CC BY
39
-□ □-
Розглянуто технiко-технологiчнi ршення, як забезпечують отримання водню на базi використання видновлю-вальних джерел енерги з метою його застосування в якостi моторного пали-ва. Проведено аналiз впливу енерго-еко-логiчних факторiв на конкурентоздат-тсть водню як моторного палива на основi оцтки основних складових жит-тевого циклу автомобшя. Встановлена доцшьтсть використання втроенер-гетичного потенщалу на автономних автозаправних станщях
Ключовi слова: водень, моторне паливо, видновлювальт джерела енерги, життевий цикл автомобшя, енер-
го-екологiчнi фактори
□-□
Рассмотрены технико-технологические решения, которые обеспечивают получение водорода на основе использования возобновляемых источников энергии с целью его применения в качестве моторного топлива. Проведен анализ влияния энерго-экологических факторов на конкурентоспособность водорода как моторного топлива на основе оценки основных составляющих жизненного цикла автомобиля. Установлена целесообразность использования ветроэнергетического потенциала на автономных автозаправочных станциях
Ключевые слова: водород, моторное топливо, возобновляемые источники энергии, жизненный цикл автомобиля,
энерго-екологические факторы -□ □-
УДК 621.43.662.61
| DOI: 10.15587/1729-4061.2014.27657]
ВПЛИВ ЕНЕРГО-ЕКОЛОГ1ЧНИХ ФАКТОР1В НА КОНКУРЕНТОЗДАТН1СТЬ ВОДНЮ ЯК МОТОРНОГО ПАЛИВА(В ТРАНСПОРТНИХ ЕНЕРГОУСТАНОВКАХ)
В. В. Соловей
Доктор техшчних наук, професор, начальник вщдту водневоТ енергетики* E-mail: solovey_v_v@ukr.net Н. В. Внукова
Кандидат географiчних наук, професор Кафедра екологп
Хармвський нацюнальний автомобтьно-дорожнш ушверситет вул. Петровського, 25, м. Хармв, УкраТна, 61002 E-mail:vnukovanv@ukr.net А. В. Гриценко Доктор географiчних наук, професор, директор УкраТнський науково-дослщний шститут еколопчних проблем вул. Бакулша, 6, м. Хармв, УкраТна, 61166 E-mail: director@niiep.kharkov П . М . Ка н i л о Доктор техшчних наук, професор, провщний науковий ствроб^ник* E-mail: pmk@ipmach.kharkov.ua *1нститут проблем машинобудування НацюнальноТ академи наук УкраТни iм. А. М. Пщгорного вул. Дм. Пожарського, 2/10, м. Хармв, УкраТна, 61046
1. Вступ
У зв'язку з тим, що свиовий автомобiльний парк досяг рiвня 1 млрд., i споживае близько половини нафтових палив, практично в« краТни змушенi шу-кати шляхи зниження Тх використання, орiентуючись на замiщення альтернативними енергоносiями. Не менш гостро постае проблема охорони навколишнього середовища при масовiй експлуатацп транспортних установок у мкьких умовах. За останш 5 рокiв викиди автотранспортних засобiв зросли на 14,2 % i склали бiльше нiж 40 % вщ сумарних викидiв в атмосферу вама споживачами палив. Незважаючи на екологiчнi обмеження, що постшно жорсткiшають, при збере-женнi сформовано! на тепер структури автомобiльного парку та незмшност темпiв росту числа автомобШв, викиди шкiдливих речовин до 2020 р. зростуть ще на 30 %. Дослщження з питань сощально-економiчноi оцiнки наслiдкiв забруднення атмосфери свщчать,
що найбiльша частка в можливому збитку належить складовш, котра пов'язана iз впливом забруднення на здоров'я людини. У мегаполiсах ця складова сягае 75-80 % сумарного еколопчного збитку ввд викидiв автотранспорту.
Таким чином, в тепершнш час актуальним стае саме розвиток паливних технологи в автомоб^ьному транспорт^ яки б одночасно дозволили значно покра-щити еколого-економiчнi показники експлуатацii ав-томобШв з використанням альтернативних моторних палив.
2. Аналiз лiтературних даних та постановка проблеми
Еколопчна безпека е одним з визначальних критерь 1в розвитку автотранспортних 3aco6iB (АТЗ) i вимагае глибоких дослвджень. Отриманi результати дослвджен-ня спрямованi на полiпшення стану навколишнього се-
©
редовища, завдяки зменшенню забруднення продуктами згоряння АТЗ i збереженню природних бiосферних комплексiв для майбутнiх поколшь i всього людства.
Аналiз забруднення атмосфери мшт iз iнтенсивним автомобшьним рухом свiдчить про те, що найнебез-печнiшими за ступенем впливу на оргашзм людини е оксиди азоту (N0,) та канцерогеннi вуглеводш (КВ). Тхня частка при оцшщ екологiчноi небезпеки автомо-бiльних двигушв сягае 95 % [1, 2]. Особливо небезпечш iхнi похiднi - штроканцерогенш речовини, що мають, як наслвдок явищ синергiзма, мутагеннi властивост! Одними з основних носiiв канцерогешв i штроканцеро-генiв, що ктотно посилюють iхню агресивнiсть, е дрiб-нодисперснi твердi частинки (ТЧ), як мають вуглецеву основу. Тому в Шмеччиш введено екологiчний рейтинг автомобШв за критерiями, що вiдбивають стутнь шюд-ливого впливу на здоров'я людини окремих складових ввдпрацьованих газiв (ВГ), вiдповiдно до якого перше мкце належить КВ. В зв'язку з цим поставлено завдан-ня перед автотранспортною iнфраструктурою великих мкт скоротити до 2020 р. викиди КВ не менш нiж на 90 % [3]. Аналiз лггературних даних свiдчить про те, що активно йде пошук шляхiв щодо зниження техногенного впливу на оточуюче природне середовище ВГ автомо-бiлiв [4], а також паралельно йде розвиток наукових основ розробки та використання альтернативних джерел енергп, в тому чи^ альтернативних моторних палив. Дощльним стае необхвдшсть узагальнення результатiв комплексних паливно-екологiчних дослвджень двигунiв внутрiшнього згоряння (ДВЗ) за бвропейським iздовим циклом з урахуванням рiвнiв викидiв канцерогенних ш-гредiентiв при використаннi як традицiйних нафтових, так i альтернативних палив. Достатньо великий обсяг наукових праць включае питання пошуку альтернатив-них енергоносiiв [5] в тому чи^ для використання в ДВЗ [6, 7]. Для практичних пiдходiв щодо використання в альтернативних i композитних палив в ДВЗ необхвд-ним стае питання отримання узагальнених показниюв i частковоi участi шкiдливих речовин у еколого-хiмiчнiй небезпецi ДВЗ при використаннi рiзних палив.
Гостро стае питання питомих варткних витрат при використаннi додаткових енергоспв. Цiм питан-ням присвячеш роботи Канавiноi М. А., Сидоренко В. Ф. [8]. Питання тдходу до витрат на етапах жит-тевого циклу [9], питання управлшня життевим циклом запропонованих шновацш та процеав життевого циклу в машинобудуванш включають до себе дослщ-ження змiни питомих вартшних витрат при викори-станнi водню як додаткового енергоноая, але бажано розширити вiдповiдь на це питання з урахуванням ре-сурсiв для отримання водню. Таким чином, проблема, яку автори дослщжують в стаи, е узагальнення теоре-тичних i експериментальних даних з розробки методiв бiльш ефективного спалювання моторних палив i еко-логiчно прийнятого '¿хнього використання у ДВЗ з ви-користанням водню, як вторинного енергоноая, який отримано з урахуванням питомих вартшних витрат за допомогою первинних енергоноспв.
3. Цiль та задачi дослщження
Рiшення поставленоi проблеми потребуе форму-вання цiлей та задач, яю б допомогли вирiшити шля-
хом експериментальних та методолопчних дослщжень наступнi питання:
- розгляд та вид^ення найнебезпечнiших речовин, якi характеризують еколопчну безпеку (небезпеку) автотранспортних засобiв, з точки зору '¿х вмкту в ВГ автомобiлiв;
- проведення експериментальних дослщжень, що практично тдтвердять оцiнку досконалостi i техшч-ного стану автомобШв, яка базуеться, в тому числ^ на iндикаторi сумарноi канцерогенностi автомобiлiв ( мхпар);
- розрахунок питомих вартшних витрат при вико-ристаннi водню, як додаткового енергоноия в авто-транспортi з розгляданням можливост його отримання на основi розглянутих рiзних паливних технологш та використання в композитних паливах в якосп аль-тернативи традицшним моторним паливам.
4. Технологи виробництва водню та експериментальш випробування з використанням бензинових паливних композицш (БВПК)
Перспективним е шлях зниження канцероген-но-мутагенноi небезпеки ДВЗ i зменшення експлу-атацiйноi витрати традицшних нафтових палив за рахунок використання альтернативних палив, вклю-чаючи водень, який можна застосовувати як основне, так i додаткове паливо [10]. Результати дослiджень свiдчать, що iнiцiюючi властивостi водню роблять його надзвичайно ефективним для застосування в автомоб^ьних ДВЗ як додаткового палива, що вь дiграе роль активатора процесу горшня. На рис. 1 наведено даш щодо змши ефективностi спалювання бензоводневих паливних композицш та токсичних характеристик ДВЗ.
ч,- %
19
17
15
13
\ N
11.
\ , / \ \ , \
/ но; \ ~ \ ч 1
0 20 40 60 80 ,
%
Коефщкнт експлуатащйного снижения витраш вуг-леводневого паппва автомобшем (це)
---- Концентрацш оксцвдв азоту )
----- Концентрацш канцерогенних вуглеводгав (с"сн ш )
Рис. 1. Вплив домiшок водню (gH ) на економiчнi (пе) та еколопчш ( с) показники ДВЗ
На основi обробки експериментальних даних, от-риманих при випробуванш автомобiлiв рiзних марок встановлено, що за результатами вимiрiв масових ви-кидiв одного з найбiльш вивчених КВ - бенз(а)шрену (БП) - можна визначити рiвнi викидiв компоненпв прiоритетноi групи полiароматичних вуглеводнiв по-верхнево активних речовин (ПАР) i надати оцiнку
сумарноТ канцерогенност ВГ не роблячи повного xiMi4Horo аналiзу всього спектру ПАР, що являе собою досить складну процедуру. 1нтегральш еко-канцерогеннi показники автомоб^в з ДВЗ значною мiрою визначаються ïx експлуатацiйною паливною економiчнiстю, параметричною стабiльнiстю та якь стю палив, зокрема ïx енергетичними показниками та сшввщношенням в ïx складi вмiсту вуглецю, водню та ароматичних вуглеводшв [11, 12]. Таким чином, на пiдставi аналiзу i узагальненню резуль-татiв чисельних дослiджень шдтверджено, що БП е надiйним показником рiвнiв викидiв прiоритетноï групи канцерогенних вуглеводшв, i може застосо-вуватись як шдикатор сумарноï канцерогенностi ( М£ПАР ) ВГ автомобiлiв зпдно розрахунку за форму-
MT
, = 34,6 ■ m
' " В
M хпар(К) =11,9 ■ m в
Z(mK В1КА) =
(1)
(2)
(3)
де твп - масовий викид i-i речовини з ВГ автомобь ля, г/км; 1КА - iндекс канцерогенно! агресивноси компонентiв прiоритетноi групи КВ, 1КАБП=1.
Випробування легкових автомобiлiв та мжроавто-бусiв з ДВЗ на стендi з бiговими барабанами за мкь-ким Тздовим циклом та подальшою Тх експлуатацiею при використаннi бензоводневих паливних композицш (БВПК) показали ктотне полiпшення Тх економiчних i екологохiмiчних показникiв. Встановлено, що в умовах мкькоТ експлуатацп вказаних транспортних засобiв при використаннi збiднених бензоводневоповiтряних сумшей (частка водню gH2 ^ 10 % мас.) забезпечуеться зменшення витрати нафтового палива до 40 % (за раху-нок замщення бензину воднем i пiдвищення експлуата-цшноТ паливноТ економiчностi автомобiля) та зниження викидiв з ВГ: NOx - в 8 разiв, а канцерогенних вуглевод-нiв(зокрема, БП) - на порядок i бiльше. _
Змша питомих вартiсних витрат ( 8З(п+н2) ) при ви-користаннi водню як додаткового енергоноая, якi ввд-несено до вартостi одиницi маси опочаткового вуглево-дневого палива розраховуеться зпдно рiвняння:
§З(п+н2) = [(a■ gn ■ Цн2 -gn ■ ЦП) +
+Л. (1 " g п ) ■ Ц- Ц п ] / ЦП=
= (а Ц-1) gn +Пе (1 -gn)-1,
(4)
де а=Нпн/Нн2н - вiдношення теплоти згоряння вщ-повiдно основного вуглеводневого палива (П) i водню (H2);gn - еквiвалентна масова частка початкового вуглеводневого палива замщена (за тепловид^ен-ням) додатковим енергоносiем (наприклад, для водню i сучасного бензину g^ = a■ gn « 0,37■ gn);^, Цн2_-варпсть одинищ маси або енергетична варткть ( Ц ) вiдповiдно вуглеводневого палива i водню на мiсцi споживання, грн/кг, грн/ГДж; Ц = ЦНг/ЦП; Пе - ко-ефiцiент експлуатацiйного зниження витрати вуглеводневого палива автомобшем за рахунок тдвищення ефективностi спалювання композитних сумшей (при
змiшаному регулюванш подачi водню в камеру зго-рання ДВЗ на режимах бвропейського Тздового циклу Пе = (1 - gn)).
Результати аналiзу рiвняння (4) свiдчать, що в умовах мiськоï експлуатацiï легкових автомобШв з ДВЗ сумарнi паливнi витрати при використанш збвдне-них бензоводневоповиряних сумiшей з традицiйним iскровим запалюванням, не перевищують вказаних витрат в порiвняннi з бензином при Ц s 3,0 i gn < 0,15. А при Ц s 2,0 i gn = 0,3 рiвень сумарних витрат на паливо зменшуеться на 15 %. Таким чином, додавання водню до збщнених бензоповггряних пальних сумiшей в ДВЗ е економiчно виправданими при iснуючиx щнах на паливо навiть без урахування полшшення ïx еколо-гоxiмiчниx показниюв.
Додатковим стимулом вибору водню як енерго-носiя для автотранспорту е технолопчний прорив, пов'язаний з освоенням паливних елеменпв (ПЕ) як джерела електроенергп для електродвигуна, що вико-ристовуеться для перемщення автомобiля. У цьому випадку автомобШ на базi водню мають б^ьш високу ефективнiсть, тому що ККД паливного елемента сягае 60 % на вщмшу вщ ДВЗ у якого цей показник не пе-ревищуе 30 %. Kрiм того, водневий автомобiль iз ПЕ е високоекологiчним, тому що викидами е пльки водяна пара - слщи мастильних матерiалiв i твердi частинки, що утворюються при зношуванш гальмових колодок i покришок. Тому в рядi краïн бвропи почалося широке застосування водню в легкових автомоб^ях i мiськиx автобусах як основного, так i додаткового енерго-ноая. За даними компанiï L-B-Systemtechnik GMBH (www.h2mobility.org) на тепершнш час налiчуеться бiльше 200 типiв автомобiлiв та автобуав, що працю-ють на водш, при цьому третина з них оснащена ДВЗ, а двi третини - енергоустановками з використанням паливних елеменив.
В основi технологш, що дозволяють одержувати водень, лежать процеси вид^ення водню з воденьвмь щуючих з'еднань на базi фiзико-xiмiчниx перетво-рень або розкладання молекул води. Тому варпсть первинних енергоресурав, що використовуються при одержаннi водню, який е вторинним енергоноием, мае визначальне значення для оцшки дощльност його використання, при проведеннi техшко-еколопчного обгрунтування.
Сучасний рiвень водневих технологш, як реаль зуються зокрема в електроxiмiчниx установках, ство-рених в 1нституп проблем машинобудування Нащ-ональноï академiï наук Украïни iм. А. М. Шдгорного (1ПМаш НАНУ), дозволяе виробляти i накопичувати водень в системах з високим тиском, безпосередньо в умовах водневих заправних станцш i використовувати його в якосп еколопчно чистого палива в автомоб^ь-них двигунах, що знижуе токсичшсть вiдпрацьованиx газiв транспортних засобiв i забезпечуе економiю вуг-леводневих енергетичних ресурсiв [13, 14].
1нтегральна оцiнка повного споживання енергп та супутнix цьому викидiв забруднюючих речовин при рiзниx теxнологiй одержання й використання водню на автомоб^ьному транспорт^ дозволяе отримати даш, щодо оцiнки викидiв не пльки вiд використання палива безпосередньо у двигуш автомобiля, але й по всьому паливному циклу починаючи вщ одержання первинного енергоноая, забезпечення функцюнуван-
ня шфраструктури для виробництва й доставки водню до бака автомобшя, а також з урахуванням витрат, пов'язаних з виробництвом самого транспортного за-собу i його наступною утилiзацieю [15]. Це дае можли-вшть оцiнити повне навантаження на навколишне середовище й пiдiйти до розрахунку сощально-еконо-мiчноï складовоï запропонованих технологш.
Як вiдмiчалось автомобiль на водш з ПЕ е практично чистим технолопчним об'ектом, якщо роз-глядати тiльки стадiю його використання. Однак, при цьому слщ враховувати значш витрати енергiï та вщповщш викиди в навколишне середовище на стадiях видобутку сировини й генерування електро-енергiï для одержання водню. Крiм того, необхiдно додати витрати, що пов'язаш з рiзницею виробництва традицшного й водневого автомобiлiв, тому що кон-струкцiя вузлiв i агрегаив, а також склад матерiалiв, якi використовуються, помiтно розрiзняеться. Ана-лiз результатiв закордонних дослiджень свщчить, що подорожчання водневого автомобiля при виходi на комерцiйне використання оцшюеться в розмiрi близько 20-30 % порiвняного з бензиновим аналогом [16, 17]. Тому для коректного порiвняння ефектив-ностi водневих технологiй варто аналiзувати повнi витрати енергiï на реалiзацiю життевого циклу виро-бу з урахуванням еколопчних факторiв, характерних для кожного з еташв. Результати такого комплексного аналiзу е основою вибору прюритетних напрямкiв iнновацiйноï дiяльностi й розробцi стратегiï розвитку автомоб^ьного транспорту.
5. Аналiз та ощика впливу енерго-екологiчних факторiв на конкурентоздатшсть водню як моторного палива
Враховуючи, що використання вiдновлювальних джерел енергп е прюритетним напрямом енергетич-ноï полiтики розглянемо технiко-економiчнi показ-ники електролiзних технологiй виробництва водню при використанш електроенергiï, яку отримано вщ вiтровоï електростанцiï та електростанци на соняч-них фотоелектричних перетворювачах.
При проведеннi аналiзу були використанi наступ-нi вартшш параметри основних елементiв технолопч-них схем (у тому числ^ розроблених в 1ПМаш НАНУ iм. А. М. Шдгорного - п. 1-3):
1. Електролiзер високого тиску (30,0 МПа) -12000 дол./м3 Н2 [18].
2. Металогiдридний термосорбцiйний водневий компресор - 1000 дол./м3 Н2 [19].
3. Установка по скрапленню водню на базi метало-гвдридного термосорбцiйного водневого компресору -60000 дол./кг Н2 [20].
4. Система збертння водню в стислому виглядi (70,0 МПа) - 2000 дол./кг Н2.
5. Система зберiгання рщкого водню -3000 дол./кг Н2 .
Для зберiгання водню розглянуто технологи його накопичення тд тиском в газоподiбному станi та крио-генний спосiб зберiгання зрiдженого водню. Визначе-но, що при умовах збер^ання водню пiд тиском у газо-подiбному станi обходиться в 5-6 разiв дешевше, нiж при криогенному способу внаслiдок того, що варткть емностей та витрати на компримування водню штотно
нижче сумарних витрат на зрщження, зберiгання водню i його реконденсащю.
Для транспортування стислого водню пропонуеть-ся використовувати вантажш автомобiлi з емностями високого тиску, для зрщженого водню - вантажш ав-томобiлi iз криогенними танками.
Сучаснi технологи виробництва емностей, що пра-цюють тд високим тиском, зокрема з композитних матерiалiв, дозволяють суттево знизити матерiалоем-нiсть балонiв. При виготовленнi таких балошв вико-ристовуеться тонкостiнна металева оболонка (лейнер) з нержавiючоï сталi або алюмiнiю, яка iстотно тд-силюеться оболонкою з композитного матерiалу. У порiвняннi iз суцiльнометалевим питома маса балона знижуеться в 2-3 рази. Компашя «Quntum-Tecstar» розробила для водню металокомпозитш заправнi баки для автомобшьного транспорту на робочий тиск 70 МПа [21], При такому тиску питомий обсяг зберь гання газоподiбного водню наближаеться до питомого обсягу його збертння в рвдкому стань Для транспор-тування газоподiбного водню розроблено конструкцiю автопричепа, основу якого становлять 10 штук сферич-них емностей високого тиску зi сталi 12ХН2МДФ-Ш об'емом 0,9 м3 з робочим тиском 31,3 МПа, як виготов-лено ВАТ «Сумське машинобудiвне наукове виробниче об'еднання iм. Фрунзе». Середнiй обсяг перевезення водню одним вантажним автомобшем становить близько 1400 кг для газоподiбного водню тд тиском i при-близно 1600 кг для рщкого водню. Варпсть доставки водню на ввдстань 1000 км буде становити: для газопо-дiбного водню - 3,0 дол./кг при автомоб^ьних переве-зеннях, i для рiдкого водню - 4,0 дол./кг.
Наступною складовою витрат при використанш водню е витрати на заправлення автомобШв на рвдкому i на газоподiбному водш тд тиском. Каттальш витрати на створення автономноï заправноï станци для стислого водню становлять ~270 тис. дол. США (для зрвдженого водню - 450 тис. дол. США). При термшу служби устат-кування на роздавальнш колонцi для стислого водню 15 р. та 10 р. для зрвдженого газу варпсть водневого палива у споживача зростае на 0,3 дол./кг для стислого водню i на 0,5 дол./кг для рвдкого. Таким чином, шфра-структурш витрати в сумi зб^ьшують варпсть водню (додатково до вартосп його одержання) в бацi авто-мобiля на 0,1-1,5 дол./кг для газоподiбного водню i при-близно на 2,3-3,0 дол./кг для зрщженого, що повшстю виключае його з поля конкурентноздатних технологш в автотранспортнш шфраструктури Для пiдвищення ефективностi використання водню, виготовленого за допомогою вггрових електростанцш (ВЕС) необхiдно суттеве зниження вартосп ВЕС, у першу чергу за ра-хунок складовоï вартосп фотоелектричних перетво-рювачiв.
У табл. 1 наведено результати розрахунку повних витрат енергоресурив, що виникають при викори-станш традицiйних моторних палив i водню, котрий одержують на базi рiзних технологiй його виробництва. Такий комплексний тдхщ дозволяе обгрунтова-но тдшти до економiчноï оцiнки збитюв у результатi використання рiзних водневих технологш на автотранспорт [22].
Як випливае з даних табл. 1 технологи потребують вщ 2700-3700 МДж/1000 км. В той час, як для водневого авто, цей показник не перевищуе 2250 МДж/1000 км.
При цьому безпосередньо в проце« експлуатацп ав-томобiля витрачаеться вiд 40 до 70 % енерговитрат, а iншi розпод^еш приблизно нарiвно мiж витратами на одержання моторних палив та виготовлення авто-мобiля, включаючи матерiали. Сумарш питомi вики-ди СО2 протягом життевого циклу виробу сягають 200-250 кг/1000 км, а шших забруднювачiв - вiд 2,0 кг для дизельного палива та до 2,5 кг для бензину. У випадку використання поновлюваних джерел енергп, (зокрема ВЕС) для одержання водню шляхом елек-тролiзу зазначенi показники становлять 75 %, що свщ-чить про дощльшсть залучення в сферу практичного використання у водневш iнфраструктурi вироенерге-тичного потенцiалу.
Таблиця 1
Оцшка повних витрат енерги та викидiв до атмосфери при використанш рiзних паливних технологiй в автомобтьному транспортi
Тип виробництва Водень (електрол1з ВЕС) Бензин Дизельне паливо
Всього енерпя, МДж/1000 км 2250 3700 2700
Паливний цикл, % 28 17 14
Експлуатащя авто-мобшя, % 41 66 66
Виробництво автомо-бшя та рециклшг, % 31 17 20
Викиди кг/1000 км
CO2 76 23,9 21,5
VOC (volatile organic compounds) 16,6 33,2 23,3
CO 27,2 135,3 84,0
NOx 11,0 22,8 22,2
ТЧ 2,5-10 мкм 12,5 12,2 11,7
ТЧ менш шж 2,5 мкм 4,6 5,1 4,9
У пiдсумку на основi розглянутих технологiй ви-робництва водню i його використання в автотранспорт та з урахування даних щодо оцiнки викидiв у навколишне середовище було отримано значення очiкуваноi вартост 1000 км пробiгу автомобiля за ос-новними ТТ складовими: паливний цикл (виробництво палива, його доставка, збер^ання та заправлення на автозаправш станцп (АЗС); витрати на виробництво автомобшя (вартiсть автомобiля, страхування, обслу-говування, амортизацiя, ремонти та ш.), витрати на здiйснення процедури рециклшгу та витрати на вщ-шкодування екологiчного збитку (оцiнка в грошовому еквiвалентi негативного впливу забруднюючих речо-вин на здоров'я людей при використанш автомоб^я). По мiрi зростання пробку автомобiля в мiських умо-вах внесок екологiчноi складовоТ проявляеться бшьш суттево, що дае додатковi переваги технологи викори-стання водню, як моторного палива (табл. 2).
Як виходить з наведених даних, оцшка повно! вартост 1000 км пробiгу робить водневий автомобшь на газоподiбному водш цiлком конкурентноздатним у порiвняннi з автомобшем з бензиновим двигуном, якщо водень одержують шляхом електролiзу води з використанням енергп ВЕС. У мiру освоення цих технологш варто очжувати вдосконалювання !х тех-нiко-економiчних показникiв, що пiдвищить сощаль-но-економiчну привабливiсть цiеi транспортно! скла-дово! воднево! енергетики.
Таблиця 2
Еколого-економнж показники експлуатацп автомобт1в залежно вщ пробку в мкьких умовах
Паливо Еколопчний збиток при дол1 проб1гу в мюькому цикл^ долар США/1000 км Повш витрати при дол1 проб1гу в мюькому цикл;, долар США/1000 км
50 % 75 % 100 % 50 % 75 % 100 %
Бензин. 3,5 4,1 4,6 34,7 35,3 35,9
Дизельне паливо 3,4 4,0 4,5 30,8 31,4 32,0
Водень (електрол1з вщ ВЕС) 1,8 1,9 2,0 36,2 36,2 36,3
6. Висновки
Авторами було проаналiзовано та вид^ено на ос-новi обробки експериментальних даних, отриманих при випробуванш автомобШв рiзних марок, що за результатами вимiрiв масових викидiв еколого-хiмiчна небезпека (безпека) дослiджених ДВЗ в основному (на 95 % i бiльше) визначаеться рiвнями викидiв з ВГ NOx i канцерогенних вуглеводшв ( зокрема БП).
Встановлено, тсля проведення експериментальних дослiджень, що значиме зниження рiвнiв викидiв N0,
з вiдпрацьованими газами ДВЗ та ктотне (на порядок i бiльше) зниження сумарноТ канцерогенностi ВГ по канцерогенним вуглеводням ДВЗ при використан-нi нафтових палив забезпечуеться введенням домшок водню, а на пiдставi аналiзу i узагальненню результатiв чисельних дослвджень пiдтверджено, що БП е надшним показником рiвнiв викидiв прюритетно'Т групи канцерогенних вуглеводнiв i може застосовуватись як iндикатор сумарноТ канцерогенност ( М2ПАР ) ВГ.
Оцшено повнi витрати енергп та викидiв до атмосфери при використанш домшок водню в вуглеводне-вих паливах як додаткового енергоноия. Проведено оцiнку повних витрат енергп та викидiв до атмосфери при використанш рiзних паливних технологiй в авто-мобiльному транспортi. Разраховано та встановлено, що використання водню як енергоноая для автотранспорту з урахуванням витрат енергп протягом життевого циклу автомоб^я та супутшх Тм викидiв може розглядатися як альтернатива традицшним моторним паливам.
Лiтература
1. Канило, П. М. Проблемы загрязнения атмосферы городов канцерогенно-мутагенными супертоксикантами [Текст] / П. М. Канило, В. В. Соловей, К. В. Костенко // Вестник Харьковского национального автомобильно-дорожного университета. - 2011. - Вып. 52. - С. 47-53.
2. Канило, П. М. Автомобиль и окружающая среда [Текст] / П. М. Канило, И. С. Бей, А. И. Ровенский. - Харьков: Прапор, 2000. - 304 с.
3. Петров, Р. Л. Германия: Экологический рейтинг автомобилей [Текст] / Р. Л. Петров // Автомобшьна промис-ловшть. - 2001. - № 7. - С. 35-39.
4. Канило, П. М. Анализ эффективности использования нефтяных и альтернативных топлив в автомобильном транспорте [Текст] / П. М. Канило, К. В. Костенко, Э. А. Почаи, В. А. Беседина // Автомобильный транспорт. -2010. - Вып. 27. - С. 127-133.
5. Волков, В. С. Уровень развития и перспективы использования альтернативных источников энергии на автомобильном транспорте [Текст] / В. С. Волков, Е. В. Тарасова // Сборник трудов конференций, 2014. - С. 50-53
6. Cammack, R. Hydrogen as a Fuel. Learning from Nature [Text] / R. Cammack, M. Frey, R. Robson. - New York: Taylor and Francis, 2001. - P. 227-230. doi:10.1201/9780203471043
7. Голубев, В. А. Перспективное моторное топливо для дизеля [Текст] / В. А. Голубев, А. П. Уханов // Сборник трудов конференций, 2010. - С. 24-27.
8. Канавина, М. А. Факторы оценки эффективности работы нетрадиционных источников энергии [Текст] / М. А. Канавина, В. Ф. Сидоренко // Сборник трудов конференций, 2004. - С. 98-100.
9. Филиппова, И. А. Управление жизненным циклом инновации [Текст] / И. А. Филиппова // Сборник трудов конференций, 2014. - С. 305-308.
10. Соловей, В. В. Ризики техногенно-еколопчного характеру при експлуатацп об'екпв автотранспортно! шфра-структури [Текст] / В. В. Соловей, А. В. Гриценко, Н. В. Внукова // Экология и промышленность. - 2011. -№ 3 (28). - С. 37-40.
11. Матвеев, С. Г. Влияние химического состава топлива на выброс бенз(а)пирена автомобилями [Текст] / С. Г. Матвеев, М. Ю. Орлов, И. В. Чечет // Вестник Самарского аэрокосмического университета. - 2007. -№ 2(13). - С. 134-136.
12. Rachin, E. Теоретическая оценка канцерогенности полициклических ароматических углеводородов [Текст] / E. Rachin // Bulg. Chem Common. - 1995. - № 5. - С. 353-357.
13. Васильев, А. Й. Використання гелю-та вироенергетичних комплекав для зниження техногенного навантажен-ня в рекреацшних зонах [Текст] / А. Й. Васильев, I. Емр^ М. М. Зшуншков та щ. // Вкник 1нженерно1 академп Украши. - 2014. - Вип. 1. - С. 209-214.
14. Naegeli, D. M. Effects of fuel properties un soot formation in turbine combustion [Text] / D. M. Naegeli, C. A. Moses // Jbid. - 1991. - Vol. 781026. - P. 3-9.
15. Синяк, Ю. В. Прогнозные оценки стоимости водовода в условиях его централизованного производства [Текст] / Ю. В.Синяк, В. Ю.Петров // Проблемы прогнозирования. - 2008. - № 3. - С. 41-48.
16. Taeko, Sano NOx formation in laminar flames [Text] / Sano Taeko // Combustion Science and technjlogy. - 1992. -Vol. 29. - P. 261-275.
17. Caton, J. A. Detailed results for nitric oxide emissions as determined from a multiple - zone cycle simulation for a spark-ignition engine [Text] / J. A. Caton // Proceedings of 2002 Fall Technical Conference of the ASME - ICED (New Orleans, 8-11 Sept. 2002): Sheraton New Orleans, 2002. - P. 1-18. doi: 10.1115/icef2002-491
18. Пат. № 103681 Украши МПК С25В 1/12, С25В 1/03. Пристрш для одержання водню високого тиску [Текст] / Соловей В. В., Шевченко А. А., Котенко А. Л., Макаров О. О. - Опубл. 11.11.2013, Бюл. № 21.
19. Solovey, V. V. Metal hydride thermosorption compressors with improved dynamic characteristics [Text] / V. V. Solovey, Yu. F. Shmal'ko, A. I. Ivanovsky, L. A. Kennedy // Int. J. of Hydrogen Energy. - 1996. - Vol. 21, Issue 11-12. - P. 1053-1055. doi: 10.1016/s0360-3199(96)00041-9
20. Мацевитый, Ю. М. Научные основы создания газотурбинных установок с термохимическим сжатием рабочего тела [Текст] / Ю. М. Мацевитый, В. Н. Голощапов, А. В. Русанов та ш. - НАН Украины, Институт проблем машиностроения. - Киев: Наук. думка, 2011. - 251 с.
21. H2Mobility: Hydrogen Vehicles [Electronic resource] / Available at: http://www.h2mobility.org
22. Петров, В. Ю. Конкурентоспособность водорода как моторного топлива на автомобильном транспорте [Текст] / В. Ю. Петров. - Труды ИНП РАН, 2008. - C. 38-44.
