Альтернативные виды топлива для автомобилей

Альтернативные виды топлива для автомобилей

Продукты перегонки нефти идеально подходят для использования в качестве автомобильного топлива: они легко воспламеняются, выделяют огромное количество энергии, процесс их горения легко контролировать. Однако человечеству известно, что нефть является возобновляемым ресурсом, который, к тому же быстро иссякает. Поэтому альтернативные виды топлива является одной из наиболее перспективных разработок современности. Причем речь идет не только об уменьшении объемов добычи нефти, но и о защите окружающей среды, поскольку продукты горения традиционного топлива наносят ей немалый вред. На сегодняшний день уже активно применяется несколько видов альтернативного топлива, а еще они считаются перспективными.

Альтернативні види палива для автомобілів

Изучение альтернативных видов топлива для автомобилей сегодня получает все большее распространение

Содержание

  • Современность
  • Пар
  • Электричество
  • Газ
  • Спирт
  • Будущее
  • Водород
  • Экзотика
  • Прощай, нефть?

Современность

Конечно, очень приятно помечтать об альтернативном топливе, которое полностью изменит жизнь человечества, но заправлять свой автомобиль нужно уже сегодня. И сейчас наука может предложить несколько интересных вариантов. Откуда могут получать энергию автомобили, мы рассмотрим далее.

Пар

Еще до начала продаж этих автомобилей в Европе можно было увидеть паровые повозки, которые предназначались для перевозки тяжелых грузов, а также для развлечения обеспеченных людей. Схема действия такого вида альтернативной энергии до предела проста. После закипания вода постепенно превращается в пар и направляется через заранее подготовленный канал. Она может вращать турбину или приводить в движение специальный плунжер. В последнем случае применяется механизм Ватта, который преобразует поступательное движение в прямолинейное.

Альтернативні види палива для автомобілів

Много кто может посчитать паровой двигатель устаревшим, но не команда энтузиастов из Великобритании. В 2009 году они построили паровой болид с 12 котлами, развивающими 360 лошадиных сил в сумме. Автомобиль достиг скорости 247 км/ч, питаясь смесью мазута с газолином — такой альтернативный источник энергии оказался намного дешевле бензина. Также еще в начале XX века существовали своеобразные «гибриды», которые используют альтернативное топливо — паровая турбина в них вращала генератор, что поставлял электроэнергию для моторов, установленных в колесах. Преимущество парового двигателя заключается в его универсальности — при минимальных доработок агрегат может использовать следующие виды топлива:

  • Бензин, дизель, газ;
  • Дрова, уголь, топливные пеллеты;
  • Мазут, газолин, отходы крекинга нефти.

Электричество

Старая, как сам автомобиль, идея приводить транспортное средство в движение электричеством получила новый виток развития. Преимущества очевидны — не нужно никакого топлива, нет выхлопа, отсутствует опасность возгорания, стоимость эксплуатации машины снижается до минимально возможных сумм. Единственный недостаток заключается в необходимости откуда-то брать альтернативную энергию. Для этого используются достаточно большие батареи, которые сейчас называют единственным препятствием к производству массовых электромобилей.

Альтернативні види палива для автомобілів

Однако наука, занимающаяся альтернативными видами топлива, не стоит на месте — уже давно громоздкие и неэффективные свинцовые или никель-металлгидридные аккумуляторы заменены компактными литий-ионными, подобными тем, что применяются в телефонах и ноутбуках. Кроме того, китайская компания BYD недавно заявила о новый прорыв в альтернативной энергии, представив литий-фосфатные батареи. Емкость их немного меньше, зато ресурс выше в несколько раз, эффект памяти отсутствует, устойчивость к перегреву и воздействию низких температур также на высоте. Ведется доработка гелевых источников питания и источников энергии, способных заменить традиционное топливо в автомобилях — поэтому электромобили могут быть гораздо ближе, чем мы предполагаем.

Альтернативный источник энергии используется также гибридными автомобилями, в которых двигатель внутреннего сгорания дополнен электрическим приводом. Подобная компоновка позволяет экономить топливо даже без доступа к внешнему источнику питания. Если же гибридный автомобиль заряжать от стационарной электросети (схема Plug-in), можно достичь феноменальных результатов. Альтернативная энергия используется и другим видом гибридов, которые находятся ближе к электромобилям. Они называются Extended Range, поскольку двигатель, использующий нефтяное топливо, используется только для подзарядки аккумуляторов в крайнем случае.

Газ

Совсем не обязательно использовать продукты переработки нефти, поскольку существует множество горючих углеводородов, которые могут стать альтернативным видом топлива. Наиболее распространен так называемый нефтяной газ — пропаново-бутановая смесь, которую получают при разработке нефтяных месторождений. Главное преимущество такого источника энергии заключается в относительной дешевизне, а также в возможности быстрого переоборудования мотора. Кроме того, уже давно существует инфраструктура, которая способствует широкому использованию такого альтернативного топлива — заправки, специализированные ремонтные мастерские, магазины газового оборудования.

Несмотря на широкое распространение пропан-бутана в странах СНГ, в Европе и США возлагают надежды на другое альтернативное топливо, представленное природным газом или метаном. Для его использования нужна более серьезная доработка двигателя, однако себестоимость самого топлива меньше. Конечно, при использовании метанового топлива приходится сталкиваться с некоторыми проблемами:

  • Повышенная взрывоопасность;
  • Серьезное снижение мощности двигателя;
  • Ускоренный износ компонентов двигателя;
  • Большие затраты на доработку автомобиля;
  • Немалые размеры баллонов.

Альтернативні види палива для автомобілів

Но инженеры ведущих производителей — Mercedes, Volkswagen, Chevrolet, Chrysler уже смогли приблизить технические характеристики и потребительские качества моторов на метане до пропаново-бутановым агрегатов.

Интересно, что газ можно делать прямо в автомобиле! Во время Великой Отечественной войны страна испытывала острую нехватку нефтяного топлива, что привело к появлению так называемых газогенераторов. В качестве альтернативного топлива использовались дрова, солома, отходы пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства. Они насыпались в катализаторный бак, где происходило брожение биомассы, что сопровождается выделением большого количества метанового топлива. Такое альтернативное топливо используют и некоторые прототипы современных автомобилей, однако расход биомассы пока очень большой, мощность двигателя существенно снижается, а запас хода редко превышает 100 километров.

Спирт

Как известно, широко распространены в быту спирты неплохо поддерживают горение и могут быть топливом, которое используется в различных целях. Почему бы не использовать их в качестве альтернативного источника энергии для автомобилей? Наибольшее распространение топливо на базе этанола получило в Бразилии, а также других странах Латинской Америки — здесь его изготавливают из сахарного тростника, а также древесной биомассы. Примерно четверть коммерческого транспорта в этом регионе использует именно спиртовое альтернативное топливо, что приносит существенную прибыль перевозчикам и снижает зависимость государства от нефти.

В некоторых европейских странах активно продвигается идея использования метилового спирта, который получают из деревьев хвойных пород, нехарактерных для Южной Америки. Такое топливо имеет более высокое октановое число, обходится дешевле в производстве и имеет меньше областей применения, чем этиловый спирт. Подобные виды альтернативного топлива уже давно продаются на заправках — метиловый спирт обозначают буквой М, а этиловый — Е. Однако не следует думать, будто цифры, следующие за буквами, обозначают октановое число топлива — они выражают процентное содержание спирта, тогда как остальная доля приходится на бензин. Следует быть внимательным с альтернативным спиртовым топливом, поскольку для Е100 и М100 двигатель нужно переоборудовать, тогда как для использования Е85 достаточно корректировки угла зажигания, которую инжекторный мотор осуществляет самостоятельно.

Будущее

Сразу стоит сказать, что перечисленные ниже источники топлива пока что не используются в коммерческих целях, поскольку их эффективность оставляет желать лучшего на данном этапе научного развития. Однако специалисты прогнозируют, что к середине века уже 30-40% транспортных средств не будут использовать нефтяное топливо. Какое именно альтернативное топливо получит наибольшее распространение — пока неизвестно, однако мы можем сделать некоторые предположения, внимательно изучив предпочтения каждого.

Водород

Идею использования «гремучего газа» в качестве автомобильного топлива развивали еще в начале XX века. Однако тогда она не получила серьезного распространения, поскольку дешевого способа производства чистого водорода просто не существовало. Теперь же ситуация изменилась, и завод с себестоимостью около 250-400 тысяч долларов может производить недорогое альтернативное топливо с минимальным количеством примесей.

Естественно, сначала возникло предложение сжигать водород по аналогии с углеводородным топливом. Очень много времени у инженеров ушло на то, чтобы сделать реакцию горения контролируемой, а затем они были озадачены равномерной подачей топлива в цилиндры ДВС. Полученный результат удивил экологов выхлопом в виде чистого водяного пара и шокировал инженеров чрезвычайно малой мощностью двигателя. Сейчас двигатели, которые сжигают такое альтернативное топливо, имеют больший КПД, но стоит сказать, что водородная BMW 7 потеряла 200 лошадиных сил мощности, начала тратить на 15 литров больше топлива. Кроме того, для хранения большого объема топлива понадобился криогенный бак, а двигатель нужно было оснастить огромным количеством дополнительного оборудования — в результате цена выросла до 1 миллиона долларов.

Альтернативні види палива для автомобілів

Однако ученые отметили, что при реакции водорода с кислородом, в результате которой создаются молекулы воды, вырабатывается тепло и небольшой заряд электроэнергии. Это открытие помогло создать топливные ячейки, используемые в электромобилях. Однако их заправка оказалась очень сложной — выполнять ее можно только в заводских условиях. Единственным вариантом использования электрохимической энергии альтернативного топлива оказалась полная замена ячеек на заправке. Но пока что сами автомобили и инфраструктура для использования такого вида топлива оказываются непомерно дорогими.

Японские специалисты также предложили использовать в качестве альтернативного топлива для автомобилей обычную воду. Суть заключается в обычном процессе — электролизом ее молекулы расщепляются, в результате чего образуется горючее и чистый кислород. Оба газы используются в процессе горения — получается, что ДВС действительно едет на воде. Однако проблема заключается в необходимости использования дорогостоящего катализатора и достаточно большого запаса электроэнергии в аккумуляторе. Пока прототипы, которые используют воду в качестве альтернативного топлива, могут проезжать не более 50-80 километров с малой скоростью.

Экзотика

Еще одна идея, кажется безумной на первый взгляд, была выдвинута учеными из Индии. Транспортное средство, созданное ими, использует энергию сжатого воздуха! Такое альтернативное топливо не требует никаких вложений — достаточно подключить автомобиль к насосной станции и подождать некоторое время, пока баки не наполнятся. Соответственно, выхлоп отсутствует, затраты на создание инфраструктуры минимальны, да и вес автомобиля получится небольшим.

Однако у такого альтернативного топлива есть свои нюансы — в частности, много кинетической энергии от воздуха получить не удается, поэтому скорость автомобиля ограничивается на уровне 60 км/ч, а пробег 20-40 км. Кроме того, большую часть транспортного средства занимают баллоны, хранящие запас сжатого воздуха. Поэтому серийное производство автомобилей, которые используют подобный источник альтернативной энергии, пока не началось, несмотря на многочисленные обещания.

Альтернативні види палива для автомобілів

Биодизель не получил распространения по объективным причинам

В Европе уже получает широкое распространение производство биодизеля, который представляет собой топливо на основе растительных масел. Однако такое альтернативное топливо приходится получать из рапса — сельскохозяйственной культуры, которая губительно влияет на плодородную почву. Поэтому масштабного будущего у такого источника энергии быть не может. Тем не менее недавно японцы совершили кругосветный пробег на внедорожник Land Cruiser, адаптированном под использование… отработанного масла из ресторанов. Мощность мотора упала втрое, так и на переработку растительного масла требовалось 8 часов, но факт официально признан — использовать рапсовое сырье совсем не обязательно.

О газогенераторах упомянули в Восточной Европе, где традиционно сильно сельскохозяйственное производство. Однако, учитывая низкую эффективность ранних образцов силовых установок, которые использовали этот альтернативный источник энергии, решили применить другую компоновку. В качестве топлива В автомобилях применяются специальные пеллеты, изготовленные из соломы, древесной биомассы и… коровьего навоза. При реакции с недорогим катализатором выделяется достаточно много метана, используется двигателем автомобиля. Однако некоторые проблемы остались прежними — хотя мощность почти не изменилась в сравнении с бензиновым мотором, запас хода сократился, да и заводить двигатель можно только через час после заправки.

До сих пор не утихают споры о том, может ли считаться альтернативным источником энергии миниатюрный ядерный реактор. Создать такую установку несложно — стоит вспомнить автомобиль Ford Nucleon, построенный еще в конце 50-х годов. Однако возникает множество вопросов — самый важный касается герметичности капсулы с радиоактивным альтернативным топливом при серьезных ДТП. К тому же пришлось бы открывать свободный доступ к радиоактивным материалам, что позволило бы террористам легко получать их, создавая угрозу всему человечеству. Хотя расчетный результат, полученный инженерами Ford — машина могла бы проезжать около 10 тысяч километров без дозаправки и развивать скорость до 180 км/ч.

Прощай, нефть?

Непрерывные исследования в области альтернативных видов топлива заставляют специалистов делать все более смелые и уверенные прогнозы относительно уменьшения роли нефти в автомобильной промышленности. Однако мы видим, что пока что единственной альтернативой углеводородов служат газ и спирт, а также электроэнергия, вырабатываемая атомными станциями. Причем все эти варианты имеют свои недостатки и требуют дополнительных доработок. Поэтому, как и прогнозировалось ранее, серьезный технологический прорыв, мы сможем увидеть только в середине века, и лишь в конце века сможем окончательно распрощаться с нефтью.

История автомобилей

Если Вам интересна эта запись, Вы можете следить за ее обсуждением, подписавшись на RSS 2.0 .

Оставить комментарий или два