охлаждения до -160 °С, для облегчения хранения и транспортировки. СПГ представляет собой бесцветную жидкость без запаха, плотность которой в 2 раза меньше плотности воды, он не совсем экологически чистый продукт, но при его использовании все же меньше вредных выбросов. На 75-99 % состоит из метана. Температура кипения -158...-163 °С. В жидком состоянии не горюч, не токсичен, не агрессивен. Для использования подвергается испарению до исходного состояния. При сгорании паров образуется диоксид углерода и водяной пар.
Сжатый природный газ, используемый в качестве моторного топлива вместо бензина, дизельного топлива и пропана. Он дешевле традиционного топлива, а вызываемый продуктами его сгорания парниковый эффект меньше по сравнению с обычными видами топлива, поэтому он безопаснее для окружающей среды. Компримированный природный газ производят путем сжатия (компримирования) природного газа в компрессорных установках. Хранение и транспортировка компримированного природного газа происходит в специальных накопителях газа под давлением 200-220 бар. Также используется добавление к ком-примированному природному газу биогаза, что позволяет снизить выбросы углерода в атмосферу.
Сжатый природный газ как топливо имеет целый ряд преимуществ
-Метан (основной компонент природного газа) легче воздуха и в случае аварийного разлива он быстро испаряется, в отличие от более тяжелого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва.
-Не токсичен в малых концентрациях;
-Не вызывает коррозии металлов.
-Компримированный природный газ дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит.
-Низкая температура кипения гарантирует полное испарение природного газа при самых низких температурах окружающего воздуха.
-Природный газ сгорает практически полностью и не оставляет копоти, ухудшающей экологию и снижающей КПД. Отводимые дымовые газы не имеют примесей серы и не разрушают металл дымовой трубы.
Биотопливо - это альтернативный вид топлива, который получается в результате переработки биологических отходов или биологического сырья. Существует три вида биотоплива: жидкое, твердое, газообразное.
Кроме этого такое топливо может изготавливаться из разного биологического сырья, к примеру, из навоза, соломы, кукурузы и так далее.
Твердое биотопливо
Твердый тип биотоплива является наиболее часто применяемым в жизни человека. Самый яркий и всем известный пример твердого биотоплива - это, конечно же, дрова, которые используются с незапамятных времен для обогрева помещений и приготовления пищи. Однако на сегодняшний день существуют и другие виды твердого биологического топлива. К примеру, древесные гранулы и пиллеты. Они изготовлены из прессованных опилок, щепок, коры деревьев, соломы и других отходов аграрного хозяйства, таких как: лузга подсолнечника, скорлупа орехов, навоз и так далее.
Такие отходы прессуются и принимают вид гранул цилиндрической формы, которые имеют длину в 10-30 мм, и диаметр 6-10 мм. Биотопливо из опилок и других аграрных отходов чаще всего используются для отопления жилых домов. При этом переработка отходов позволяет сохранять леса, а в отличие от угля, при сжигании биотоплива не выделяются вредные вещества, загрязняющие окружающую среду.
Пиллеты, твердое биотопливо
В России пиллеты уже несколько лет являются достойной альтернативой обычным типам топлива. Они успешно заменяют солярку, уголь и дрова, при этом в отличие от солярки и угля, пиллеты при сгорании не выделяют вредных веществ и практически не дымят. Кроме этого такой вид топлива выделяет больше тепла, чем обычные дрова, благодаря чему пиллеты используются не только для обогрева частных домов, но и в промышленности. Единственным конкурентом пиллет является газ, который подается через
трубопровод. Кончено, если учитывать только стоимость сырья, то отопление на газу стоит в 3-4 раза дешевле. Однако если принять в расчет стоимость нового подключения газового оборудования (согласование проекта, разрешение газовой службы и так далее), то пеллеты выигрывают и здесь.
Жидкое биотопливо
Жидкий вид биотоплива, как правило, используется в автомобилях. К нему можно отнести:
-Биоэтанол (прекрасная альтернатива бензину, хотя и уступает последнему по энергоплотности);
-Биометанол;
-Биобутанол - имеет вид бесцветной жидкости;
-Диметиловый эфир - изготавливается из угля, природного газа либо биомассы;
-Дизельное биотопливо (биодизель);
-Биотопливо второго поколения - изготавливается путем пиролиза биомассы.
Дизельное биотопливо
Биодизель производится из различных видов растительных масел. Для получения такого топлива из растительного масла в первую очередь требуется уменьшить вязкость последнего. Делается это при помощи спирта. Известно, что любое масло состоит из триглицеридов, что означает, что в составе масла имеется глицерин. Именно глицерин и делает масло вязким.
Чтобы вывести (нейтрализовать) глицерин масло подвергается процессу трансэтерификации -устранение глицерина при помощи спирта. В результате такого процесса получается чистое биологическое дизельное топливо. Получившаяся жидкость имеет цвет меда и не должна содержать примесей. Если жидкость, даже немного мутная, это говорит о том, что в ней присутствует вода. Удалить ее можно в процессе нагревания.
Стоит отметить, что дизельное биотопливо крайне не рекомендуется хранить более трех месяцев, так как оно начинает разлагаться и терять свои свойства.
Газообразное биотопливо
К такому типу топлива относятся: биогаз; биоводород; метан.
Такие виды биотоплива получаются в результате брожения биомассы. Процесс добычи биогаза заключается в том, что биомассы содержат смесь метана и углекислого газа. Таким образом, если подвергнуть биомассу воздействию специальных бактерий (метаногенов) произойдет разложение.
Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющимся при его полном сгорании. Основной недостаток природного топлива - его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы образовывались десятки и сотни миллионов лет назад. В тоже время добыча топлива непрерывно увеличивается. Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам - в отличие от органического топлива они непрерывно возобновляются. Вот почему важнейшей проблемой энергетики стала проблема изыскания новых источников энергии. В заключении хочется сказать, что перечисленные альтернативные виды топлив являются экологически намного чище. И пусть даже требуются новые двигатели, новые заправочные станции - это того стоит, ведь от чистоты нашей планеты зависит будущее человечества.
Таблица 1
Сравнение альтернативных видов топлива_
Вид топлива Достоинства Недостатки Оценка экологичности Стоимость по сравнению с бензином или дизелем
Водород Экологичность Высокая температура горения, отсутствие инфраструктуры Высокая Высокая
Этанол Хорошая возгораемость Сложность в использовании зимой, удорожание сельхозпродуктов Средняя Низкая
Сжиженный природный газ Экологичен Трудность транспортировки, высокое давление Средняя Умеренно низкая
Сжатый природный газ Высокий КПД, нетоксичность, экономичность Самая низкая сжимаемость при охлаждении Средняя Умеренно низкая
Биотопливо Высокая экологичность Определенные условия для выращивания, удорожание сельхозпродуктов Высокая Умеренно высокая
Библиографический список
1. Американские инициативы / альтернативное топливо. "Современная АЗС", Июль 2006 г.
2.В. Квинт. Могучая смесь. «Forbes», август 2007 г.
3.Н.Г. Кириллов. Альтернативное моторное топливо из местного сырья. «Энергетика и промышленность России», № 4 (32) апрель 2003 г.
4. Альтернативные виды топлива. URL: http//www.rokf.ru//oddities/3950.html.
5.https://sibac.info/studconf/science/xi/64490
ДУДУКОВА ТАМАРА РУСЛАНОВНА - магистрант, Грозненский государственный нефтяной технический университет имени академика М.Д Миллионщикова, Россия.
