8.5 Пошук нових видів палива


Поряд з кардинальними рекомендаціями робляться спроби створити присадки і домішки до звичайного палива, які могли б понизити ток­сичність відпрацьованих газів автомобілів.

 

В багатьох країнах світу проводяться дослідження в пошу-ках нового „чистого” антидетонатора для заміни тетраетил-сви­нцю, у відходах якого знаходиться багато дуже шкідливого для людини свинцю.

 

В нашій країні закінчені наукові та експериментальні ро­боти щодо створення нового антидетонатора на марганцевій ос­нові. Така присадка, зі скороченою назвою ЦТМ, в 50 разів менш токсична, ніж тетраетилсви­нець. Крім того в неї є ще одна важлива перевага: ЦТМ, на відміну від свинцевої присадки, не погіршує роботу каталітичних нейтралізаторів відпрацьованих газів. Добавка ЦТМ в кількості 2% підвищує ок­танове число бе­нзину А-80 до 93 одиниць.

 

Для зменшення в складі відпрацьованих газів, головним чином, са­жі в дизельне паливо вносять металевоорганічні з’єд-нання на основі свинцю, міді, нікелю, хрому чи інших  речовин. Навіть в кількості 0,01% до загальної маси палива ці присадки значно понижують дивність відпрацьованих газів, а найкращий результат досягається при їх вмістові в розмірах 0,02...0,25%. Такі присадки вносять на стадії підготовки палива (на нафтопе­регонних заводах).

 

Заслуговує уваги використання водобензинової суміші, яка подається в двигун у вигля­ді тонкої емульсії, що одержується в процесі перемішування з допо­могою невеликих добавок поверх­нево активних речовин. Лабораторні досліди а також практичні дослідження довели реальну можливість ви­користання водобен­зинових сумішей. У відпрацьованих газах вантаж­ного автомо­біля ЗІЛ-441510, який працює на емульсії з вмістом 12% води, було виявлено в 2 рази менше окису вуглецю порівняно з авто-мобі­лем, який працює на чистому бензині. Крім того зафіксо-вана деяка еконо­мія палива а також відсутність нахилу палива до де­тонації, що свідчить про підвищення октанового числа в таких сумішах на 5...10 одиниць проти бензину А-80, з яким прово­дився експеримент. Остання обставина дозволяє підви­щити сту­пінь стиску (паливну економічність) в автомобілях і одночасно відмовитися від використання свинцю як присадки, підвищуючи „чистоту” палива і одночасно економлячи дефі­ци­тний свинець.

 

В пошуках альтернативних видів палива особливо великі роботи ведуться з газовим паливом, синтетичними спиртами, аміаком і воднем.

 

Як газове паливо найбільше розповсюдження одержала су­міш нафто­вих газів – пропану і бутану. Октанове число пропан-бутану переви­щує 100, що дозволяє застосовувати високі сту­пені стиску. Цінною якістю газового палива є його висока еко­логічна чистота.

 

Досліди показали, що двигун, який працює на пропан-бутані, на холостому хо­ді має у відпрацьованих газах в 4 рази менше окису вуглецю, а на робочому режимі – в 10 раз ме­нше, ніж у бензинового.

 

Пристосування автомобілів з бензиновими двигунами, осо­бливо великих, тобто вантажних і автобусів, до газового палива здійснюється порівняно просто. Деяких змін вимагає лише пали­вна система. Голов­не – це встановлення балонів для зрідженого газу, де підтримується тиск біля 1,6 МПа. Якщо автомобіль при­значається для роботи і на бензині, і на газі, то на ньому зберігається звичайний бензиновий бак. Такі автомобілі в межах міста можуть працю­вати на газі, а за його межами – на бензині.

 

Крім стиснутого газу використовується зріджений природний газ. На автомобілі встановлюється кріогенний бак, в якому знаходиться 160 л зрідженого метану з температурою кипіння 160°С. Пробіг ста­новить 300 км.

 

Відпрацьовані гази автомобіля, який використовує зріджений газ, не мають специфічного для бензинового автомобіля неприємного різко­го запаху. Оскільки автомобілі на природному газі за екологічними показниками в 5...6 разів чистіші бензинових чи дизельних, проводить­ся поступове переведення вантажних автомобілів, автобусів, маршрут­них таксі та легкових таксомоторів на природний газ.

 

Нові екологічні умови змусили повернутися до спиртового пали­ва, яке використовувалося в двигунах внутрішнього згорання вже на початку XX ст. Найбільш перспективні – метанол і етанол.

 

Метанол або метиловий спирт отримують з вугілля, сланців, де­ревини і використовують для виробництва пластмас, формаліну та в інших цілях. Він трохи важчий бензину, а енергоємність його в 2 ра­зи менша. Тому для збереження дальності пробігу по паливу бак для метанолу повинен бути в 2 рази більший. Запуск двигуна на чистому метанолі, особливо зимою, утруднений.

 

Важлива якість метанолу полягає в тому, що у відпрацьованих га­зах в 2...З рази менше токсичних компонентів, ніж при використанні бензину.

 

Етанол, чи етиловий спирт, при тій же густині, що і метанол, має енергоємність на 25...30% вищу і, отже, вимагає пропорційно меншої єм­ності паливного бака. Екологічні характеристики етанолу близькі до мета­нолу. Проте  у двигунів, які працюють на етанолі, у відпрацьованих газах ще менше виділяється вуглеводнів.

 

Аміак в звичайних умовах – це токсичний газ з різ­ким запахом. Проте   при його згоранні утворюється тільки один ток­сичний компонент – окис азоту, причому в значно меншій кількості, ніж при згоранні інших  видів вуглеводневого палива. Це пояснюється значно нижчою температу­рою робочого процесу.

 

Для роботи на цьому паливі двигуни повинні бути змінені в зв’яз­ку з необхідністю підвищення ступеню стиску, посилення системи запа­лю­вання і підігрівання робочої суміші у випускному колекторі. Для активіза­ції процесу в деяких дослідах застосовувалось вприскування запалюваль­ного палива, факел якого прискорює запалювання основної аміачної су­міші та її горіння.

 

Водень, з точки зору збереження навколишнього середовища, це іде­альне паливо. Згораючи в чистому кисні, він перетворюється у воду.

 

Якщо його одержувати з води шляхом електролізу, то про­цес замикається: вода-водень-вода. Ресурси цього палива колосальні й постійно відновлюються. Водень може стати універсальним паливом, ось чому його називають па­ливом майбутнього. Для одержання водню можуть бути застосовані різні термохімічні, електрохімічні чи біо­хімічні методи з використанням енергії Сонця, атомних і гідравліч­них електростанцій тощо.

 

Газоподібний, навіть сильно стиснутий водень невигідний, тому що для його зберігання потрібні балони великої маси. Більш реаль­ний варіант – використання рідкого водню, але для цього необхідно встановлювати дорогі кріогенні баки  зі спеціальною термоізоляцією.

 

Можлива ще одна форма зберігання водню – в твердій фазі в скла­ді деяких метало гідридів (наприклад, залізо титанового  чи магнієвого).

 

Водень виділяється з гідриду, якщо його підігрівати, наприклад, відпра-цьованими газами чи гарячою водою з системи охолодження.

 

В нашій країні і за рубежем уже створені експериментальні авто­мобілі, які використовують водень у рідкому вигляді та в складі метало гідридів як основне паливо чи в суміші з бензином. Так, добавка 5...10% водню зменшує витрати палива; при цьому значно скорочують­ся шкідливі викиди.

 

Бензоводнева суміш дозволяє економити на 100 км пробігу більше   5 л дефіцитного бензину. На цьому перспективному пальному здатний працювати принципово новий двигун, створений вченими інституту проб­лем машинобудування АН України. Він обладнаний метало гідридним  аку­мулятором і спеціальною паливною апаратурою. Дослідна партія мікро­автобусів РАФ з новим двигуном випущена в 1984 р.
Водень і паливо на його основі можуть використовуватися і в су­час­них автомобільних двигунах без значних конструктивних змін останніх.

 

При спалюванні бензоводневої суміші немає отруйних відходів. Чис­тий вихлоп автомобілів обумовлений різким збільшенням ступеня зго­рання бензину. Якщо в звичайних умовах частина бензину   не згорає черезнестачу повітря і переходить в продукти неповного згора­ння, в отруйні ре­човини, то водень, виконуючи роль чистильника, пе­ретворює паливно-по­вітряну суміш з величини постійної в змінну з оптимальним співвідношен­ням повітря і палива на тих чи інших режи­мах роботи. Це забезпечує міні­мальну токсичність відпрацьованих газів і максимальну паливну економі­чність двигуна. 10…15%-на добавка водню знижує загальні витрати бен­зину наполовину.