Постройки 

Альтернативные виды топлива. Разработка экологических чистых топлив Чистое топливо

Многие годы исследователи бьются над поиском альтернативы бензину как основному типа топлива для автотранспорта. Экологические и ресурсные причины нет смысла перечислять - о токсичности выхлопных газов не говорит только ленивый. Решение проблемы ученые находят в самых, порой, необычных видах топлива. Recycle выбрал наиболее интересные идеи, бросающие вызов топливной гегемонии бензина.


Биодизель на растительных маслах

Биодизель - разновидность биотоплива на основе растительных масел, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом. Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит еще Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.

Как правило, для получения биодизеля используют рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Разумеется, сами по себе растительные масла в качестве топлива в бензобак не заливаются. В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биосоляры» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты — метанол и, реже, этанол. Это и становится компонентом биодизеля.

Во многих европейских странах, а также в США, Японии и Бразилии, биодизель уже стал неплохой альтернативой обычному бензину. Так, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.

Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. В почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля — это минимизирует степень загрязнения рек и озёр.


Сжатый воздух

Модели пневмоавтомобилей — машин, ездящих на сжатом воздухе — выпущены уже несколькими компаниями. Инженеры Peugeot в свое время произвели фурор в автомобильной индустрии, заявив о создании гибрида, у которого в помощь к двигателю внутреннего сгорания добавляется энергия сжатого воздуха. Французские инженеры рассчитывали, что такая разработка поможет малолитражкам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Специалисты Peugeot утверждают, что в городе пневмогибрид может до 80% времени передвигаться на сжатом воздухе, не создав ни миллиграмма вредных выбросов.

Принцип работы «воздухомобиля» довольно прост: в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). Пневматический мотор конвертирует энергию сжатого воздуха во вращение полуосей.

К сожалению, машины целиком на сжатом воздухе или air-гибриды создаются, в основном, мизерными партиями — для работы в специфических условиях и на ограниченном пространстве (например, на производственных площадках, требующих максимального уровня пожарной безопасности). Хотя существуют некоторые модели и для «стандартных» покупателей.

Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair - первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию. Его уже можно видеть на улицах Мельбурна. Грузоподъёмность - 500 кг, объём баллонов с воздухом - 105 литров. Пробег грузовичка на одной заправке - 16 км.


Продукты жизнедеятельности

До чего дошел прогресс — некоторым автомобилям для работы двигателя нужен не бензин, а попадающие в канализацию отходы жизнедеятельности человека. Такое чудо автопрома создали в Великобритании. На улицы Бристоля выкатили автомобиль, который использует в качестве топлива метан, выделенный из человеческих экскрементов. Прототипической моделью стал Volkswagen Beetle, а производитель машины VW Bio-Bug на инновационном топливе - компания GENeco. Установленный на кабриолете «Фольксваген» перерабатывающий фекалии двигатель позволил проехать 15 тысяч километров.

Изобретение GENeco поспешили назвать прорывом во внедрении энергосберегающих технологий и экологически чистого топлива. Обывателю идея кажется сюрреалистической, поэтому стоит разъяснить: в автомобиль загружается, конечно, уже переработанное топливо — в виде готового к использованию метана, полученного заблаговременно из отходов жизнедеятельности.

При этом двигатель VW Bio-Bug использует два вида топлива одновременно: машина стартует от бензина, но, как только двигатель прогревается, а автомобиль набирает определенную скорость, включается подача переработанного на заводах GENeco человеческого желудочного газа. Потребители могут даже не заметить разницы. Впрочем, остается главная маркетинговая проблема — человеческое негативное восприятие того сырья, из которого получают биогаз.


Солнечные батареи

Производство автомобилей, питающихся солнечной энергией — пожалуй, самое развитое направление автопрома, ориентированного на использование эко-топлива. Машины на солнечных батареях создаются по всему миру и в самых разных вариациях. Еще в 1982 году изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток (правда, со скоростью всего лишь 20 км в час).

В сентябре 2014 года автомобилю Stella на удалось проехать маршрут от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско, а это 560 км. Солнцемобиль, разработанный группой из голландского Университета Эйндховена, оснащён панелями, собирающими солнечную энергию, и 60-килограммовым блоком батарей ёмкостью шесть киловатт-часов. Stella имеет среднюю скорость 70 км в час. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км. В октябре 2014 года студенты из Эйндховена на своей чудо-машине приняли участие в World Solar Challenge — 3000-километровой ралли по Австралии для машин на солнечных батареях.

Самым скоростным электрокаром на солнечных батареях на данный момент является Sunswift, созданный командой студентов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса. На испытаниях в августе 2014 года этот солнцемобиль на одном заряде аккумулятора преодолел 500 километров с потрясающей для такого транспорта средней скоростью 100 км в час.


Биодизель на кулинарных отходах

В 2011 году Министерство сельского хозяйства США вместе с Национальной лабораторией возобновляемых видов энергии проводило исследование альтернативных типов топлива. Одним из удивительных результатов стал вывод о перспективности использования биодизельного топлива на основе сырья животного происхождения. Биодизель из остатков жиров — технология еще не слишком развитая, но уже используемая в азиатских странах.

Каждый год в Японии после приготовления национального блюда, тэмпура, остается приблизительно 400 тысяч тонн использованного кулинарного жира. Раньше он перерабатывался в корм для животных, удобрения и мыло, однако в начале 1990-х годов экономные японцы нашли ему еще одно применение, наладив на его основе производство растительного дизельного топлива.

По сравнению с бензином такой нестандартный вид автозаправки выделяет в атмосферу меньшее количество окиси серы — главной причины кислотных дождей — и на две трети сокращает количество других ядовитых выбросов выхлопных газов. Чтобы сделать новое топливо более популярным, его производители придумали любопытную схему. Каждому, кто пришлет на завод по выработке РДТ десять партий пластмассовых бутылок с использованным кулинарном жиром, выделяется 3,3 квадратных метра леса в одной из японских префектур.

До России технология в таком объеме еще не дошла, а зря: ежегодное количество отходов российской пищевой промышленности составляет 14 млн тонн, что по своему энергетическому потенциалу эквивалентно 7 млн тонн нефти. В России пущенные на биодизель отходы закрыли бы потребность транспорта на 10 процентов.


Жидкий водород

Жидкий водород уже давно считается одним из главных видов топлива, способных бросить вызов бензину и дизелю. Транспортные средства на водородном топливе не являются редкостью, но в силу многих факторов так и не завоевали широкую популярность. Хотя в последнее время благодаря новой волне озабоченности «зелеными» технологиями идея водородного двигателя приобрела новых сторонников.

Сразу несколько крупных производителей сейчас имеют в своем модельном ряду машины с водородным двигателем. Один из самых известных примеров - BMW Hydrogen 7, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который может работать и на бензине, и на жидком водороде. BMW Hydrogen 7 имеет бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода.

Таким образом, автомобиль может использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение с одного типа горючего на другое происходит автоматически, при этом предпочтение отдается водороду. Таким же типом двигателя оснащен, например, гибридный водородно-бензиновый автомобиль Aston Martin Rapide S. В нем двигатель может работать на обоих видах топлива, а переключение между ними осуществляет интеллектуальная система оптимизации расхода и выбросов вредных веществ в атмосферу.

Водородное топливо собираются осваивать и другие авто-гиганты - Mazda, Nissan и Toyota. Считается, что жидкий водород экологически безопасен, так как при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.


Зеленые водоросли

Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.

Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.

Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.

В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.

Автомобильный транспорт как источник загрязнения окружающей среды. Причины образования токсичных компонентов в отработанных газах ДВС

В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания двигателей. Выпускные газы двигателей внутреннего сгорания (ДВС) состоят в основном из безвредных продуктов сгорания топлива – углекислого газа и паров воды. Однако в относительно небольшом количестве в них содержатся вещества, обладающие токсическим и канцерогенным действием. Это окись углерода, углеводороды различного химического состава, окислы азота, образующиеся в основном при высоких температуре и давлении.

При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси. В двигателях с принудительным воспламенением концентрация окиси углерода достигает больших значений из-за недостатка кислорода для полного окисления топлива при их работе на богатой топливом смеси.

При движении автомобилей в городе и на дорогах с переменным уклоном и часто меняющимися скоростями с включенной передачей и открытой дроссельной заслонкой двигателям приходится около 1/3 путевого времени работать в режиме принудительного холостого хода. На принудительном холостом ходу двигатель не отдает а, напротив, поглощает энергию, накопленную автомобилем. При этом нерационально расходуется топливо, усиленное всасывание которого приводит к наибольшему выбросу токсичных газов СО и СН в атмосферу.

Автомобильные выхлопные газы - смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды-не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива, доля которых резко возрастает, если двигатель работает на малых оборотах или в момент увеличения скорости на старте, т.е. во время заторов и у красного сигнала светофора. Именно в этот момент, когда нажимают на акселератор, выделяется больше всего несгоревших частиц: примерно в 10 раз больше, чем при работе двигателя в нормальном режиме. К несгоревшим газам относят и обычную окись углерода, образующуюся в том или ином количестве повсюду, где что-то сжигают. В выхлопных газах двигателя, работающего на нормальном бензине и при нормальном режиме, содержится в среднем 2,7% оксида углерода. При снижении скорости эта доля увеличивается до 3,9%, а на малом ходу-до 6,9%.

Основными эксплуатационными факторами, влияющими на уровень вредных выбросов двигателей, являются факторы, характеризующие состояние деталей цилиндропоршневой группы (ЦПГ). Повышенный износ деталей ЦПГ и отклонения от их правильной геометрической формы являются причиной увеличения концентрации токсичных компонентов в отработавших газах (ОГ) и картерных газах (КГ).

Базовой деталью ЦПГ, от которой зависит работоспособность и экологичность двигателя, является цилиндр, т. к. герметичность камеры сгорания зависит от уплотняющей способности кольца в сопряжении с цилиндром. От технического состояния цилиндров и поршневых колец главным образом зависит интенсивность роста зазоров между кольцами и канавками поршней. Таким образом, контроль и регулировка зазора между кольцом и цилиндром в процессе эксплуатации являются существенным резервом снижения количества вредных примесей в ОГ и КГ посредством улучшения условий сгорания топлива и снижения количества масла, оставшегося в надпоршневом пространстве.

Токсичными выбросами ДВС являются отработавшие и картерные газы. С ними поступает в атмосферу около 40% токсичных примесей от общего выброса. Содержание углеводородов в отработавших газах зависит от технического состояния и регулировок двигателя и на холостом ходу колеблется от 100 до 5000% и более. При общем небольшом количестве картерных газов равном 2-10% отработавших газов в общем загрязнении атмосферы, доля картерных газов составляет около 10% у мало изношенных двигателей и вырастает до 40% при эксплуатации двигателя с изношенной цилиндропоршневой группой, т.к. концентрация углеводородов в картерных газах в 15-10 раз выше, чем в отработавших двигателя. Количество КГ, а так же их химический состав зависят от состояния деталей ЦПГ, осуществляющих уплотнение камеры сгорания. От величины зазоров между трущимися деталями ЦПГ зависит проникновение газов из цилиндра в картер и обратно. При этом увеличивается доля углеводородов с канцерогенными свойствами из-за повышенного угара масла и увеличенного расхода картерных газов через замкнутую систему вентиляции картера.

К достижению предельного износа двигателя выбросы увеличиваются в среднем на 50%. На примере ускоренных испытаний, проведенных в НАМИ, установлено что износ двигателя увеличивает выбросы ОГ углеводородов в 10 раз. Основная масса двигателей с повышенной дымностью ОГ приходится на двигатели, прошедшие капитальный ремонт.

Степень разуплотнения камеры сгорания зависит от износа деталей ЦПГ, отклонения их макрогеометри от правильной геометрической формы. При увеличении неплотностей камеры сгорания происходит возрастание СО и СН и снижение СО2 в результате ухудшения условий сгорания топлива. Кроме снижения качества организации рабочего процесса, зазоры между кольцом и цилиндром, а также зазоры между кольцом и канавкой поршня приводят к увеличению количества масла, попавшего в надпоршневое пространство, к увеличению отклонения от заданной динамики тепловыделения в процессе сгорания, а, следовательно, - к увеличению общей массы токсических выбросов. Масло составляет 30-40% твёрдых частиц ОГ.

Базовой деталью ЦПГ является цилиндр, от которого зависит экономическая и экологическая целесообразность эксплуатации двигателя. Износ гильз цилиндров имеет выраженную форму овала, большая ось которого расположена в плоскости качания шатуна. Причиной образования овальности цилиндров главным образом является увеличенная нагрузка поршней на гильзы именно в плоскости качания шатунов. На овальность цилиндров влияет также несовершенство технологии сборки блока цилиндров. Изменение макрогеометрии цилиндров (овальности и конусности) после сборки двигателя также приводит к ухудшению прилегания поршневых колец к зеркалу цилиндра. Известно, что при установке гильз в блоки различных марок ДВС, овальность в цилиндрах увеличивается в 2-3 раза.

Очень важно отметить, что характер искажения макрогеометрии гильз цилиндров после сборки и в процессе эксплуатации одинаков для большинства конструкций блоков цилиндров с “мокрыми гильзами”. Большая ось овала цилиндра, образующегося при сборке, в зоне остановки верхнего компрессионного кольца в верхней мёртвой точке поршня имеет такую же направленность, как и большая ось овала, образующегося при эксплуатации. Такой характер деформации цилиндров объясняется большей деформацией блока в местах между расточками под гильзы.

Снижение овальности цилиндров способствует снижению интенсивности износа колец и канавок поршней, что в целом способствует улучшению работы поршневых колец и улучшению уплотнения камеры сгорания. Известно, что замена маслосъёмных колец после выработки предельного ресурса в некоторой степени восстанавливает средний уровень токсичности двигателя. Бесспорно, если при замене колец произвести регулировку овальности цилиндров до уровня предельной величины на изготовление новых гильз, то эффект будет намного значительнее.

Разработка новых способов смешения и растворения и математического описания воздействия соответствующих присадок и добавок в нефтяном топливе позволит значительно сократить время на разработку новых составов альтернативных топлив и предсказания их физико-химических свойств, что позволит довести рабочий процесс двигателя при использовании новых альтернативных топлив.

Анализ отечественной и зарубежной литературы показал, что развитие перехода на новые виды топлива будет проходить три основных этапа. На первом этапе будет использоваться стандартное нефтяное топливо, спирты, добавки водорода и водородсодержащих топлив, газовое топливо и различные их сочетания, что позволит решить проблему частичной экономии нефтяного топлива. Второй этап будет базироваться на производстве синтетических топлив, подобных нефтяным, производимых из угля, горючих сланцев и т.д. На этом этапе решатся проблемы долгосрочного снабжения существующего парка двигателей новыми видами топлива. На заключительном, третьем этапе будет характерен переход к новым видам энергоносителей и энергосиловых установок (работа двигателей на водороде, использование атомной энергии).

Перевод ДВС на водород и водородсодержащее топливо представляет собой сложный социально-экономический процесс, для осуществления которого потребуется крупная перестройка ряда отраслей промышленности, поэтому на первом этапе наиболее приемлемым вариантом является работа дизелей с добавками водородсодержащих топлив. Крайне ограниченные сведения в литературе об особенностях горения углеводородного топлива с добавками водорода и аммиака в дизелях не позволяют однозначно ответить на вопрос о влиянии водородсодержащих топлив на показатели рабочего процесса дизеля.

Также крайне слабо исследован вопрос о применении в дизелях синтетического жидкого топлива (СЖТ), вырабатываемого из угля. Различные литературные данные не позволяют дать однозначную оценку влияния СЖТ на рабочий процесс, в связи с тем, что его физико-химические свойства очень сильно зависят от исходного сырья и технологии переработки.

Наиболее вероятным источником моторного топлива могут служить спирты, однако следует учесть их крайне плохие моторные свойства в случае использования их в дизелях. Применяемые способы использования спиртовых топлив требуют дополнительного усложнения конструкции (установка карбюраторов, свечей зажигания или второй топливной системы), либо удорожания топлива (использование добавок, повышающих цетановое число). Наиболее оптимальным в этой ситуации может служить способ использования растворов этанола или метанола с дизельным топливом в дизелях.

Исследование влияния различных типов альтернативных топлив проводилось для нескольких типов быстроходных дизелей с различными способами смесеобразования, поэтому было необходимо получить как можно более полную информацию о протекании процессов топливоподачи, сгорания, сажеобразования, токсичности и т.д. Поэтому была разработана и внедрена автоматизированная система регистрации и обработки информации на базе ПК. Для этого комплекса был разработан пакет прикладных программ, включающий программу сбора информации с различных датчиков во время испытаний, программы обработки полученных данных по анализу индикаторной диаграммы, результатов оптического индицирования, топливоподачи и обсчета параметров режима.

Для одновременной подачи цикловой порции дизельного топлива и газа в цилиндр автором разработана специальная двухтопливная форсунка, которая дополнялась отдельной магистралью, состоящей из штуцера подвода газа и каналов в корпусе форсунки и распылителя. В канале корпуса форсунки выполнен обратный клапан, прижимаемый к седлу пружиной. В канал распылителя запрессована цилиндрическая вставка с винтовой нарезкой на поверхности, которая образует смесительно-аккумулирующую камеру, соединяющуюся с подъигольной полостью распылителя форсунки.

На базе разработанной форсунки была изготовлена топливная система дизеля, позволяющая подавать различные виды газообразных добавок к топливу.

Наиболее эффективно проводить рассмотрение особенностей рабочего процесса при использовании альтернативных топлив, обладая информацией о пространственном распределении полей концентрации сажи и температуры. На сегодняшний день существует в основном двухмерное представление температурно-концентрационной неоднородности в цилиндре дизеля. В результате была поставлена задача экспериментального исследования пространственного распределения полей температуры и концентраций сажи. В работе использовалось оригинальное экспериментальное оборудование для определения массовой концентрации сажи, основанное на оптическом индицировании цилиндров, и программно реализованные методики определения температурных полей.

Расчетные исследования растворимости газа (водорода, аммиака и др.) основывались на следующих предположениях: во-первых -процесс растворения идет в смесительно-аккумулирующей камере и распылителе форсунки; во-вторых - растворение протекает в соответствии с моделью обновления поверхности, т.е. поверхность контакта топлива с газом обновляется с частотой, равной частоте колебания давления топлива в нагнетательном трубопроводе высокого давления.

Одним из путей преодоления трудностей приготовления смесей дизельного топлива с альтернативными является применение третьего компонента - совместного растворителя дизельного топлива и спирта. Совместный растворитель должен иметь свойства дизельного топлива и спирта, т.е. его молекула должна иметь как полярные свойства, так и алифатическую составляющую для образования связей с углеводородами.

Попытки использования водорода в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания известны достаточно давно. Так, например, в двадцатые годы исследовали вариант использования водорода как добавки к основному топливу для двигателей внутреннего сгорания дирижаблей, что давало возможность увеличить дальность их полета.

Использование водорода в качестве топлива для ДВС представляет собой комплексную проблему, которая включает обширный круг вопросов:

Возможность перевода на водород современных двигателей;

Изучение рабочего процесса двигателей при работе на водороде;

Определение оптимальных способов регулирования рабочего процесса обеспечивающих минимальную токсичность и максимальную топливную экономичность;

Разработку системы топливоподачи обеспечивающую организацию эффективного рабочего процесса в цилиндрах ДВС;

Разработку эффективных способов хранения водорода на борту транспорта;

Обеспечение экологической эффективности применения водорода для ДВС;

Обеспечение возможности заправки и аккумулирования водорода для двигателей.

Решение этих вопросов имеет вариантный уровень, однако, общее состояние исследований по этой проблеме можно рассматривать, как реальную базу для практического применения водорода. Подтверждением этому являются практические испытания, исследования вариантных двигателей работающих на водороде. Так, например, фирма "Mazda" делает ставку на водородный роторно-поршневой двигатель.

Исследования в этой области отличаются широким спектром вариантов использования водорода для двигателей внешнего и внутреннего смесеобразования, при использовании водорода в качестве присадки, частично замещая топливо водородом, и работе двигателя только на водороде.

Обширный перечень исследований определяет необходимость их систематизации и критического анализа. Использование водорода известно в двигателях, работающих на традиционных топливах нефтяного происхождения, а также в сочетании с альтернативными топливами. Так, например, со спиртами (этиловый, метиловый) или с природным газом. Возможно использование водорода в сочетании с синтетическими топливами, мазутами и другими топливами.

Исследования этой области известны как для бензиновых двигателей, так и для дизелей, а также для других типов двигателей. Некоторые авторы работ этой тематики считают, что водород является неизбежностью и необходимо лучше подготовиться к встрече с этой неизбежностью.

Отличительной особенностью водорода является его высокие энергетические показатели, уникальные кинетические характеристики, экологическая чистота и практически неограниченная сырьевая база. По массовой энергоемкости водород превосходит традиционные углеводородные топлива в 2,5-3 раза, спирты - в 5-6 раз, аммиак - в 7 раз.

Качественное влияние на рабочий процесс ДВС водорода определяется, прежде всего, его свойствами. Он обладает более высокой диффузионной способностью, большей скоростью сгорания, широкими пределами воспламенения. Энергия воспламенения водорода на порядок меньше, чем у углеводородных топлив. Реальный рабочий цикл определяет более высокую степень совершенства рабочего процесса ДВС, лучшие показатели экономичности и токсичности.

Чтобы приспособить существующие конструкции поршневых ДВС, бензиновых и дизелей к работе на водороде, как основном топливе, необходимы определенные изменения, в первую очередь - конструкции топливоподающей системы. Известно, что применение внешнего смесеобразования приводит к уменьшению наполнения двигателя свежим окислителем, а значит и снижению мощности до 40%, из-за низкой плотности и высокой летучести водорода. При использовании внутреннего смесеобразования картина меняется, энергоемкость заряда водородного дизеля может возрастать до 12%, или может быть обеспечена на уровне, соответствующем работе дизеля на традиционном углеводородном дизельном топливе. Особенности организации рабочего процесса водородного двигателя определяются свойствами водородно-воздушной смеси, а именно: пределами воспламенения, температурой и энергией воспламенения, скоростью распространения фронта пламени, расстоянием гашения пламени.

Практически во всех известных исследованиях рабочего процесса водородного двигателя отмечается трудноконтролируемое воспламенение водородно-воздушной смеси. Воздействие на преждевременное воспламенение путем подачи воды во впускной трубопровод или путем впрыска «холодного» водорода исследованы и дают положительные результаты.

Остаточные газы и горячие точки камеры сгорания интенсифицируют преждевременное воспламенение водородно-воздушной смеси. Это обстоятельство требует дополнительных мероприятий по предупреждению неконтролируемого воспламенения. В то же время, низкая энергия воспламенения в широких пределах коэффициента избытка воздуха позволяет использовать существующие системы зажигания при переводе двигателей на водород.

Самовоспламенение водородно-воздушной смеси в цилиндре двигателя при степени сжатия, соответствующей дизелям, не происходит. Для самовоспламенения этой смеси необходимо обеспечить температуру конца сжатия не менее 1023К. Возможно, воспламенение воздушной смеси от запальной порции углеводородного топлива, за счет увеличения температуры конца сжатия применением наддува или подогревом на впуске воздушного заряда.

Водород в качестве топлива для дизелей характеризуется большой скоростью распространения фронта пламени. Эта скорость может превышать 200 м/с и вызывать возникновение волны давления, перемещающейся в камере сгорания со скоростью свыше 600 м/с. Высокая скорость сгорания водородно-воздушных смесей, с одной стороны, должна оказывать положительное влияние на повышение эффективности рабочего процесса, с другой стороны, этим предопределяются высокие значения максимального давления и температуры цикла, более высокая жесткость рабочего процесса водородного двигателя. Повышение максимального давления цикла влечет снижение моторесурса двигателя, а повышение максимальной температуры приводит к интенсивному образованию окислов азота. Возможно снижение максимального давления за счет дефорсирования двигателя или сжигания водорода по мере его подачи в цилиндр на такте рабочего хода. Снижение эмисси окислов азота до незначительного уровня возможно путем обеднения рабочей смеси или путем использования воды, подаваемой во впускной трубопровод. Так, при а>1,8 эмиссия окислов азота практически отсутствует. При подаче воды по массе в 8 раз больше, чем водорода, эмиссия окислов азота снижается в 8… 10 раз.

CNG разрешено непосредственно в городских кварталах жилой и общественной застройки. Более того, во многих странах разрешена заправка транспортных средств природным газом в подземных гаражах. 1.6. Производство газового оборудования для автомобилей. В наши дни славу лучшего в мире производителя газовой автоаппаратуры перехватила Италия. И сейчас на мировом рынке наибольшим спросом пользуется...

Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч. Перспективным представляется новое направление в двигателестроении на водородном топливе, основанное на применении двигателя Стирлинга. Этот двигатель до конца XX в. широко не применялся на автотранспорте из-за более сложной по сравнению с двигателем внутреннего сгорания конструкции, большей материалоемкости и стоимости. ...

Топливно-энергетическая и экологическая ситуация, складывающаяся в Российской Федерации и в мире, свидетельствует о том, что природный газ, используемый в качестве моторного топлива, является реальной альтернативой жидким углеводородным топливам. Это вытекает из физико-химических свойств метана: высокое октановое число, широкий диапазон воспламенения по коэффициенту избытка воздуха, способность образовывать гомогенную с воздухом смесь, низкая фотохимическая активность и, в перспективе, более низкая по сравнению с дизельным топливом токсичность отработавших газов. Однако природный газ только тогда является экологически чистым топливом, когда решены проблемы с организацией соответствующего рабочего процесса и аппаратурой, его обеспечивающей.[ ...]

ДАЭЧ дизельное арктическое экологически чистое топливо.[ ...]

Получено также, что использование «экологически чистого» топлива (природный газ, водород) не решает проблему эмиссии оксидов азота, а наоборот, при использовании водородного топлива усугубляет ее .[ ...]

Использование нефтепродуктов в качестве топлива приводит к загрязнению окружающей среды продуктами горения, включая соединения серы (Б02 и БОз). При перегонке нефти большая часть серы из таких продуктов, как керосин и бензин, удаляется. В отличие от нефти и угля природный газ практически не содержит серы. В этом отношении газ является экологически чистым топливом.[ ...]

Приняты технические условия на дизельное летнее экологически чистое топливо (ДЛЭЧ) без ограничения содержания ароматических углеводородов и ДЛЭЧ-В с ограничением содержания ароматических углеводородов, а также дизельное арктическое экологически чистое (ДАЭЧ) с ограничением содержания ароматических углеводородов (табл. 4.51).[ ...]

КГ с высоким содержанием органических веществ перерабатывают на экологически-чистое топливо; нейтрализующими агентами служат карбонаты или гидроксида щелочных и щелочноземельных металлов, При нагревании смеси без доступа воздуха образуются сульфида соответствующих металлов, которые при сжигании топлива окисляются до сульфатов, что существенно.умэньшает переход серы в газообразные.соединения. Энергетическая ценность котельного топлива увеличивается при добавлении к КГ угольной пыли и других углеводородных компонентов /25/.[ ...]

По прогнозам специалистов, к 2020 г. потребление водорода в качестве экологически чистого топлива возрастет в 12... 17 раз.[ ...]

Плюс к этому решено материально заинтересовать водителей в переводе своих авто на экологически чистое топливо. Согласно законопроекту, стоимость газа должна быть значительно ниже, чем стоимость топлива из нефтепродуктов.[ ...]

Теплотворная способность водорода как перспективного энергоносителя в 3 раза выше, чем углеводородного топлива. Водород - экологически чистое топливо, в отличие от традиционных видов природного топлива не содержит ни серы, ни пыли, ни тяжелых металлов. При сжигании водород превращается в водяной пар. Единственным вредным соединением в этих условиях могут стать оксиды азота, которые образуются из-за окисления атмосферного азота при особо высоких температурах горения. Это негативное явление удается сравнительно легко локализовать некоторыми катализаторами. Водород пригоден для использования в качестве не только горючего, но и универсального аккумулятора энергии, которую таким образом можно и транспортировать, и применять в различных отраслях энергетики.[ ...]

Загрязнение атмосферы А. уменьшается также при замене бензина на сжиженный газ. Используются специальные добавки-катализаторы к жидкому топливу, увеличивающие полноту его сгорания, бензин без свинцовых добавок. Разрабатываются новые виды топлива. Так, в Австралии апробировано экологически чистое топливо, в составе которого 85% дизельного топлива, 14% этилового спирта и 1% специального эмульгатора, повышающего полноту сгорания горючего. Проводятся работы по созданию двигателей А. из керамики, которые позволят повысить температуру сжигания горючего и уменьшить количество выхлопных газов. В Японии и ФРГ уже появились А., оборудованные специальными электронными устройствами, обеспечивающими более полное сжигание топлива.[ ...]

Актуальнейшая задача современности - снижение загрязнения атмосферного воздуха отработанными газами автомобилей. В настоящее время ведется активный поиск альтернативного, более «экологически чистого» топлива, чем бензин. Продолжаются разработки двигателей автомобилей, работающих на электроэнергии, солнечной энергии, спирте, водороде и др.[ ...]

В прошедшие десятилетия в России осуществлялось преимущественное развитие газовой промышленности и интенсивно росло потребление природного газа на тепловых электростанциях. Следует заметить, что газ в РФ является самым дешевым и экологически чистым топливом. В этих условиях проблема золоулавливания на ТЭС России пока не очень остра. Однако производительность освоенных месторождений природного газа в стране в недалеком будущем начнет сокращаться. Это связано с тем, что представляется невозможным в дальнейшем в периоды освоения новых газовых и газоконденсатных месторождений поддерживать добычу газа на требующемся постоянном уровне. В соответствии с действующими нормативами этот период может продлиться 12-15 лет. Между тем, как показала практика освоения Оренбургского, Медвежьего, Уренгойского и Ямбургского месторождений, такая продолжительность постоянной добычи в период освоения новых месторождений не рациональна, она не учитывает интересы будущих поколений. На рис. 2.1 представлены графики добычи газа по месторождениям за период 1970-2030 гг. Они показывают, что после достижения максимума добычи газа происходит постепенное и планомерное ее снижение. Только по месторождению Медвежье удалось в течение около 15 лет поддерживать максимальную добычу газа, а затем произошло интенсивное ее снижение .[ ...]

Принимая во внимание начавшийся в 1999 г. рост производства и увеличение выбросов загрязняющих веществ предприятиями основных отраслей - загрязнителей окружающей среды, а также возможный значительный рост выбросов от теплоэнергетики в связи с планируемым переводом нескольких десятков крупных ТЭС и ГРЭС с экологически чистого топлива - природного газа - на уголь и мазут, можно ожидать значительного ухудшения качества атмосферного воздуха. В целях приоритетного обеспечения интересов здоровья населения страны и сохранения природной среды необходимо усилить деятельность государственной экологической экспертизы, государственного экологического контроля за предприятиями, очистными сооружениями, а также контроля за качеством атмосферного воздуха в городах и промышленных центрах.[ ...]

К основным загрязнителям атмосферы относятся углекислый газ, оксид углерода, диоксиды серы и азота, а также малые газовые составляющие, способные оказывать влияние на температурный режим тропосферы: диоксид азота, галогенуглеро-ды (фреоны), метан и тропосферный озон. Объем выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от стационарных источников на территории России составляет около 22-25 млн. т в год. Объем этих выбросов за последние 10 лет ежегодно сокращается на 300-600 тыс. т. Сокращение выбросов обусловлено главным образом повсеместным спадом промышленного производства, особенно в добывающих и ресурсоперерабатывающих отраслях. Позитивную роль в этих условиях сыграла относительная стабильность добычи и использования газа - экологически чистого топлива.

В настоящее время Корпорация Топливные Технологии осуществляет разработку всех видов топлив, в том числе разработку и выпуск высокооктанового топлива для гоночных моторов. Мы производим изучение новых принципов теории горения и осуществляем поиск возобновляемого сырья, что немаловажно с экологической точки зрения.

Нашей компанией выпускаются различные виды гоночного топлива и присадки дл серийных видов бензина, позволяющие существенно снизать вредные выбросы в атмосферу. Наши специалисты всегда подробно Вас проинформируют обо всех особенностях того или иного вида топлива, выпускаемого нашей компанией.

ТОТЕК - это топливно-информационные технологии, экология и экономия, корпорация созданная при непосредственном участии учеными, разработчиками ракетных и космических топлив. В работе нашей компании задействованы самые лучшие научно-технические разработки в области топливных технологий.

ТОТЕК - это поиск, разработка и внедрение в жизнь экологически чистых видов топлив и экологически чистых производств данного топлива, таких, как современные топливные технологии и прочее. Нефть - это отходы древней жизни, мы же можем превратить отходы современной жизни в новое топливо.

Газированные напитки могут стать экологически чистым топливом

Американские ученые создали батарейку, работающую на безалкогольных напитках в рамках проекта по разработке экологически чистого вида топлива.

Новое устройство, которое работает от почти любого вида сахара, может использоваться как портативное зарядное устройство для мобильных телефонов. Исследователи из университета Сент-Луис в Миссури полагают, что их изобретение может, в конечном счете, заменить литий в батарейках многих небольших электронных приборов, включая компьютеры.

Разлагаемая микроорганизмами жидкость содержит ферменты, которые преобразовывают топливо - в этом случае сахар - в электричество, оставляя воду как главный побочный продукт.

В ближайшей перспективе прогнозируется повышение роли угля в топливно-энергетическом балансе страны, что обусловлено его крупными запасами. Однако экологические ограничения (особенно после ратификации Киотского протокола) требуют разработки и внедрения новых экологически чистых угольных технологий, обеспечивающих высокую полноту использования топлива при максимально низкой вредной нагрузке на окружающую среду.

Применение суспензионного угольного топлива является реальной возможностью замены не только «грязного» угля и малоэффективных методов его сжигания в слоевых топках, но и дефицитных жидких и газообразных видов топлива.

Особенно остро стоит проблема в угольных регионах России, где вокруг угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий в гидроотвалах и отстойниках скапливается большое количество добываемого угля, представленного в виде тонкодисперсных угольных шламов. Указанная проблема решается, как правило, наиболее примитивным образом. Воды шахтного притока, технологические воды обогатительных фабрик с мелкими угольными частицами сбрасываются в поверхностные отстойники, которые периодически чистятся механо-гидравлическим способом, и повторно добытые угольные шламы либо сбрасываются в отработанные выработки шахт, либо в ближайшие овраги и водоемы. В отдельных случаях производится обезвоживание отходов флотации и их складирование на свободных площадях.

Перевод шламов в транспортабельное и технологически удобное суспензионное водоугольное топливо (ВУТ) позволит получить существенный экономический эффект и резко улучшить экологическую обстановку в регионах. При этом получаемое топливо и технологии его использования должны отвечать жестким требованиям современного рынка: экономическая конкурентоспособность и минимально возможное опасное экологическое воздействие на окружающую среду при его получении и использовании.

Учитывая, что в себестоимости вырабатываемой тепловой энергии стоимость топливной составляющей составляет от 40 до 70%, снижение стоимости топлива или его удельного расхода является важным фактором получения экономического эффекта.

Водоугольное топливо (ВУТ) представляет дисперсную систему, состоящую из тонкоизмельченного угля, воды и реагента-пластификатора: состав ВУТ: уголь (кл. 0-500 мкм) - 59-70%, вода - 29-40%, реагент-пластификатор - 1% температура воспламенения - 450-650°C; температура горения - 950-1050°С;

обладает всеми технологическими свойствами жидкого топлива: транспортируется в авто- и железнодорожных цистернах, по трубопроводам, в танкерах и наливных судах, хранится в закрытых резервуарах;

сохраняет свои свойства при длительном хранении и транспортировании;

взрыво- и пожаробезопасно.

Стратегическими целями при внедрении суспензионного угольного топлива являются:

минимизация затрат на реконструкцию существующих систем теплоэнергетики;

повышение экономической и экологической эффективности систем теплоэнергетики и создание экономической мотивации для отказа от использования топочного мазута, природного газа и угля со слоевым сжиганием;

повышение надежности и гарантированной работоспособности систем теплоэнергетики;

повышение энергобезопасности конечных потребителей.

С целью широкого внедрения экологически чистого водоугольного топлива, а также организации производства угольных брикетов и брикетных установок было подписано соглашение о сотрудничестве между НПЦ «Экотехника», «Сибэкотехника» (г. Новокузнецк) и Беловским заводом горношахтного оборудования (БЗГШО).

Были поставлены задачи - разработать и обеспечить по заказам предприятий производство модульных установок приготовления ВУТ на основе угля и угольных шламов и технологических комплексов по получению доступной тепловой и (или) электрической энергии при его сжигании. Одновременно, с учетом того, что на БЗГШО уже была создана брикетная установка по производству брикетного топлива из угля и угольных шламов, решаются задачи организации изготовления необходимого комплекса оборудования для комплектации модульных установок приготовления ВУТ, брикетных установок и технологических комплексов, поставки сопутствующего оборудования, сборки разработанных комплексов и обучения эксплуатационного персонала.

автотранспорт экологический загрязнитель топливо


На первом этапе на заводе смонтирован и запущен в эксплуатацию пилотный демонстрационный технологический комплекс по приготовлению ВУТ и его сжиганию.

В настоящее время суспензионное угольное топливо из угольных шламов гидродобычи готовится также на опытно-промышленной установке при котельной шахты «Тырганская». На совместное сжигание рядового угля и ВУТ переведен котел КЕ-10-14С. Излишки топлива отгружаются в котельную ОАО «Хлеб» (г. Новокузнецк), где на ВУТ переведен газомазутный котел КП-0,7. Полученный эксплуатационный опыт работы различных котлов на суспензионном топливе как в летнее, так и в зимнее время (при температуре до - 42°С) показал высокую эффективность использования нового вида жидкого топлива из угля.

Экологические преимущества ВУТ перед другими видами топлива были высоко оценены представительной комиссией при проведении в 2005 году Первого всероссийского конкурса русских экологических инноваций. Проект «Экологически чистая технология комплексной утилизации шламов и отходов флотации углеобогатительных фабрик методом сжигания суспензионного топлива», представленный ЗАО НПП «Сибэкотехника», занял первое место.

Внедрение в энергетику более эффективных и экологически чистых технологий сегодня является одной из приоритетных задач. Связано это как с необходимостью всемерной экономии энергоресурсов, так и с защитой окружающей среды - проблемой, которая еще более обострится в связи с ожидаемым сокращением подачи природного газа на электростанции России и возрастанием потребления ими угля. Этим вопросам были посвящены доклады, представленные на 5-й секции международной научно-практической конференции «Экология энергетики-2000».

Планируемое сокращение подачи газового топлива на электростанции России в ближайшие годы вынуждает энергетиков начать широкомасштабную работу по замене природного газа углем и другими видами твердого топлива, внедрению новых технологий, в том числе связанных с использованием возобновляемых источников энергии. Рост потребления угля на ТЭС, особенно при традиционных методах его сжигания, неизбежно повлечет за собой негативные экологические последствия; переход к возобновляемым источникам энергии потребует больших первоначальных затрат, хотя, как полагают специалисты, они могут достаточно быстро окупиться. При такой альтернативе представляют интерес разработанные отечественной наукой и техникой малозатратные методы и технологии для энергетики, а также мировой опыт в этих вопросах.

Доклады, представленные на конференции по указанной в заголовке статьи тематике, можно разделить на две группы:

  • - посвященные технологиям получения, подготовки к сжиганию и собственно сжиганию топлив;
  • - посвященные новым источникам энергии и методам ее преобразования.

Из докладов первой группы внимание участников секции привлек, в частности, доклад Е.А. Евтушенко и др. «Новая технология использования твердого топлива в энергетике» (Новосибирский государственный технический университет, «Новосибирск-энерго»). Авторами доклада предложена и испытана оригинальная технология приготовления и сжигания жидкого композита, состоящего из смеси угля и торфа. По этой технологии специально приготовленная суспензия угольной пыли в воде направляется в диспергатор-кавитатор, после которого смешивается с водной суспензией измельченного торфа, также предварительно обработанной в диспергаторе-кавитаторе. В обоих случаях содержание жидкой фазы в суспензиях должно быть не менее 15% по объему. При необходимости в полученную смесь можно также добавлять нефть или мазут. Таким образом, за счет вариации компонентов, интенсивности обработки каждого из них и композиции в целом получают экологически чистое жидкое топливо заданного качества. Оно может быть использовано и как основное топливо, и в качестве растопочного. Опыт сжигания композитного топлива оказался весьма успешным.

В докладе Г.Н. Делягина «Экологически чистое топливо ЭКОВУТ - путь резкого улучшения экологической ситуации в энергетике России» (ГУП «Научно-производственное объединение «Гидротурбопровод», Москва) предложено в эксплуатируемых ныне котлах ТЭС и котельных взамен природного газа использовать водоугольное топливо, создаваемое на основе угля, со свойствами, необходимыми потребителям. Топливо ЭКОВУТ - это дешевое, экологически чистое топливо, технология производства которого создана в последнее десятилетие в НПО «Гидротрубопровод». В процессе производства этого топлива, в результате механохимической активации его начальных компонентов, практически полностью разрушается структура угля как природной «горной» массы. Уголь распадается на отдельные органические и минеральные компоненты с высокой химической активностью поверхности, образующейся при такой обработке твердого топлива. Исходная вода, имеющая ассоциированную структуру, при производстве ЭКОВУТА также претерпевает ряд превращений, в результате чего образуется дисперсионная среда, насыщенная ионными компонентами. Таким образом, топливо ЭКОВУТ - это высокостабильное топливо, взрыво- и пожаробезопасное; при длительном его хранении в емкостях-хранилищах никогда не образуется плотного осадка.

При сжигании ЭКОВУТА в продуктах сгорания отсутствуют монооксид углерода, вторичные углеводороды, сажа и канцерогенные вещества; резко сокращается образование и выброс микронных твердых частиц, оксидов серы и оксидов азота. Уровень выбросов оксидов азота, как правило, не превышает 0,08-0,1 г/МДж, что составляет 50-60% от допустимого уровня. Цена топлива ЭКОВУТ существенно зависит от цены исходных сырьевых компонентов (угля, воды, химреагентов). Доля исходного угля (в расчете на 1 т у.т.) в стоимости топлива ЭКОВУТ составляет 40-60%. Итоговая стоимость (в расчете на 1 т у.т.) топлива ЭКОВУТ, готового к употреблению и не требующего какой-либо подготовки у потребителя, превышает цену исходного угля (также в расчете на 1 т у.т.) всего на 5-18%. По данным за 1999 г., при цене исходного каменного угля у потребителя, равной 300 руб./т (460 руб./т у. т.), цена топлива ЭКОВУТ составит от 290 до 325 руб. за 1 т (480-540 руб./т у.т.). Технология приготовления и сжигания ЭКОВУТА отработана на ряде ТЭС России, в том числе на Иркутской ТЭЦ-11, Семипалатинской ТЭЦ-2 и др. Способ сжигания топлива ЭКОВУТ в кипящем слое отработан на отопительном котле НР-18 котельной в п. Ульянино Московской области. Котел, работающий на топливе ЭКОВУТ, сдан в постоянную эксплуатацию.

Сжигание топлива в кипящем слое было рассмотрено в ряде докладов. Опыту сжигания углей и горючих отходов на экспериментальном промышленном котле УГТУ с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) было посвящено сообщение сотрудников Уральского государственного технического университета (УГТУ) А.П. Баскакова, С.В. Дюкина и др. Котел с ЦКС УГТУ тепловой мощностью 11,6 МВт рассчитан на сжигание в режиме ЦКС ряда видов углей: березовского Б-2, кузнецкого Т, буланашского Г, отходов обогащения богословского угля. Полученные при опытном сжигании данные были использованы при разработке проекта реконструкции котла КВТС-10. Разработан малогабаритный котел с кипящим слоем мощностью 1 МВт, специально предназначенный для установки в существующих слоевых котельных для дожигания шлака и уноса, выходящих из топки основного котла.

О проблемах экологической безопасности при сжигании низкосортных топлив и утилизации горючих отходов в топках с кипящим слоем говорилось в докладе сотрудников Уральского государственного технического университета Б.В. Берга и др. Приведены экспериментальные зависимости концентрации оксидов азота в дымовых газах от температуры кипящего слоя и коэффициента избытка воздуха при сжигании нерюнгринского и кизеловского каменных углей. Установлено, что концентрация оксидов азота в дымовых газах возрастает с увеличением температуры кипящего слоя. В то же время присутствие серы в топливе заметно снижает выход оксидов азота, так как одновременно с их образованием они расходуются на доокисление оксидов серы:

  • 2NO + 2SO2 = N2 + 2SO3;
  • 2NO + SO2 = N2O + 2SO3.

Использование технологии низкотемпературного кипящего слоя позволяет в значительной степени решить проблему снижения выбросов оксидов серы в атмосферу. Для этого в кипящий слой вводят соответствующие присадки (известняк или доломит), связывающие серу в сульфат по реакциям:

CaCO3 = CaO + CO2; CaO + SO2 + 0,5O2 = СaSO4.

Были рассмотрены возможности с помощью кипящего слоя подавить образование диоксинов. Средние выбросы диоксинов от тепловых электростанций, по данным авторов, составляют 2,5 нг/м3, что в 2,5 раза выше допустимых. Однако необходимо отметить, что по общим объемам выбросов диоксинов тепловые электростанции стоят на четвертом месте среди различных источников (устройств индивидуального отопления, старых мусоросжигательных установок и автотранспорта) и доля их составляет 0,13% (без учета энергопредприятий, сжигающих различные отходы). По мнению авторов доклада, низкий уровень содержания диоксинов в продуктах сгорания можно получить при одноступенчатом сжигании топлива (и отходов) в топках с кипящим слоем, но для этого необходимо обеспечить такой режим, при котором увеличилось бы время пребывания продуктов горения в пределах слоя.

Новая технология сжигания углей с высокотемпературным предварительным подогревом угольной пыли, разработанная в Сибирском теплотехническом научно-исследовательском институте (ОАО «СибВТИ»), была представлена в докладе В.В. Белого и др. По этой технологии достигается снижение выбросов оксидов азота за счет предварительного подогрева угольной пыли до 850 град. С в условиях восстановительной среды, когда азот переходит в свободное состояние (N2), с последующим ступенчатым сжиганием горячей угольной пыли. На основании полученных опытных данных спроектирован опытно-промышленный котлоагрегат на Минусинской ТЭЦ, который должен иметь следующие показатели по выбросам (мг/нм3): оксиды азота - до 200, оксиды серы - до 300, зола - до 50, т.е. укладываться и в старые, и в новые нормы, а также соответствовать лучшим международным стандартам. Опытно-промышленный котлоагрегат Минусинской ТЭЦ предназначен для отработки и демонстрации данной новой технологии сжигания топлива и очистки газов. При успешном его освоении предложенная технология может получить широкое распространение на тепловых электростанциях.

Об экологически чистой ТЭС с каталитическим сжиганием газового топлива шла речь в докладе А.И. Поливоды и др. (МЭИ, УТЕХ). В ЭНИН и в МЭИ выполнен большой объем научно-исследовательских работ, направленных на разработку экологически чистой каталитической теплоэлектростанции (КТЭС), обеспечивающей полное исключение выбросов вредных веществ в воздушный бассейн благодаря сжиганию топлива в присутствии катализатора. Применение катализаторов позволяет проводить беспламенное глубокое окисление топлива при температурах в реакторе в пределах 600-800 град. С.

Каталитические реакторы можно подразделить на два типа: первый - с фиксированным катализатором и теплопередачей к рабочему телу посредством инфракрасного излучения и второй - с псевдоожиженным кипящим слоем. Фиксированные катализаторы применяют преимущественно для топливно-воздушных смесей, содержащих газовое и парообразное топливо. В реакторах с псевдоожиженным кипящим слоем окисление газообразного или жидкого топлива происходит кислородом воздуха во взвешенной массе гранул диаметром 2-4 мм. В качестве материала гранул применяют гамма-оксид алюминия. В настоящее время ведутся опытно-конструкторские работы по сооружению первой экспериментальной КТЭС мощностью 2 МВт для электротеплоснабжения автономного микрорайона Куркино в Москве. Применение каталитических электростанций вместо низкоэффективных старых котельных позволит значительно улучшить экологическую обстановку в городе.

Вторая группа докладов, относящаяся к тематике «Экологически чистые технологии при использовании возобновляемых источников энергии» - охватывала: геотермальные энергетические технологии (доклад О.В. Бритвина, О.А. Поварова и др. от РАО «ЕЭС России», НУЦ «Гео» МЭИ, АО «Геотерм»); совместное скоординированное использование солнечной и геотермальной энергии (Г. Эрдманн и Я. Хинрихсен - Берлинский технический университет); использование тепловых насосов для теплоснабжения автономных потребителей (Г.В. Ноздренко и др. - НГТУ, ОАО «Новосибирскэнерго»).

На данной секции конференции были сделаны доклады и сообщения также по ряду других вопросов и проблем, связанных с экологией энергетики, в том числе по совершенствованию энергетических вихревых горелок (Б.В. Берг и др. - УГТУ); охране окружающей среды при транспортировке и хранении твердого топлива на тепловых электростанциях (В.В. Демкин и В.И. Казаков - РАО «ЕЭС России» и УралВТИ); способам утилизации энергии транспортируемого природного газа без выбросов вредных веществ в окружающую среду (В.С. Агабабов и др. - МЭИ, ТЭЦ-21 «Мосэнерго», Мосэнергопроект); оценке эффективности технологических природоохранных мероприятий для газомазутных котлов (Л.Е. Егоров и др. - МЭИ); альтернативным системам хранения природного газа в абсорбированном состоянии (Л.Л. Васильев и др. - Институт тепломассообмена им. Лыкова); совершенствованию методов эксплуатационного контроля технического состояния оборудования турбоустановок для снижения пережога топлива и вредных выбросов ТЭС (Е.В. Дорохов и др. - МЭИ).

Одна из шеффилдских автоконструкторских фирм занялась разработкой новой экономичной и экологически чистой топливной системы для автомобилей, работающей на водороде. Представители компании ITM Power утверждают, что по окончании разработок водородное топливо впервые можно будет воспроизводить в домашних условиях.

По официальному заявлению компании, новый вид топлива может использоваться в транспортных средствах с бензиновым двигателем для поездок на расстояния до 25 миль. Причем, для более длинных поездок предусмотрена возможность обратного переключения на бензиновый вариант. Первый опытный образец был сконструирован на базе Ford Focus.

Разработчики компании ITM Power говорят, что до сих пор единственным фактором, препятствующим более широкому распространению таких автомобилей, была стоимость оборудования, преобразующего воду, платину и электричество в водород.

В настоящее время в мире существуют единицы авто, работающих на водородном топливе. Также невелико и количество автозаправочных станций, способных обслуживать такие машины. Кроме того, существующие сейчас транспортные средства работают на жидком водороде, который трудно хранить. В качестве альтернативы приходится использовать готовые взаимозаменяемые топливные элементы или электродвигатели.

Прототип компании ITM Power на базе Ford Focus буде снабжен топливной системой, позволяющей сжигать водород в обычном бензиновом двигателе.

Специалистам из ITM Power потребовалось восемь лет, чтобы разработать новый, относительно дешевый способ получения водорода. Их запатентованная станция дозаправки использует уникальный дешевый материал, который позволяет снизить потребности в платине, а затраты на его производство составляют примерно 1% от стоимости традиционной, ранее используемой технологии.

Новая система позволит получать водород в домашних условиях. Ожидается, что в случае производства такой станции на конвейере, ее стоимость будет равносильна покупке обычного котла для нагрева воды. Также предполагается, что как только новая технология получит широкое распространение, водородный эквивалент бензина будет стоить примерно 80 центов.

Основным элементом системы будет так называемый "электролизер", который и будет преобразовывать воду и электричество в чистый водород и кислород. Для того, чтобы сделать производство полностью экологически безопасным, предлагается получать электричество, используя энергию ветра, приливов и отливов, солнца, а также посредством гидроэлектростанций.

Определяющее влияние транспорта на состояние окружающей среды требует особого внимания к при­менению новых экологически чистых видов топлива. К ним относится, прежде все­го, сжиженный или сжатый газ.

В мировой практике в качестве моторного топлива наиболее широко используется сжатый природный газ, содержащий не менее 85 % метана.

В меньшей степени распространено применение по­путного нефтяного газа; представляющего собой смесь, в основном - пропана и бутана. Эта смесь может нахо­диться в жидком состоянии при обычных температу­рах под давлением до 1,6 МПа. Для замещения 1 л бензина требуется 1,3 л сжиженного нефтяного газа, а экономическая эффективность его по эквивалентным затратам на топливо в 1,7 раз ниже, чем у сжатого газа. Следует отметить, что природный газ, в отличие от не­фтяного газа, не токсичен.

Анализ показывает, что применение газа сокращает выбросы: окислов углерода - в 3-4 раза; окислов азо­та - в 1,5-2 раза; углеводородов (не считая метана) - в 3-5 раз; частиц сажи и двуокиси серы (дымность) дизельных двигателей - в 4-6 раз.

При работе на природном газе с коэффициентом из­бытка воздуха а=1,1 выбросы ПАУ, образующихся в двигателе при сгорании топлива и смазочного масла (включая бенз(а)пирен), составляют 10 % от выбросов при работе на бензине. Двигатели, работающие на природном газе, уже сейчас удовлетворяют всем современ­ным нормам по содержанию газообразных и твердых составляющих в выхлопных газах.

Токсичные компоненты выхлопных газов

Вид топлива

(без метана)

Бензапирен

Бензин (двигатели с нейтрализат.)

Дизтопливо

Газ+дизтопливо

Пропан-бутан

природ, сжатый

Особо следует остановиться на выбросах углеводоро­дов, которые претерпевают в атмосфере фотохимичес­кое окисление под действием ультрафиолетового облу­чения (ускоряющееся в присутствии NO x). Продукты этих окислительных реакций образуют так называемый смог. В бензиновых двигателях основное количество уг­леводородных выбросов приходится на этан и этилен, а в газовых - на метан. Это связано с тем, что эта часть выбросов бензиновых двигателей образуется в резуль­тате крекинга паров бензина в несгорающей части сме­си при высоких температурах, а в газовых двигателях несгорающий метан никаким преобразованиям не под­вергается.

Легче всего под воздействием ультрафиолетового облучения окисляются непредельные углеводороды, такие, как этилен. Предельные углеводороды, вклю­чая метан, более стабильны, т.к. требуют для фотохимической реакции более жесткого (коротковолнового) излучения. В спектре солнечного излучения составля­ющая, инициирующая окисление метана, имеет столь малую интенсивность по сравнению с инициаторами окисления других углеводородов, что практически окис­ление метана не происходит. Поэтому в ограничитель­ных стандартах автомобильных выбросов ряда стран углеводороды учитывают без метана, хотя пересчет ве­дется на метан.

Таким образом, несмотря на то, что сумма углево­дородов в выхлопных газах двигателей, использую­щих газомоторное топливо, оказывается такой же, как и у бензиновых двигателей, а в газодизеле часто и выше, эффект загрязнения воздушного бассейна этими ком­понентами при газовом топливе в несколько раз мень­ше, чем при жидком.

Важно также иметь в виду, что при применении газового топ­лива увеличивается моторесуры двигателя - в 1,4- 1,8 раза; срок службы свечей зажигания - в 4 раза и моторного масла - в 1,5-1,8 раза; межремонтный пробег - в 1,5-2 раза. При этом снижаются уровень шума на 3-8 дБ и время заправки. Все это обеспечива­ет быструю окупаемость затрат на перевод транспорта на газомоторное топливо.

Внимание специалистов привлекают вопросы безо­пасности использования газомоторного топлива. В це­лом взрывоопасная смесь газовых топлив с воздухом образуется при концентрациях, в 1,9-4,5 раза. Однако определенную опасность представляют утеч­ки газа через неплотность соединений. В этом отноше­нии наиболее опасен сжиженный нефтяной газ, т.к. плотность его паров больше, чем воздуха, а для сжато­го - меньше (соответственно, 3:1,5:0,5). Следователь­но, утечки сжатого газа после выхода из неплотностей поднимаются вверх и улетучиваются, а сжиженного - образуют местные скопления и, подобно жидким неф­тепродуктам, «разливаются», что при возгорании уве­личивает очаг пожара.

Кроме сжиженного или сжатого газа многие специ­алисты предрекают большое будущее жидкому водоро­ду, как практически идеальному, с экологической точ­ки зрения, моторному топливу. Еще несколько десяти­летий назад применение жидкого водорода в качестве горючего казалось достаточно отдаленным. К тому же трагическая гибель в канун второй мировой войны на­полненного водородом дирижабля «ГинденбурТ» настоль­ко подмочила общественную репутацию «топлива бу­дущего», что надолго вычеркнуло его из каких-либо серьезных проектов.

Быстрое развитие космической техники вновь зас­тавило обратиться к водороду, на этот раз уже жидко­му, как почти идеальному горючему для исследования и освоения мирового пространства. Тем не менее, по-прежнему не исчезли сложные инженерные проблемы, связанные как со свойствами самого водо­рода, так и его производством. Как горючее для транс­порта водород удобнее и безопаснее применять в жид­ком виде, где в пересчете на один килограмм он пре­восходит по калорийности керосин в 8,7 раза и жидкий метан в 1,7 раза. В то же время плотность жидкого водорода меньше, чем у керосина почти на порядок, что требует значительно больших баков. К тому же во­дород должен храниться при атмосферном давлении при очень низкой температуре - 253 градуса Цельсия. От­сюда необходимость соответствующей теплоизоляции баков, что также тянет за собой дополнительный вес и объем. Высокая температура горения водорода приво­дит к образованию значительного количества экологи­чески вредных окислов азота, если окислителем является воздух. И, наконец, пресловутая проблема безо­пасности. Она по-прежнему остается серьезной, хотя и считается теперь значительно преувеличенной. Отдельно следует сказать о производстве водорода. Почти един­ственным сырьем для получения водорода служат на сегодня те же горючие ископаемые: нефть, газ и уголь. Поэтому истинный перелом в мировой топливной базе на основе водорода может быть достигнут лишь путем принципиального изменения способа его производства, когда исходным сырьем станет вода, а первичным ис­точником энергии - Солнце или сила падающей воды. Водород принципиально превосходит все ископаемые виды горючего, включая и природный газ, в своей об­ратимости, то есть практической неисчерпаемости. В отличие от горючих, добываемых из-под земли, кото­рые после сгорания теряются безвозвратно, водород добывается из воды и сгорает опять в воду. Разумеется, чтобы получить водород из воды, нужно затратить энер­гию, причем значительно большую, чем можно исполь­зовать затем при его сгорании. Но это не имеет суще­ственного значения, если так называемые первичные источники энергии будут в свою очередь неисчерпае­мыми и экологически чистыми.

Разрабатывается и второй проект, где в качестве источника первичной энергии используется Солнце. Подсчитано, что на широтах ± 30-40 градусов наше светило греет примерно в 2-3 раза сильнее, чем в бо­лее северных широтах. Это объясняется не только бо­лее высоким положением Солнца на небе, но и несколько меньшей толщиной атмосферы в тропических регио­нах Земли. Однако почти вся эта энергия быстро рассе­ивается и пропадает. Получение с помощью ее жидкого водорода - наиболее естественный способ аккумуляции солнечной энергии с последующей доставкой ее в север­ные районы планеты. И не случайно научно-исследова­тельский центр, организованный в Штутгарте, имеет характерное название «Солнечный водород - источ­ник энергии будущего». Установки, аккумулирующие солнечный свет, предполагается, согласно указанному проекту, разместить в Сахаре. Сконцентрированное та­ким образом небесное тепло будет использовано для привода паротурбин, вырабатывающих электроэнергию. Дальнейшие звенья схемы те же, что и в канадском варианте, с той лишь разницей, что жидкий водород доставляется в Европу через Средиземное море. Прин­ципиальное сходство обоих проектов, как видим, в том, что они экологически чисты на всех стадиях, включая даже перевозку сжиженного газа по воде, поскольку танкеры работают опять-таки на водородном топливе. Уже сейчас такие всемирно известные немецкие фир­мы, как «Линде» и «Мессергрисхейм», расположенные в районе Мюнхена, производят все необходимое обору­дование для получения, сжижения и транспортировки жидкого водорода, за исключением разве что криоген­ных насосов. Громадный опыт по использованию жид­кого водорода в ракетно-космической технике накоп­лен фирмой «МББ», расположенной в Мюнхене и при­нимающей участие практически во всех престижных программах Западной Европы по освоению космоса. Научно-исследовательское оборудование фирмы в об­ласти криогеники используется также на американс­ких космических челноках. Широко известная немец­кая авиакомпания «Дейче Эрбас» разрабатывает пер­вый в мире аэробус, летающий на жидком водороде. Помимо экологических соображений применение жид­кого водорода в обычной и сверхзвуковой авиации пред­почтительно и по другим причинам. Так, примерно на 30 % при прочих равных условиях снижается взлет­ный вес самолета. Это позволяет, в свою очередь, со­кратить разбег и сделать взлетную кривую более кру­той. В результате снижается шум - этот бич современ­ных аэропортов, расположенных зачастую в густо­населенных районах. Не исключена также возможность снижения лобового сопротивления самолета путем силь­ного охлаждения его носовых частей, встречающих поток воздуха.

Все изложенное выше позволяет сделать вывод, что переход на водородное топливо, в первую очередь в авиа­ции, а затем и в наземном транспорте станет реальнос­тью уже в первые годы нового века. К этому времени будут преодолены технические проблемы, окончатель­но ликвидировано недоверие к водороду как чересчур опасному виду горючего и создана необходимая инфра­структура.