СПИРТОВЫЕ И ОКСИГЕНАТНЫЕ ТОПЛИВА

Наряду с газовыми моторными топливами в качестве альтернативного горючего наиболее широко используются спиртовые топлива, которые представляют низко­молекулярные спирты - метанол, этанол или так называемые оксигенатные топлива, содержащие в своем составе наряду с углеводородным топливом (бензином, дизельным топливом) различные количества кислородсодержащих добавок (КСД). В качестве последних используются спирты (метанол, этанол и др.), а также простые эфиры: метил-третбутиловый (МТБЭ), метил-тре-тамиловый (МТАЭ), этил-третбутиловый (ЭТБЭ), диизопропиловый (ДИПЭ) и др.

Особое место в ряду простых эфиров занимает диме-тиловый эфир (ДМЭ), который может использоваться как дизельное топливо или в качестве добавки к дизельному топливу.

Основные физико-химические и эксплуатационные свойства метанола, этанола, других оксигенатов в сравнении с бензином приведены в табл. 22 [19].

Таблица 22 - Характеристики некоторых оксигенатов [19]

Необходимо отметить, что в значительно больших объемах используются оксигенатные топлива по сравнению с чисто спиртовыми. Сравнение затрат при использовании различных оксигенатов показывает, что применение метанола и этанола несколько дороже, чем использование МТБЭ. Стоимость прироста октанового числа для МТБЭ, этанола и метанола составляет (цент/л) 0,47, 0,65 и 0,51 (с учетом добавки стабилизатора-треш-бутилового спирта).

Эффективность антидетонационного действия различных оксигенатов приведена в [19].

Введение оксигенатов в состав автомобильных бен­инов позволяет не только экономить нефтяные ресурсы, но и снижает содержание токсичных веществ в отработавших газах. Влияние оксигенатов оценивается по испытаниям бензина, содержащего оксигенаты на степень уменьшения (-) или увеличения (+) эмиссии токсичных веществ в процентах (таблица 23).

Таблица 23 - Влияние оксигенатов на содержание токсичных веществ

в отработавших газах [3]

Значительное увеличение выброса альдегидов (особенно ацетальдегида) не должно вызывать особых опасений, поскольку содержание альдегидов в отработавших газах бензина без добавки оксигенатов находится на уровне 0-0,2% и увеличение в 1,5-2 раза приведет к содержанию альдегидов в отработавших газах бензинов с окси-генатами на уровне всего 0-0,3% [27].

В России допущены к применению в составе автомобильных бензинов: метанол до 3%, этанол до 5%, МТБЭ до15%, изопропанол до 7%, втор-бутанол до 10%, mpem-бутанол до 7%.

СПИРТОВЫЕ ТОПЛИВА

Из большого числа алифатических спиртов в качестве моторных топлив нашли применение только метанол и этанол. Это обстоятельство обусловлено значительными объемами их производства - десятки миллионов тонн, высокими детонационными свойствами, возможностью экономии нефтяных ресурсов при условии производства этих спиртов из альтернативных источников сырья.

Ограниченность их использования в качестве моторного топлива связана с целым рядом общих недостатков, присущих этим спиртам как моторным топливам.

Среди основных недостатков следует выделить следующие:

- пониженная (почти в 2 раза) по сравнению с углеводородными топливами теплота сгорания, что оказывает отрицательное влияние на мощ-ностные характеристики двигателя;

- низкая энергоплотность спиртов по сравнению с углеводородными топливами (16 МДж/л для метанола и 21 МДж/л для этанола против 32 МДж/л для бензина) приводит к увеличению почти в 2 раза удельного расхода спиртового топлива и требует для обеспечения одинакового запаса хода почти вдвое большего объема топливного бака;

- низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения, в 4-5 раз превосходящая эти показатели углеводородных топлив, затрудняет, а иногда даже делает невозможным пуск двигателя при низких температурах; запуск карбюраторных двигателей на спиртовых топливах невозможен уже при температуре ниже +10 °С; для устранения этого недостатка в спирты добавляют 6 - 10% изо-пентана или диметилового эфира, что обеспечивает пуск двигателей при температурах до -20-25 °С; возможна также установка специальных подогревателей спиртовых топлив, что усложняет конструкцию двигателя [4] ;

неограниченная растворимость воды в метаноле и этаноле, контакта с которой практически невозможно избежать при хранении, транспортировке, заправке автомобилей и прочих операциях; попадание даже небольшого количества воды резко ухудшает эксплуатационные свойства спиртовых топлив и приводит к вымыванию спиртов из бензина и переходу их в нижний водно-спиртовой слой; высокая коррозионная агрессивность самих спиртов и особенно продуктов их превращений (низкомолекулярные кислоты, альдегиды и т.п.), усиливающаяся в присутствии воды; спирты оказывают отрицательное влияние на резинотехнические и пластмассовые детали оборудования и двигателей, вызывая их набухание (а иногда и растворение), изменение геометриче­ских размеров со всеми вытекающими последствиями;

в отработавших газах при использовании спирто­вых топлив обнаружены альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, содержание которых в 1,5-2 раза выше по сравнению с использованием углеводородных моторных топлив; переход с углеводородных топлив на спиртовые требует существенной модернизации или перерегулировки системы подачи топлива, в частности, соотношения воздух: топливо, которое для спиртовых топлив значительно ниже из-за наличия кислорода в последних, а также изменения степени сжатия и других параметров двигателя.

Для устранения или нивелирования перечисленных недостатков необходимо применять специальные меры, как то:

- ограничение или лучше устранение возможности контакта с водой и водяными парами или прове-­дение осушки спиртов перед заправкой в автомобиль; оба варианта чрезвычайно трудно реализуемы в больших масштабах;

- использование металлов или различных покрытий, не подвергающихся коррозии при контакте со спиртовыми топливами или введение в спирто-­вые топлива специальных антикоррозионных присадок (-ингибиторов коррозии); и тот и другой методы борьбы с коррозионной агрессивностью спиртовых топлив ухудшают экономические показатели их применения;

- замена резинотехнических и пластмассовых изде­лий, подвергающихся воздействию спиртовых топлив на материалы, стойкие к такому воздействию;

- разработка каталитических нейтрализаторов отработавших газов, способных обеспечить окисление альдегидов, кислот и других продуктов неполного сгорания спиртовых топлив до воды и диоксида углерода;

- организация производства двигателей, специально предназначенных для работы на спиртовых то-пливах.

Кроме перечисленных общих недостатков каждому из спиртов присущи и свои недостатки, рассмотренные ниже.

Поэтому значительно большее применение метанол и, особенно, этанол нашли в качестве добавок к углеводородным топливам, решая при этом задачи улучшения эксплуатационных свойств последних - с одной стороны и экономии нефтяных ресурсов - с другой.

К положительным качествам метанола и этанола в первую очередь относятся высокие антидетонационные свойства, что позволяет повысить степень сжатия в камере сгорания до 12-14 и снизить удельный расход энер­гии на единицу мощности (повысить кпд двигателя).

При использовании спиртовых топлив снижается содержание токсичных веществ в отработавших газах. Так, при работе автомобиля «Mercedes Benz» на бензине и метаноле были получены следующие результаты в г/цикл (числитель - по европейскому ездовому циклу, знаменатель - по циклу CVS-2) [4]:

Снижение содержания оксидов азота обусловлено ме­ньшей (на 150 °С) температурой горения метанола по сравнению с бензином; более полное сгорание метанола за счет содержания в его молекуле кислорода обеспечиват снижение содержания СО и [СН] в отработавших газах. Высокие антидетонационные свойства спиртов определяют их преимущественное использование в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием.

Использование спиртов в дизельных двигателях затрудняется из-за низких цетановых чисел, высокой температуры самовоспламенения (в 1,5-2 раза выше этого показателя для дизельного топлива) и низких смазывающих свойств, ведущих к повышенному износу топливных насосов [4].

Работа дизельных двигателей на спиртовых топливах возможна при следующих условиях:

- введение в спирты присадок, улучшающих их воспламеняемость (повышающих цетановое число); так, введение 20% циклогексилнитрата в этанол и метанол повышает их цетановые числа с 8 и 3 до 60 и 53 единиц соответственно.

- переоборудование дизельного двигателя в двигтель с искровым зажиганием, что требует установки дополнительного электрооборудования;

- добавка спиртов в дизельное топливо с высоким цетановым числом;

- для улучшения смазывающих свойств спиртов требуется введение специальных противоизносных присадок.

Все перечисленные мероприятия приводят к существенному удорожанию спиртовых топлив, к усложнению конструкции двигателя и т.п., и в конечном счете к ухудшению экономических показателей.

При использовании чистых спиртов отмечены повышенные износы деталей цилиндро-поршневой группы в обоих типах двигателей - бензиновом и дизельном. Основными причинами этого являются:

- попадание в камеру сгорания значительного количества неиспарившегося спирта, обусловленное высокой теплотой испарения, и смыв им смазки, приводящие к износу уплотнительных колец и стенок цилиндра;

- попадание спирта в картер двигателя и образование в нем масло-водо-спиртовой эмульсии, обладающей плохими смазывающими свойствами, что при­водит к износу трущихся деталей карданного вала;

- взаимодействие спиртов в картере с присадками, введенными в состав масла и снижение противоизносных свойств масла.

Рассмотренные недостатки чисто спиртовых топлив перекрывают их достоинства при использовании в качестве моторных топлив, и это привело к тому, что спиртовые топлива не применяются в дизельных двигателях и нашли ограниченное применение в двигателях с искровым зажиганием, в основном в спортивных автомобилях.

Поэтому в настоящее время все более широкое применение находят так называемые смесевые топлива, т.е. углеводородные топлива, содержащие низкомолекулярные спирты, чаще этанол, в количествах от нескольких процентов (5-10) до десятков процентов (85-95). В последних углеводородное топливо выполняет роль одоранта.

МЕТАНОЛ И БЕНЗИНО-МЕТАНОЛЬНЫЕ ТОПЛИВА

Метанол (метиловый спирт) или древесный спирт представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым и чуть острым запахом. Хорошо смешивается с водой. Физические и химические свойства метанола приведены в табл. 23.

Метанол в России вырабатывается по ГОСТ 2222-95 (метанол технический синтетический) двух марок А и Б; ежегодная выработка метанола в России находится на уровне около 1,8-2,0 млн т.

При практически одинаковых антидетонационных свойствах метанола, этанола, МТБЭ и ТАМЭ наиболее эффективной добавкой в отношении снижения эмиссии СО, СН и NO_X является метанол.

Использование метанола требует переоборудования двигателя и топливной системы: перерегулировки карбюраторов бензиновых двигателей, увеличения объема топливных баков, новых смазочных материалов, замены эластомеров и прокладочных материалов, специальных противокоррозионных топливных баков или применения специальных присадок.

При температурах ниже +10 °С давление насыщен­ных паров метанола настолько низкое, что запустить холодный двигатель на нем очень трудно.

Для стехиометрического горения метанола требуется в два раза меньше воздуха, чем для бензина, поэтому объем подачи метанола должен быть увеличен в два ра­за по сравнению с бензином. Однако современные дви­гатели и их модификации смогут хорошо работать на метаноле, при этом технические характеристики двигателя улучшаются: повышается кпд, благодаря внутрен­нему охлаждению и повышению степени сжатия.

Применение метанола в качестве топлива обеспечивает снижение до 50% концентрации токсичных веществ в отработавших газах, однако возможно увеличение в них концентрации альдегидов.

Объем производства метанола в мире составляет 30-32 млн т в год, что составляет всего около 3% от объема производства бензина; таким образом, метанол не может заменить бензин в полном объеме и может рассматриваться в лучшем случае как возможный компонент автомобильных бензинов.

Безводный метанол при обычных температурах хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, но даже малейшее попадание воды вызывает расслаивание смеси [22]. Стабилизация бензино-метанольных смесей может быть осуществлена введением высокомолекулярных спиртов С₄-С₈ в количестве, сравнимом или вдвое меньшем метанола в смеси, что приводит к удорожанию топлива и не решает проблемы стабилизации до конца.

В России в качестве добавки разрешено вводить до 3% метанола с обязательным введением стабилизатора. За рубежом (в США) в сравнительно небольших количествах используется топливо М-85, содержащее 85% метанола и 15% бензина и в значительно меньших объемах топливо М-100, т.е. «чистый» метанол, в основном в гоночных автомобилях. Последнее объясняется высо­ким октановым числом метанола (111 и 94 по исследовательскому и моторному методу соответственно), позволяющим повысить степень сжатия до 12-14 и тем самым увеличить мощность двигателя, что особенно важно для участия в гонках.

Для вовлечения в состав моторного топлива в США используется всего около 170 тыс. т метанола, что соста­вляет около 0,04% от выработки бензина в США; в странах Западной Европы для этих целей расходуется около 2 млн т [24].

Метанол используется на автотранспорте в ФРГ: бен-зометанольные смеси (до 15% метанола) M15 и M100 - метанол с добавкой до 5% низкокипящих бензиновых фракций.

В Китае проводятся длительные (в течение почти 20 лет) широкомасштабные испытания бензино-мета­нольных смесей на различных марках автомобилей, в разных условиях, с определением эксплуатационных свойств, выявлением оптимальных составов, уточни ются экономические и экологические аспекты примене­ния таких топлив [19].

В Японии с 1993 г. допущены к коммерческой эк­сплуатации автомобили, использующие в качестве то­плива бензин М-85 с содержанием метанола 85%.

В США была проведена сравнительная оценка безопасности использования пяти топлив: М85, М92, M100, бензина и дизельного топлива [40]. Эта оценка основы­валась на расчете риска здоровью и безопасности и включала: утечки из топливного бака; характеристики сгорания топлива (воспламенение, вспышка, видимость пламени, передача теплоты излучением); токсическое действие на человека при попадании внутрь, вдыхании, попадание на кожу и в глаза. Результаты этой оценки представлены на рис. 8.

Как видно из представленных данных, полный риск для здоровья и безопасности у топлив М85, М92 и M100 приблизительно одинаков, и риск использования метанольных смесей (М85 и М92) и чистого метанола (М100) расположен между бензином и дизельным топливом.

Рис. 8. Токсичные и пожароопасные свойства топлива

В середине 80-х гг. прошлого столетия в СССР проводились длительные и всесторонние испытания бензино-метанольных смесей, содержащих 5 и 15% метанола - БМС-5 и ВМС-15, которые наряду с положительными результатами имели много недостатков, что не позволило рекомендовать их к широкому применению.

В России на основе метанола разработаны рецептуры нескольких октаноповышающих добавок к бензинам, в частности добавка «ОДЭ-М» (ТУ 0258-080-11726438-2000), содержащая стабилизатор, моющую присадку и ингибитор коррозии.

Наряду с отмеченными недостатками широкому использованию метанола в качестве моторного топлива или его компонентов препятствуют экономические показатели. Так, по расчетам специалистов стоимость производства 1 галлона (3,785 л) метанола составляет 2,34 и 1,19 долларов при получении синтез-газа из угля и природного газа соответственно, а производство эквивалентного количества бензина (около 2 л) в пределах 0,5-0,7 долл.

ЭТАНОЛ И БЕНЗИНО-ЭТАНОЛЬНЫЕ ТОПЛИВА.

Несмотря на более высокую стоимость по сравнению с метиловым спиртом, этанол используется в качестве моторного топлива в значительно больших объемах. Так, в США в моторных топливах используется более 4 млн т этанола, что составляет около 1,3% от объема производства бензина, а использование метанола не превышает 200 тыс. т. Это обстоятельство обусловлено следующими преимуществами этанола:

- более высокая теплотворная способность - на 35% выше таковой для метанола;

- лучшая растворимость в бензине;

- меньшая коррозионная агрессивность по отношению к резинотехническим изделиям и металлам;

- значительно меньшая токсичность;

- бензины, содержащие этанол, характеризуются лучшими антидетонационными свойствами.

«Пионером» в использовании этанола в качестве моторного топлива был Генри Форд, который в 1880 г. создал первый автомобиль, работавший на этаноле. Возможность использования спиртов в качестве моторного топлива была показана также в 1902 г., когда на конкурсе в Париже были выставлены более 70 карбюраторных двигателей, работающих на этаноле и смесях этанола с бензином [24].

Однако, несмотря на эти первоначальные опыты, широкое применение этанола в качестве моторного топлива началось во многих западных странах в 70-х и особенно в 80-90-е гг. прошлого столетия, что было обусловлено нефтяными кризисами 70-х гг. и резко возросшими требованиями к экологическим свойствам моторных топлив в 80-90-е гг.

В табл. 24 представлены требования, предъявляемые к топливному этанолу ASTM D 4806-98 «Денатурированный топливный этанол, предназначенный для использования в качестве топлива для двигателей с искровым зажиганием».

Таблица 24 - Наименование показателя

Этанол в промышленности получают несколькими способами [19]:

- методом прямой или сернокислотной гидратации этилена, так называемый синтетический этанол;

- гидролизом непищевого растительного сырья - гидролизный этанол;

- ферментативной переработкой пищевого растительного сырья - пищевой этанол.

При производстве этанола методом прямой гидратации этилена используются фосфорнокислотные катализаторы на твердом носителе; процесс протекает при температуре 260-280 °С и давлении 7-8 МПа. Существенным недостатком этого процесса являются низкая конверсия сырья (4-5%) за проход, что приводит к необходимости рециркуляции больших количеств непревращенного сырья, а также высокая коррозионная агрессивность катализатора и его унос из зоны реакции. Лучшими свойствами обладают твердые вольфрамовые катализаторы, но они значительно дороже фосфорнокислотных. Процесс сернокислотной гидратации является процессом устаревшим и в настоящее время применяется ограниченно.

Синтетический этанол вырабатывается в России по ТУ 2421-117-00151727-98 «Спирт этиловый синтетический денатурированный» трех марок - А,Б,В.

Сбраживанием продуктов гидролиза древесины получают гидролизный этанол. Необходимые для сбраживания сахара получают гидролизом древесного сырья - опилки, щепа и другие отходы деревообработки. Сырье (целлюлоза), содержащее полисахариды, обрабатывают 0,5%-ным раствором серной кислоты при 180 °С и 1-1,5 МПа, что приводит к образованию глюкозы, которую затем подвергают спиртовому брожению. Полученный таким образом водный раствор этанола подвергают ректификации. В результате получают спирт этиловый ректификованный технический с содержанием этанола не менее 96,2% об. В России такой спирт вырабатывается по ГОСТ 18300-87 на гидролизных и биохимических предприятиях.

При получении этанола из пищевого сырья используются такие растительные продукты, как зерно, картофель, сахарный тростник, кукуруза и др., содержащие крахмал или углеводы. Сущность метода заключается в сбраживании этих продуктов при помощи бактерий, перерабатывающих углеводы в этанол. В соответствующих районах тропиков с одного гектара посевов сахарного тростника можно получать свыше 4000 л этанола.

Синтетический этанол является наиболее дешевым продуктом по сравнению с этиловым спиртом, полученным другими процессами. Соотношение себестоимости синтетического, гидролизного и ферментативного этанолов - 1;0:4,2:3,5.

По ориентировочным оценкам ВНИИ НП мощности по производству этанола в России, который может быть использован в составе бензинов, составляют около 320 тыс. т (около 1% от объема производства бензина), в том числе 200 тыс. т гидролизного и 120 тыс. т синтетического этанола.

Необходимо отметить, что «чистый» этанол крепостью 95% и более используется в качестве моторного топлива в сравнительно небольших объемах, наиболее широко применяются различные смеси бензина с эта­нолом, содержащие от 5-10 % до 85-95% этанола, при этом в основном используется этанол, полученный из возобновляемых источников растительного сырья, иногда называемый биоэтанолом. Для производства биоэтанола требуется значительно больше энергии, чем для производства традиционного топлива (бензина) из нефти. Энергия, необходимая для посадки, ухода, производства удобрений, уборки и переработки (ферментация) зерна, сахарного тростника или кукурузы практически равна энергосодержанию полученного биоэтанола. В то же время затраты энергии на производство топлива из нефти составляют около 10-30% от энергосодержания полученного топлива [7].

В 80-х гг. прошлого века начинается массовое использование бензинов, содержащих 5-10 («Газохол»), 15 (Е15) и 22% этанола в Бразилии, США, Швеции, Голландии, Франции, Канаде и Колумбии. На заправочных станциях продают смеси бензина с этанолом E 10(10% этанола), Е85 (85% этанола), E 95 (95% этанола) и «чистый» этанол E 100. Типовое топливо E 10, в котором этанол заменяет МТБЭ, обеспечивает безопасную эксплуатацию всех типов современных автомобилей.

Наиболее широко этанол в качестве моторного топлива используется в Бразилии, что обусловлено небольшой добычей нефти в этой стране и значительными возможностями по производству этанола из растительного сырья - сахарного тростника. Более 90 % автомобилей в Бразилии используют моторное топливо, в большем или меньшем количестве содержащее этанол, что определяется нежеланием страны зависеть от импорта нефти [7]. В Бразилии еще в 1931 г. была принята программа, предусматривающая обязательное примене­ние 5% этанола в составе бензина. В 2000 г. содержание этанола было доведено до 20%. В ближайшие годы этанол будет составлять в среднем около 24% в топливном балансе страны. Бразилия является крупнейшим производителем этанола в мире от 8,9 до 10,5 млн т в год, что составляет 57% мирового производства этанола. Практически весь этанол в Бразилии получают ферментацией сахарного тростника или черной патоки [25]. Около 240 тыс. т топливного этанола Бразилия импортирует из других стран. Все это стало возможным благодаря Национальной программе (1970 г.) по широкомасштабному использованию этанола в качестве автомобильного топлива и субсидиям правительства, которые, в свою очередь, получили соответствующую финансовую поддержку Мирового банка, а также благодаря государственным гарантиям закупки строго определенного количества продукции у государственной нефтяной ком­пании PETPOBRAS.

Значительное место занимает этанол и в производстве моторных топлив в США, как октаноповышающая добавка в количестве до 10% (так называемый «Газохол»). В 2002 г. в США было выработано около 6,5 млн т этанола, главным образом из возобновляемого сырья - кукурузы. Законопроект, внесенный в Сенат США, предусматривает установление стандарта на топлива из возобновляемых источников сырья (renewable fuel standard, RFS), в соответствии с которым в товарном бензиновом фонде страны должно применяться до 15,5 млн т этанола в год в 2012-2014 гг. Этот же законопроект предусматривает запрет на применение МТБЭ [26]. Принятие стандарта RFS и запрет на МТБЭ приведут к повышению цен на реформулированный бензин, составляющий 34% бензинового фонда страны, на 2 цента за литр. Сенат США продлил налоговые льготы на этанол до 2007 г., которые чрезвычайно важны, так как стоимость 1 л этанола примерно в 2,5 раза дороже стоимости бензина.

В соответствии с «Законом о возобновляемых топливах для обеспечения энергетической безопасности США» содержание этанола в бензине должно быть увеличено с 1,3 до 5%, что при производстве бензина в 380-400 млн т потребует производства этанола на уровне 15-20 млн т.

Прогноз в производстве моторного топлива (главным образом этанола) из возобновляемых источников сырья приведен на рис. 9 [25].

Бензино-этанольное топливо E 85 (85% этанола и 15% бензина оказалось наиболее приемлемым для работы новой топливной системы - FFV (flexible fuel vechicle-автомобиль с гибкой топливной системой). Автомобили с FFV должны обладать рядом новых характеристик:

- они должны иметь единый топливный бак для любого вида горючего, как для бензина, не содержащего этанол, так и для 100%-ного спирта и соответственно должны иметь систему автоматической перенастройки и поддержания необходимого соотношения топливо:воздух в зависимости от состава топлива;

- резинотехнические изделия должны быть устойчивы по отношению к спирту и бензину;

- энергетические характеристики должны быть на должном уровне;

- неполное сгорание этанола приводит к увеличению содержания альдегидов в отработавших газах, поэтому использование каталитических нейтрализаторов является необходимым.

Рис. 9. Прогноз по моторным топливам из возобновляемого сырья

Компания «General Motors» приступила к выпуску FFV - автомобилей в 1990 г. и в 1992 г. было произведено 50 автомобилей Chevrolet Lumina Variable Fuel Vehicles (VFS), в 1993 г. - 320.

В 1994 г. компания Ford построила несколько автомобилей, использующих топливо E 85, Taurus FFV. В марте 1998 г. компания Ford Motor Co. и компания Mobil Со. заключили соглашение по быстрейшему созданию автомобилей FFV. Обе компании отметили, что без союза нефтепереработчиков и автомобилестроителей решение этой проблемы невозможно. В 1999 г. Ford планировал выпустить 250 тыс., а в 2000 г. - 500 тыс. автомобилей с FFV.

В 2002 г. компания Daimler Crysler продала миллионный автомобиль, использующий в качестве топлива E 85, а всего в США к 2002 г. около 2 млн автомобилей будут оснащены системой FFV [79]. В Нью-Йорке находятся в эксплуатации около 40 автобусов - FFV.

В Канаде внимание к этанолсодержащему бензину стало проявляться с конца 70-х гг., что было обусловлено в основном экологическими проблемами. Исследования, проведенные в Канаде, показали, что использование топлива E 85 позволяет снизить выбросы газов, вызывающих парниковый эффект, на 37% (для E 10 только на 4%). Содержание токсичных веществ в отработавших газах снижается в % - оксида углерода на 25- 39, оксидов азота на 30, канцерогенных ароматических углеводородов на 50, летучих органических соединений на 30 [19]. Расчеты показывают, что, если бы весь бензин, продаваемый в Канаде, содержал 10% этанола, потребовалось бы около 8 млн т зерна на его производство. В 1997 г. в Канаде произведено 50 млн т зерна, из которых 24 млн т на экспорт. Основной проблемой внедрения бензина, содержащего этанол, в Канаде являлось отсутствие гарантий со стороны производителей автомобилей. В 1979 г. такие гарантии были получены при условии, что бензин будет содержать не более 10% этанола.

Из западноевропейских стран серьезное внимание использованию этанола, получаемого из возобновляемого сырья, в качестве альтернативного компонента бензинов и дизельных топлив, уделяется в Швеции. С применением таких топлив эксплуатируют 100 грузовых автомобилей, работающих в тяжелых условиях, 600 легковых автомобилей и 300 автобусов. Шведское налоговое законодательство освобождает от уплаты налога на топливо E 85 полностью, если оно используется в автобусах. Налог на бензин, содержащий этанол, уменьшается пропорционально доли этанола в топливе.

Европейское сообщество в настоящее время разрабатывает стратегию, целью которой является проникновение на рынок 7% моторных топлив из возобновляемых источников. Ожидается, что использование этанола и биодизельного топлива к 2015 г. составит около 18 млн т.

В отличие от ситуации в США и Европе в Азии использование возобновляемых источников для производства моторных топлив значительно менее централизовано. С 2003 г. в девяти штатах Индии обязательно использование бензино-этанольных смесей. Весь бензин, продаваемый в этих штатах и четырех союзных территориях Индии, должен содержать по крайней мере не менее 5% этанола.

В Австралии намечено к 2010 г. довести производство топлив из возобновляемых источников сырья до 280 тыс. т, для чего планируется строительство пяти новых заводов. В 2000 г. в Австралии общее производство топливного этанола составило 32 тыс. т, большей частью в виде 10%-ной добавки к бензину.

Значительное внимание использованию этанола в ка­честве компонента моторного топлива уделяется в странах бывшего СССР. Правительство Украины 20 июня 2000 г. приняло программу «Этанол», предусматривающую выпуск кислородсодержащей добавки к бензинам на базе этанола, получаемого из сельскохозяйственного сырья и бензинов, содержащих эту добавку. Были разработаны ГОСТ на бензин, содержащий этанол «Бензины моторные смесевые» (ГСТУ 320.00149943.015-2000) и ТУ У 30183376.001 на высокооктановую кислородсодержащую добавку на базе этилового спирта (ВКД), Содержание ВКД во всех марках бензинов А-80Ек, А-92Ек, А-95Ек, А-98ЕК не более 6%. Производство ВКД организовано на нескольких спиртзаводах Украины, и их мощность в 2000 г. составляла около 100 тыс. т.

В августе 2000 г. сейм Литвы принял закон о биотопливе, в соответствии с которым в республике будет выпускаться бензин с 7% этанола, что позволит сэкономить около 30 тыс. т нефти в год и на 25-30% сократить загрязнение окружающей среды токсичными продуктами отработавших газов.

Аналогичные проекты программ «Этанол» разрабатываются в Белоруссии, Узбекистане и Азербайджане. На основании положительных результатов испыта­ний, проведенных ОАО «ВНИИ НП» совместно с ОАО «АвтоВАЗ», бензины, содержащие до 5% этанола, были допущены к производству и применению на автомобильной технике.

В настоящее время разрешение на производство бензина по ТУ 38.401-58-244-99 «Бензины автомобильные неэтилированные, содержащие этанол» имеют предприятия отрасли (ОАО «ЛУКОЙЛ-Волгограднефтепереработка», ОАО «Новокуйбышевский НПЗ») и ряд нефтебаз.

Октаноповышающие добавки на основе этанола в России выпускают [19]:

- ЗАО «Нефтехимия» (бывший Самарский завод «Этанол») - «Многофункциональная добавка на основе этанола» (ТУ 38.401-58-260-00);

- Хорский гидролизный завод и Кировский биохимический завод - «Продукт спиртосодержащий для повышения октановых чисел бензина» (ТУ 9291-001-32465440-98);

- ЗАО НПО «Химсинтез» - «Октаноповышающая добавка для автомобильных бензинов «ОДЭ» (ТУ 0258-072-11726438-2000);

- ЗАО «Канский биохимический завод» - «Спирт этиловый топливный денатурированный» (ТУ 2421-009-05754593-2001).

Для Бобруйского гидролизного завода (Республика Беларусь) разработана рецептура добавки ВКДЭ (ТУ 38.401-58-318-2002), сочетающая в себе антидетона­ционные и антикоррозионные свойства, включающая стабилизатор, который позволяет сохранять гомогенность бензинов при низких температурах в присутствии небольших количеств воды.

ОАО «ВНИИ НП» совместно с ЗАО НПО «Химсинтез» разработан национальный стандарт - ГОСТ P 52201-2004 «Этанольное моторное топливо для автомобильных двигателей с принудительным зажиганием. Бензанол. Общие технические требования». Настоящим стандартом устанавливаются основные технические требования к топливам «Бензанолам», а также основные требования по безопасности и охране окружающей среды. Необходимость разработки этого ГОСТа связана с тем, что бензанолы являются самостоятельным видом продукции, принципиально отличающимся от бензинов по техническим характеристикам. В отличие от общетехнических требований, нормируемых в автомобильных бензинах к бензанолам предъявляются дополнительно следующие требования:

- объемная доля этанола в пределах 5- 10%;

- содержание кислорода не более 3,5%;

- антикоррозионные свойства (степень коррозии стального стержня);

- фазовая стабильность (температура помутнения). Кроме того, в связи с использованием в бензанолах этанола к ним могут предъявляться специальные меры государственного регулирования производства и оборота бензанолов.

На бензанолы наряду с ГОСТ разработаны и утверждены технические условия (ТУ 38.401-58-330-2003), в которых в зависимости от детонационной стойкости (по исследовательскому методу) предусматривается произ­водство трех марок бензанолов БИ-80, БИ-92 и БИ-95.

Основным препятствием широкого использования этанолсодержащих моторных топлив является высокая стоимость этанола - в среднем вдвое превышающая стоимость бензина, во многом определяется акцизным сбором, который одинаков и для пищевого этанола, и для этанола денатурированного, используемого для технических целей, в том числе и в качестве моторного топлива.

Проблема денатурации этилового спирта и акцизного сбора известна с середины XIX в. Так, в 1855 г. в Англии был издан Указ, освобождающий технический этиловый спирт от акцизного сбора, который делал убыточной любую непитьевую область применения спирта. Такие технические области уже появились, но развивались слабо из-за высоких налогов на спирт.

Освобождение от акцизов требовало непременной денатурации, т.е. смешения чистого спирта с какой-нибудь дурно пахнущей и красящей добавкой. Из денатурата нельзя изготовить спиртовые напитки, поэтому операция смешения ограждала казенную монополию торговли ликеро-водочными изделиями. Акцизный чиновник по цвету и запаху мог легко установить назначение спирта - питьевое (тогда взимался налог) или техническое (беспошлинное). Но денатурация не всегда давала эффект.

Началась эпоха состязаний между законодателями и потребителями. Законодатели требовали превращения «духа вина» и «воды жизни» едва ли не в самую зловонную жидкость из применяемых в технике. С другой стороны, слишком усердная денатурация часто мешала не столько питьевому, сколько техническому, и прежде всего, химическому использованию спирта. К 30-м гг. прошлого века рецептура денатурации устоялась: добавки мешали «нецелевому» потреблению, не нарушая технических требований промышленного использования. В разных странах, в разное время и в разных дозах в спирт добавляли: метанол, бензин, бензол, йод, йодистый калий, диэтилфталат, этилацетат, толуол, нитробензол, ацетон, метилизобутил-кетон, этиламины, ацетальдегид, керосин, пиридин и др.

В России для денатурации этанола допущены к при­менению кротоновый и уксусный альдегиды, диэтило-вьгй эфир, спирты С₃-С₄, ацетон, скипидар и другие вещества с резким запахом в к