Повышение качества топлива (улучшение состава топлив).

Традиционное топливо – это продукты переработки нефти с различными добавками (очистительные, коррозионные ингибиторы или стабилизаторы).

Альтернативные топлива – это все виды топлива, не содержащие нефть.

Использование экологически более чистых видов топлива позволяет заменить традиционные жидкие виды топлива альтернативным топливом и значительно снизить уровень выбросов.

Как прямые альтернативы рассматриваются сжатый природный газ (СПГ), сжиженный нефтяной газ (СНГ) и метанол. В некоторых странах к этому списку добавляется этанол и растительные масла, однако производство таких топлив требует отчуждения больших территорий сельскохозяйственных земель под выращивание соответствующих технических культур, что не всегда приемлемо.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ) – главным образом состоит из бутана и пропана, получают при добыче и переработке нефти, как побочный продукт. Каждая добытая тонна нефти дает 2-4 кг СНГ.

Важным преимуществом СНГ является переход в сжиженное состояние при температуре окружающей среды и сравнительно небольшом избыточном давлении – 1,6 МПа. В таком состоянии СНГ хранится в баллонах. По теплотворной способности СНГ уступает бензину всего на 3-4%, поэтому при переходе карбюраторного ДВС на газ СНГ, его мощность снижается незначительно. Как топливо СНГ относительно недорог, не требует большого топливного бака, поэтому этот вид топлива получил достаточно широкое распространение. Двигатели, специально спроектированные для работы на СНГ, выбрасывают меньше оксидов азота по сравнению с дизелями, практически не выбрасывают сажи и твердых частиц. Уровень шума и вибрации таких ДВС находится на уровне бензиновых ДВС. Поэтому они считаются хорошей альтернативой для легких грузовиков и автобусов.

Сжатый природный газ (СПГ) – основной компонент природного газа – метан и в небольшом количестве примеси других газов. Особенностью метана является то, что при нормальной температуре и даже высоком давлении он не переходит в сжиженное состояние.

Производство СПГ с технологической точки зрения проще, экономически выгоднее и требует меньше энергии, чем производство СНГ. Запасы природного газа имеются в достаточном количестве.

Существенным преимуществом использования СПГ в ДВС заключается в низком выбросе оксидов азота, при этом не образует сажи и соединений серы. При сжигании СПГ в ДВС образуется ~ на 25% меньше СО₂ по сравнению с тем же количеством (в энергетическом эквиваленте) бензина.

Использование СПГ в легковых автомобилях приводит к ощутимому уменьшению места в багажнике автомобиля, что рассматривается как недостаток.

Кроме того, стоимость ДВС, работающего на СПГ, примерно на 8-10% больше, чем стоимость обыкновенного бензинового или дизельного ДВС.

Слабо развита сеть газонаполнительных и заправочных станций.

Синтетические спирты – получают в результате синтеза различного сырья. Наиболее распространенными являются: метанол, этанол.

Метанол (СН₃ОН) – получают из природного газа, угля, известняка, бытовых отбросов, отходов лесного производства.

Этанол (С₂Н₅ОН) – получают из сахарного тростника, свеклы, зерновых культур, различных сельскохозяйственных отходов.

Основное преимущество спиртов: высокая детонационная стойкость, что позволяет повышать степень сжатия в двигателе и соответственно увеличить КПД. Снижается накоксовывание и нагарообразование. Отработавшие газы менее токсичны, чем при работе на бензине: концентрация NОx меньше в 1,5-2 раза, концентрация углеводородов снижается в 1,3-1,7 раз.

Однако, спирты имеют меньшую теплотворную способность, чем бензин (эквивалентного объема) (у метанола – меньше в 2 раза). При работе на спиртах снижается запас хода автомобиля, ухудшаются пусковые качества двигателя. Метанол вызывает коррозию металлов, образует при сгорании альдегиды. Кроме того, отмечается высокий уровень загрязнения окр. среды в процессе производства метанола. Этанол не коррозионен, но реагирует со свинцом, цинком и меньше с алюминием. Спирты токсичны.

Метилтретичнобутиловый спирт (МТБЭ) – получают путем синтеза из изобутилена 66% и метанола 34%. Полностью растворяется в бензине, не ядовит, не вызывает коррозии металла. Применение МТБЭ в качестве добавки к бензину позволяет получать высокооктановую смесь (октановое число МТБЭ = 117), способствует некоторому улучшению мощностных и экономических показателей ДВС, снижает токсичность ОГ примерно на 10% (в основном снижается СО), снижается расход бензина.

Биотопливо – производится для использования в качестве топлива для дизелей путем переработки биомассы. Наибольшее распространение получили растительные масла, эфиры и спирты, как энергоемкие.

Растительные масла относятся к классу углеводородных соединений, хорошо растворяются в дизельном топливе, а присутствие кислорода в их химической структуре (˃10%) повышает полноту сгорания топлива. Получают при переработке различных растений: рапса, подсолнечника, арахиса, сои хлопка и др. В РБ – рапс.

При этерификации рапсовых масел до кондиций дизельного топлива получается топливо-рапсовый метиловый эфир (РМЭ). Такое топливо называется Biodisel – отпускается более чем на 800 заправочных станциях Германии. По сравнению с рапсовым маслом при использовании РМЭ снижается нагароотложение на деталях двигателей. Однако, РМЭ нестабилен при хранении и оказывает отрицательное влияние на моторное масло. РМЭ агрессивен, поэтому детали, соприкасающиеся с РМЭ, должны иметь специальное исполнение.

При работе с РМЭ по сравнению с дизельным топливом снижаются выбросы сажи, однако выбросы NОx увеличиваются на 10%.

В то же время замена дизтоплива на биодизельную смесь (50%-рапсовое масло и 50% дизтопливо) позволила в испытаниях на опытном двигателе сократить на 15-20% выбросы NОx, на 10-15% – СО и углеводородов и на 30-35% – выбросы сажи.

Биодизель может применяться во многих дизельных автомобилях от легкого до грузового. Т.к. биодизель вступает в реакцию с определенными пластмассами, то транспортные средства должны быть проверены производителем на предмет использования биодизеля.

Существует и ряд других видов биотоплив, но их еще реже используют:

- биоэтанол (из крахмалосодержащих растений – пшеница, кукуруза или картофель; сахаросодержащих – сахарный тростник, сахарная свекла).

Биоэтанол смешивается с бензином, составляя около 5% по объему.

- растительные масла (в чистом виде, например, подсолнечное);

- биогаз (образование горючей смеси из дерева или других исходных материалов).

Водород – производится из природного газа и при расщеплении молекул воды.

Водород, как моторное топливо, имеет ряд преимуществ:

1) имеет наиболее высокую теплоту сгорания;

2) хорошая воспламеняемость в смеси с воздухом, обеспечивающую легкий запуск двигателя при практически любых возможных температурах окр. среды;

3) высокая скорость и полнота сгорания, что позволяет приблизить реальный цикл работы ДВС с искровым зажиганием к идеальному с подводом теплоты к смеси при постоянном объеме, т.е. увеличить КПД цикла.

При использовании водорода в качестве монотоплива СО, углеводороды не образуются.

Однако, вследствие высокой температуры горения водорода при наличии свободного кислорода в камере сгорания существенно растет эмиссия NОx.

1) производство водорода связано с очень большими расходами;

2) при насыщении большинства металлических материалов водородом увеличивается их хрупкость.