 |
Использование нетрадиционных видов топлива
|
|
|
|
Европа настолько обеспокоена автомобильным загрязнением, что готова хотя бы иногда обходиться без машин. Хотя дышится там куда свободнее, чем в российских городах. Ежегодно в конце сентября в Старом Свете устраивается акция под девизом "Центр города без моего автомобиля".
Особенно активно она проходит во Франции - здесь 68 городов поддерживают инициативу экологов. В этот день большинство горожан добиралось до нужных мест на общественном транспорте, электромобилях, велосипедах, роликовых коньках, пешком. Благодаря этому мероприятию общее загрязнение воздуха во Франции в эти дни снизилось на 20 - 30%.
А в Италии каждые четыре недели в 145 крупных городах проводится "воскресенье без машин". И загрязнение воздуха в эти дни снижается на 30%.
Евросоюз разработал программу ALTER ("Альтернативное движение в городах"). Главная задача - максимально ужесточить нормы содержания CO в выхлопных газах. Сейчас в ALTER участвуют такие мегаполисы, как Афины, Барселона, Лиссабон, Стокгольм.
Если европейские города могут относительно спокойно обойтись несколько дней без автомобилей, то в США это невозможно. Жители штатов относятся к той категории людей, которые себя без машины не мыслят.
Поэтому там шире используются законодательные меры. Билл Клинтон, в бытность свою президентом, лично благословил ужесточение экологических требований к топливу и к автомобилям. В течение пяти лет, начиная с 2004 года содержание вредных для здоровья веществ в выхлопных газах должно быть, снижено на 95%. В Агентстве по охране окружающей среды США уже подсчитали: из-за принимаемых мер стоимость машин в среднем увеличится на 100-200 долларов. Цены на бензин повысятся на 5-6 центов. Но одновременно власти США активно помогают автомобильным компаниям в их усилиях по разработке экологически чистых двигателей. Инвестируют деньги, освобождают от налогов.
|
|
|
Крупнейшие мировые автомобильные концерны инвестируют миллиарды долларов в развитие технологий альтернативных видов моторного топлива и источников энергии для автомобилей. В последнее десятилетие интенсивно ведутся поиски альтернативного топлива, которое было бы дешево и не давало бы вредных выбросов. К альтернативным топливам относят все автомобильные топлива, кроме бензинов, и дизельное топливо.
Метан (сжиженный газ) - особенно перспективный газ в нашей стране для использования в автотранспорте. К его достоинствам относятся большие по сравнению с нефтью ресурсы и менее токсичный выхлоп. Однако существует проблема хранения сжатого газа на борту легковых автомобилей, так как для этого нужны легкие и прочные баллоны, изготовленные из композитных материалов, способных выдерживать давление 20 МПа.
Сжатые газы при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. В жидкое состояние они переходят при температуре ниже -820С и давлении 4,5 МПа. Основной компонент - метан, присутствуют и другие углеводороды, а также углекислый газ, кислород, азот, вода, механические примеси.
Главным недостатком газобаллонной аппаратуры для сжатых газов является ее масса. Баллон из легированной стали емкостью 50 л с газом под давлением 200 МПа весит 62,5 кг, а баллон из углеродистой стали - 93 кг. Полная заправка восьми баллонов, масса которых составляет 14% грузоподъемности автомобиля, обеспечивает 200-280 км пробега. При замене бензина на сжатый природный газ мощность двигателя падает на 18-20%, скорость - на 5-6%, время разгона увеличивается на 24-30%.
Способ повышения эффективности применения сжатого природного газа состоит в увеличении степени сжатия до 10, повышении коэффициента наполнения цилиндров двигателя путем увеличения диаметра впускного трубопровода, устранении подогрева газа на впуске, изменении фаз газораспределения. Все это требует конструкционных переделок двигателя, но запасы природного газа столь значительны по сравнению с нефтью, что делают перспективным его использование. Уменьшить массу баллонов можно путем сжижения газа при низких температурах (-1600С) и хранения его в изотермических баллонах. По энергоемкости такой газ может сравниться с жидким нефтяным топливом.
|
|
|
По сравнению с бензином метан имеет следующие преимущества: он в 1,5-2 раза дешевле, имеет более высокую детонационную стойкость, и двигатель на нем работает мягче, ресурс его увеличивается примерно в 1,5 раза, а срок службы моторного масла возрастает вдвое.
При переводе на сжиженный газ мощность двигателя падает на 3-4%. Этого можно избежать, если смесь охлаждать во впускном тракте или повысить степень сжатия, так как октановое число у газа больше, чем у бензина. Лучше всего использовать высокую детонационную стойкость газа путем увеличения угла опережения зажигания.
Бутан - наиболее калорийная и легкосжимаемая часть топливной смеси. Для создания давления насыщенных паров баллон заправляют не более чем на 90%.
Сжиженный газ (пропан-бутан). В Европе это топливо, получаемое из попутных нефтяных газов, называется LPG (Liqefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 20 МПа, LPG сжижается уже при 0,6-0,8 МПа. В ЕС сегодня насчитывается около 2,8 млн. машин, работающих на LPG. Фирмы, занимающиеся переоборудованием топливных систем автомобилей под LPG, за свою работу берут около 2 тыс. евро. Кроме того, компания Isuzu в заводских условиях под заказ устанавливает на свою 3,5-литровую модель Trooper 100-литровый баллон под этот газ. В США 80% нефтепродуктов получают уже не из нефти, а из попутных газов - пропана-бутана и этана, в то время как в России из-за устаревших НПЗ, созданных большей частью в 1960-х годах, только присматриваются к переработке попутных нефтяных газов (мы перерабатываем только 72% добываемой нефти, остальное теряем, в то время как в развитых странах перерабатывается до 95% добываемой нефти).
|
|
|
Газоконденсатное топливо - это природная смесь легкокипящих нефтяных углеводородов, находящаяся в газообразном состоянии под давлением 4,9-9,8 МПа при температуре -1500С.
Добавка спиртовых смесей к бензину может уменьшить выбросы токсичных компонентов в отработанных газах в пределах 10-15%, а в Москве, где уже 4,5 млн. автомобилей, такое мероприятие позволит сократить выбросы до 7-10%. Поскольку у этих смесей более низкая фотохимическая реактивность, то уменьшение выбросов составит 15-17%.
Спирты относятся к числу синтетических топлив, из которых наиболее известны метанол и этанол. При содержании в топливе спирта до 10% не требуется изменять конструкцию двигателя, а введение спирта повышает октановое число с 88 до 94 при одновременном снижении содержания оксидов азота и углеводородов в выхлопных газах.
Метанол - метиловый или древесный спирт. Сырьем служат природный газ и нефтяные остатки. Синтез проводится под давлением 25-60 МПа в присутствии катализаторов при температуре 300-4000С. Его стоимость превышает в 1,5-2 раза стоимость бензина. Применение метанола требует изменения конструкции двигателя, так как ухудшается пуск двигателя при низких температурах. Добавка 3-5% метанола позволяет использовать бензин с меньшим октановым числом и заменять этилированный бензин на неэтилированный.
Метиловый спирт не содержит тех углеводородных примесей, которые имеются в бензине, сгорает в двигателе полнее, поэтому в атмосферу попадает гораздо меньше оксида углерода. Кроме того, он менее взрывоопасен при столкновении автомобилей - поэтому его применяют в гонках «Формула-1». Но и недостатков у этого вида топлива достаточно много. Главный из них - плохое смешивание неполярного бензина с высокополярным спиртом. Чтобы преодолеть этот недостаток, в Германии используют третичный бутиловый спирт (СН3)3СОН, растворяющийся в бензине и в метиловом спирте. Другой недостаток - гигроскопичность горючей смеси, насыщенный водяными парами метиловый спирт вызывает коррозию металла. К тому же при его сгорании образуется на 40% энергии меньше, и, значит, чаще придется заправлять автомобиль. Тем не менее с 1990-х годов на метаноле работает общественный транспорт Стокгольма, в результате в 5 раз снизился выброс вредных веществ, уменьшилась и их токсичность.
|
|
|
Этанол - этиловый или винный спирт, вырабатывается из злаков, картофеля, сахарного троcтника и других культур, применяется как в смеси с бензином, так и в чистом виде. Этанол добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 года активно использует этанол - в стране более 14 млн. автомобилей ездит на этом топливе. Кроме того, концерн Ford сейчас готовит к производству модель Focus FFV, которая будет заправляться топливом под названием Е 85 - смесью, состоящей из 85% эталона и 15% бензина.
Диметиловый эфир. Представители Renault совместно с французским Агентством по защите окружающей среды успешно работают над проектом использования диметилэфира - жидкого газа, который используется в аэрозолях, а продукты его сгорания малотоксичны. Этот газ можно использовать в автомобилях с дизельным двигателем, так как октановое число у него выше, чем у дизтоплива. Достоинства диметилового эфира состоят в том, что он не содержит ароматических углеводородов и серы, характеризуется полнотой сгорания, не имеет сажи и оксидов азота в выхлопных газах, не требует изменений в конструкции дизельного двигателя (необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива), обеспечивает хороший старт холодного двигателя, имеет более выгодные условия производства по сравнению с дизельным топливом. Пониженная по сравнению с дизтопливом теплотворная способность частично искупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат на очистку выхлопа.
Экологизация автотранспорта - сложная социальная проблема, просто и дешево ее не решить. Казавшаяся когда-то близкой перспектива перехода к электромобилям все еще весьма далека от реальности. Достаточно сказать, что уже созданные в развитых странах сотни тысяч таких средств передвижения используются в 90% случаев как тележки для перевозки мелких грузов и продуктов. Таким образом, альтернативы двигателям внутреннего сгорания пока нет и надо искать возможности более широкого применения экологических видов топлива, прежде всего сжатого природного газа и спиртового топлива. [
Заметного снижения выбросов вредных веществ автотранспортом можно ожидать лишь в случае массового поступления на отечественный рынок автомобилей, соответствующих требованиям Правил ЕЭК ООН (Евро-4 и Евро-5). В январе 2012 года Правительством РФ подписано Постановление, в котором говорится о продлении переходного периода для автомобилей, соответствующих экоклассу Евро-4. Девятого февраля этого года данные требования вступили в свои права. В рамках этого документа предусмотрено, в частности, введение более жестких (относительно ранее применявшихся в России) экологических требований. Например, значения выбросов вредных веществ ниже в 2-3 раза для дизелей большегрузных автомобилей и в 5-6 раз - по легковым автомобилям. Переход на выпуск автомобилей и двигателей, соответствующих этим требованиям, осуществляется поэтапно и требует радикальных перемен в области производства и эксплуатации автомобилей. Те нормы, которые действуют в России сейчас, условно можно назвать Евро-0. Конец этому будет положен тогда, когда будет запрещена регистрация в ГАИ продукции с плохими экологическими характеристиками. Но такие меры могут применяться только к новым автомобилям. Сейчас такой закон уже готовится Государственной думой при активном участии Министерства природных ресурсов РФ.
|
|
|
Определенный сдвиг в этом направлении уже происходит. Практически все автомобильные заводы имеют модификации автотранспортных средств и двигателей, соответствующие жестким экологическим требованиям. По данным НИЦИАМТ, ряд отечественных предприятий (КамАЗ, ЯМЗ, АЗЛК, ВАЗ и др.) уже сертифицировали в 1998-1999 гг. некоторые модели выпускаемых двигателей и автомобилей на соответствие действующим международным экологическим требованиям.
К массовому выпуску экологически чистых автомобилей предприятия не готовы, как не готова и инфраструктура эксплуатации таких автомобилей, в первую очередь, легковых. Экологически чистые автотранспортные средства с каталитическими нейтрализаторами отработавших газов могут работать только на неэтилированном бензине с регламентированным (очень жестким) содержанием серы, фосфора, механических примесей. Необходим комплекс мер по стимулированию производства таких бензинов и обеспечению их гарантированного наличия на каждой АЗС, постепенному вытеснению с рынка этилированных бензинов, предотвращению попадания остатков тетраэтилсвинца в неэтилированное топливо при его транспортировке и хранении. Дизельные автомобили также требуют применения малосернистого дизельного топлива, без которого невыполнимы современные требования европейских стандартов. Если проблема создания двигателей и автомобилей нового поколения как-то решается силами производителей, то проблему производства экологически чистого топлива без участия государства решить нельзя.
Следует отметить и некоторые факторы, благотворно влияющие на снижение загрязнения атмосферы и шумового воздействия на население автотранспортом. Это, в первую очередь, всевозрастающая доля автомобилей зарубежного производства, имеющих лучшие экологические показатели, в составе российского автопарка. В 1999 г. доля автомобилей зарубежного производства (кроме произведенных в странах СНГ) в автомобильном парке России составляла 12%, а в транспортных потоках, как показывают натурные наблюдения, была еще выше. Другая тенденция связана с увеличением количества малотоннажных грузовых автомобилей (типа "Газель", "Бычок" и др.), осуществляющих перевозки грузов в малых объемах в черте города. В Москве, например, их доля в составе грузового автотранспорта в 1999 г. достигла 56%.
На состав и количество выбросов загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспорта заметное влияние оказывают качество и экологические характеристики топлив. Выпуск этилированных бензинов в России непрерывно сокращается. Расширяется и перечень городов и областей, где запрещено использование этилированных бензинов.
В России не подписано пока ни одного документа, предполагающего тотальный переход с одного вида топлива на другой. Тем не менее, работа в этом направлении ведется весьма активно, хотя бы потому, что правила и ограничения экспорта-импорта одинаковы для всех. Означает это только одно: Россия просто обязана следовать требованиям, которые предъявляют к топливной промышленности компаньоны и коллеги за рубежом. Чтобы и впредь оставаться полноценным экспортером бензина, российским нефтепереработчикам приходится перестраиваться и модернизироваться.
Крупнейший российский переработчик - ОАО «Сибнефть-ОНПЗ» - готовится к запуску пока единственного в России комплекса сернокислотного алкилирования. Специалисты «Сибнефти» уверены, что не прогадают: до сего дня аналогов установке нет. После ввода в эксплуатацию комплекс позволит нефтепереработчикам выпускать так называемый алкилбензин - высокооктановый компонент, необходимый для производства качественного и экологически чистого (по российским меркам) бензина марки АИ-98.
Новоуфимское НПЗ воспользовалось помощью французской компании Tecnip для того, чтобы построить у себя комплекс каталитического риформинга. По своим техническим возможностям российско-французское новшество можно считать уникальным не только для России, но и для Европы в целом, благодаря ему завод может производить экологически чистый бензин.
Использование газового топлива на транспорте, несмотря на определенные усилия отдельных регионов и наличие государственных программ, не получает должного развития. Более того, в последние годы наметилась тенденция к снижению количества газобалонных автомобилей.
Многие экологические проблемы, связанные с функционированием автомобильного транспорта, носят региональный и локальный характер. Разработка и реализация эффективных мер повышения экологической безопасности автотранспорта является прерогативой местных администраций.
Администрации ряда регионов России и крупнейших городов, испытывающих наибольшую экологическую нагрузку из-за воздействия автотранспорта (г. Москва и Московская область, города Санкт-Петербург, Нижний Новгород, Пермь, Самара и др.), за последнее время разработали и реализуют программы, направленные на снижение негативных последствий автотранспортной деятельности. В рамках программы работ по управлению охраной окружающей среды в транспортном комплексе в 1999 г. Минтрансом России разработаны методические рекомендации по решению экологических проблем крупных городов за счет использования газомоторного топлива для автотранспортных средств. [12]
Выводы по первой главе
Автомобильный транспорт является одним из крупнейших загрязнителей природных сред промышленного города. Проблема экологической безопасности автотранспорта - часть проблемы экологической безопасности страны. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств увеличиваются в России ежегодно в среднем на 3,1%. В результате ежегодный экологический ущерб от функционирования транспортного комплекса России составляет более 3,5 млрд. долл., и эта сумма продолжает расти. Кроме того, загрязнение городской среды выбросами автомобильного транспорта приводит к тому, что большие количества соединений серы и азота, оксидов углерода и прочих загрязняющих веществ, поступающих в атмосферу с отработавшими газами двигателей внутреннего сгорания, превращают выпадающие осадки в слабый раствор кислот, а, следовательно, способствуют закислению придорожной территории.
Необходимо отметить, что загрязненность придорожного пространства отходящими газами также зависит от интенсивности движения транспортных средств. Так, выброс газообразных загрязнителей наиболее высокий в режиме медленного движения, меньше он при ускорении (разгоне) и минимален при установившейся скорости. Однако, количество оксидов азота и непредельных углеводородов пропорционально скорости движения.
Заметного снижения выбросов вредных веществ автотранспортом можно ожидать лишь в случае массового поступления на отечественный рынок автомобилей, соответствующих требованиям Правил ЕЭК ООН (Евро-4 и Евро-5). В январе 2012 года Правительством РФ подписано Постановление, в котором говорится о продлении переходного периода для автомобилей, соответствующих экоклассу Евро-4.
газ химический загрязнение придорожный
|
|
|
