Природные заменители нефтяных топлив

Ископаемые топлива образовывались в земной коре в течение миллионов лет. Эти твердые, жидкие и газообразные энергоносители до настоящего времени являются наиболее обширными источниками энергии, потребляемой человечеством. Раньше других топлив был использован уголь, имевший огромное значение в эпоху паровых машин. Но для современных механических транспортных средств необходима нефть и ее дистилляты, поскольку жидкое топливо обладает высокой плотностью энергии и возможностью легко образовывать горючую смесь с воздухом. В начале развития моторизации в наибольшей степени требовался бензин, а после изобретения двигателя внутреннего сгорания с воспламенением от сжатия – также и дизельное топливо. Природный газ относится к второстепенным (с точки зрения использования для автомобильных двигателей) топливам, так как хранимый в стальных баллонах сжатый газ обладает существенно меньшей плотностью энергии, его заправка, транспорт и перекачка не так удобны, как бензина и дизельного топлива.

Постоянный рост потребности в бензине и дизельном топливе, а также данные исследований о запасах нефти привели к выводу, что уже в ближайшем, будущем спрос на нефть будет превышать ее добычу и возможно возникновение критической ситуации. Вследствие этого потребуется либо исключить часть транспортных средств из эксплуатации, либо искать заменители ископаемого топлива. В табл. 1 ниже приведены оцениваемые мировые запасы нефти по состоянию на 1979 г. Хотя и сегодня открывают новые месторождения нефти, но почти все они находятся на больших и труднодоступных глубинах, под морским дном или в нефтеносных песках. Большую часть запасов топлива, созданных природой за 100 миллионов лет, современная цивилизация смогла исчерпать за 100 лет [2]. В результате сжигания топлива в атмосферу поступает окись углерода, которая вместе с водяным паром снова превращается в углеводородное топливо, но лишь через миллионы лет.

За более короткий период образуется биологическая масса, например, древесина, сахарный тростник, картофель, из которых также можно получить углеводородное топливо. Однако эти сельскохозяйственные продукты необходимы для жизни человечества и не в состоянии заменить убывающие запасы нефти. Поскольку запасы некоторых видов ископаемых топлив могут быть исчерпаны в течение уже ближайшего столетия или даже нескольких десятилетий, необходимо как можно быстрее не только найти им заменители, но и искать новые типы силовых установок и приводов автомобилей [3].

В ближайшее время наиболее необходимы будут те типы жидкого топлива, которые потребляются автомобильными двигателями внутреннего сгорания, поскольку развитые технологии их производства, современное состояние автомобильного парка, имеющаяся обширная сеть автомобильного сервиса для перехода на другие типа топлива потребуют больших преобразований. Поэтому в первую очередь появятся добавки к бензинам, которые вызовут минимальные изменения в современном автомобиле. В меньшей мере для этого будут использованы спирты. Это, конечно, не будет окончательным решением проблемы, поскольку по мере уменьшения запасов нефти более высокой будет становиться стоимость бензина и дизельного топлива. Поэтому рентабельным станет производство бензина способом гидрогенизации угля. Этот метод уже доcтаnочно разработан, а запасы угля относительно велики. Ведутся также исследования по производству бензина из нефтеносных песков. В настоящее время пытаются сжигать их непосредственно в земле, не ведя подземных разработок, а на поверхности только перерабатывать полученные таким образом газы. Разумеется, при этом необходимо исключить истребление растительности на обширных пространствах, а также загрязнение атмосферы отходами химических производств такого типа.

Природный газ

Природный газ представляет собой важный источник энергии и в настоящее время в возрастающей степени используется в промышленных целях и быту. Его применение в автомобилях облегчает пуск двигателя и способствует более равномерному распределению топлива между цилиндрами. Замена и заправка газовых баллонов является, однако, трудоемкой операцией и, кроме того, баллоны занимают в автомобиле много места. Газосмеситель (обычно двухступенчатого типа) подогревается жидкостью системы охлаждения двигателя. Данные о запасах природного газа и пути его использования позволяют предполагать, что он будет исчерпан позднее нефти.

Уголь

Среди запасов ископаемых топлив запасы угля являются наибольшими. Поскольку их хватит на несколько десятилетий дольше, чем запасов нефти, то на тепловых электростанциях в последнее время вместо нефти вновь стали использовать уголь; кроме того, уголь представляет собой .важнейшее сырье для химической промышленности. Непосредственное использование угля для привода автомобиля остается до настоящего времени нерешенной проблемой. Ведутся исследования по сжиганию тонко измельченного угольного порошка, вдуваемого сжатым воздухом непосредственно в цилиндр дизеля [4]. Однако эта задача является чрезвычайно трудной и, по-видимому, в ближайшее время решена не будет.

Биомасса

Под биомассой понимаются растения, в которых протекает процесс фотосинтеза, т. е. процесс образования органических веществ из углекислого газа и воды под действием солнечного света, сопровождающийся выделением энергии. К таким растениям относятся прежде всего зерновые культуры, картофель, сахарный тростник, деревья, водная растительность, а также их омертвевшие остатки.

Около 2/3 земной поверхности поставляют ежегодно 75 млрд. т биомассы, что соответствует десятой части мирового потребления энергии. Разумеется, эти вещества используются, в первую очередь, для обеспечения людей продуктами питания. В то же время большая часть поверхности занята под лесной растительностью, некоторые площади малоурожайны или же труднодоступны и в этой связи большое внимание привлекает возможность использования производимой на них биомассы в целях изготовления топлива для автомобильных двигателей. Прежде всего, речь идет об этиловом спирте (этаноле). Однако из биомассы невозможно получить количество этанола, достаточное для удовлетворения потребности мирового автомобильного парка в топливе. Подсчитано, например, что в Бразилии, где этанол в качестве топлива для автомобилей уже нашел применение, для замены им 20 % потребляемых традиционных топлив под сахарный тростник следует занять площадь, равную территории Бельгии.

В любом случае производство топлива из биомассы выгодно для развивающихся стран, не обладающих запасами нефти или газа, так как экономит их валютные резервы на импорт необходимых топлив и, что весьма важно, обеспечивает занятость многих людей в этих странах. Путь доставки топлива от изготовителя к потребителю относительно короток, поскольку его производство отличается простотой и позволяет построить небольшие предприятия по производству этанола и в густонаселенных районах. Установлено, что можно добавлять 25 % этанола к бензину и 10 % этанола к дизельному топливу и использовать эти смеси без больших изменений в автомобиле [5].

В Чехословакии перед второй мировой войной нашло широкое применение использование спирта, получаемого из картофеля, для добавки в моторное топливо.

С экологической точки зрения, зеленую растительность очень выгодно использовать для производства энергоносителей и других важных продуктов, так как отходом при этом является кислород.

В то же время все интенсивнее будут потребляться сельскохозяйственные культуры для обеспечения людей продуктами питания, поэтому производство спирта из зерна, картофеля и сахарного тростника будет значительно ограничено.

В последнее время большое внимание привлекло растение под названием маниок. Эта культура не требует плодородных почв и может выращиваться на землях, где, кроме него, почти ничего не произрастает. Листья, стебли и ветви этого растения идут на корм домашнему скоту, а корни используются при производстве спирта. Для развивающихся стран эта сельскохозяйственная культура особенно выгодна.

Во Франции большое внимание уделяется производству из продуктов сельского.хозяйства бензина сорта «Карбюроль». Французское правительство построило предприятие, которое может производить ежедневно 1 т бензина этого сорта. Одновременно строится другое предприятие мощностью уже 10 т бензина в сутки. Планируется, что 10 % этого бензина будет добавляться в бензин сорта «Супер», причем величина добавки постепенно возрастет до 20—25 %.

Природные заменители нефтяных топлив

Природный газ

Уголь

Биомасса

Читайте также

Сноски

Комментарии