Альтернативные виды топлива

МИНОБР НАУКИ РОССИИ

 

Федеральное государственное бюджетное  образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«Нижегородский государственный  педагогический университет»

 

Автомобильный институт

 

Кафедра автомобильного транспорта

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа

 

По дисциплине: развитие и современное состояние мировой автомобилизации

на тему: «Альтернативные виды топлива»

 

 

 

 

 

 

                                               Выполнил:

                                                                      студент группы АЗС-11-1

                                                Чечков С.В.

 

                                                                              Проверил: ст.пр.Запойнов В.Д.

 

 

 

 

 

Нижний Новгород

2013 г.

Содержание

 

Введение		3
1.	Применение альтернативных топлив в автотранспорте	5
2.	Альтернативные виды топлива	7
2.1.	Топлива из биомассы	8
2.2.	Газовое топливо (природный  газ)	11
2.3.	Спиртовые топлива	13
2.4.	Водородные топлива	15
Заключение		19
Список используемой литературы		20

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

До конца XX столетия двигатель внутреннего сгорания остаётся основной движущей силой автомобиля. В связи с этим единственный путь решения энергетической проблемы автомобильного транспорта это создание альтернативных видов топлива. Новое горючее должно удовлетворить очень многим требованиям: иметь необходимые сырьевые ресурсы, низкую стоимость, не ухудшать работу двигателя, как можно меньше выбрасывать вредных веществ, по возможности сочетаться со сложившейся системой снабжения топливом и др.

Среди альтернативных видов топлива в первую очередь следует отметить спирты, в частности метанол и этанол, которые можно применять не только как добавку к бензину, но и в чистом виде. Их главные достоинства высокая детонационная стойкость и хороший КПД рабочего процесса, недостаток пониженная теплотворная способность, что уменьшает пробег между заправками и увеличивает расход топлива в 1,5-2 раза по сравнению с бензином. Кроме того, из-за плохой испаряемости метанола и этанола затруднён запуск двигателя.

Сделать двигатель «чистым» нетрудно. Надо лишь перевести его  с бензина на сжатый воздух. Но эта  идея не выдержала критики, когда  речь заходит об автомобильных двигателях: далеко на таком «горючем» не уедешь. И американские специалисты предложили заменить сжатый воздух жидким азотом. Они даже разработали конструкцию автомобиля, в котором азот, расширяясь при испарении, будет толкать три поршня двигателя. А чтобы процесс испарения шёл активнее, азот предлагают впрыскивать в особую подогревательную камеру, где сжигается небольшое количество дизельного топлива. Такая схема при достаточной мощности обеспечит запас хода до 500 км.

В последнее время  широкое распространение получила идея использования чистого водорода в качестве альтернативного топлива. Интерес к водородному топливу объясняется тем, что в отличие от других это самый распространённый в природе элемент.

Водород один из главных  претендентов на звание топлива будущего. Для получения водорода могут быть применены различные термохимические, электрохимические и биохимические способы с использованием энергии Солнца, атомных и гидравлических электростанций и т.д.

Экологические преимущества водорода доказаны в ходе различных  испытаний. Например, проведённые фирмой «Дженерал Моторс» сравнительные испытания 63-х экспериментальных автомобилей, работающих на всевозможных видах топлива, выявили, что у водородного «Фольксвагена» отработавшие газы менее вредные, чем всасываемый двигателем воздух.

Газообразный, даже сильно сжатый водород невыгоден, так как для его хранения нужны баллоны большой массы. Более реальный вариант использование жидкого водорода. Правда, в этом случае необходимо устанавливать дорогостоящие криогенные баки со специальной термоизоляцией.

1. Применение альтернативных топлив в автотранспорте

 

 

С момента появления  самодвижущихся экипажей и по сей  день стоит вопрос, как снизить  содержание вредных веществ в  выхлопных газах, которые отравляют  окружающую среду, а сегодня еще и без того сложную экологическую обстановку во всем мире. Автомобили заполнили улицы наших городов, на которых стало уже трудно дышать. Вдыхаемая нами ядовитая смесь, вырабатываемая автомобилями, попадая в наш организм, приводит к негативным последствиям для самого человека и его потомства.

В плохой экологической  обстановке кроется причина появления  и развития различных болезней, таких  как аллергия, бронхиальная астма  и другие болезни, связанные с  ослаблением иммунной системы, до недавнего  времени считавшихся редкими. Уменьшить концентрацию ядовитых веществ в выхлопных газах автомобилей можно несколькими способами: модернизировать двигатель внутреннего сгорания (этот способ имеет свой предел, к которому мы почти подошли); поменять вид топлива на более экологически чистый (разработки в этом направлении ведутся); либо вообще отказаться от двигателя внутреннего сгорания, что на данной ступени развития техники почти невозможно. В последнее время необходимость смены вида топлива обострилась тем, что залежи нефти на нашей планете в ближайшем времени иссякнут.

Таким образом, чтобы  избежать полного разграбления недр Земли, всемирного топливного краха  и хоть немножко улучшить экологическую  обстановку во всем мире, необходимо искать альтернативу бензину и другим видам топлива, основу которых составляет нефть. Хотя попытки замены бензина на другой вид топлива и имели место в истории, но они были связаны не со скорым началом всемирного топливного краха и уж тем более не экологической обстановкой на планете. В наше время же появились виды топлива, такие как электроэнергия, водород и спирт, у которых есть неплохие шансы заменить нефтепродукты.

Конечно же, и у электроэнергии, и у водорода, и у спирта есть не только преимущества, но и недостатки по сравнению с нефтепродуктами. Недостатки этих видов топлива можно условно разделить на две группы: экономическую и экологическую. Наиболее оптимальной альтернативой на сегодня является спирт.

Однако, применение спирта как топлива может натолкнуться на некоторые проблемы, но если учесть эти нюансы, возможно разработать программу плавного перехода на спирт.

Возможно, это единственный выход из пока еще не начавшегося всемирного топливного краха и способ заметно улучшить экологическую ситуацию в мире.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Альтернативные  виды топлива

 

 

С точки зрения эксплуатации лучше и удобней бензинового  топлива нет. Однако ограниченность запасов топлива нефтяного происхождения (а это, пожалуй, главное) сделало актуальным поиск замены его альтернативными видами.

Мировой опыт свидетельствует, что важную роль в уменьшении объема выбросов может сыграть частичная замена жидких моторных топлив альтернативными видами. Кроме этого, по прогнозам специалистов к 2010 г. в мире заметно будет ощущаться недостаток топлива нефтяного происхождения из-за сокращения его добычи.

При рассмотрении возможностей применения того или иного топлива  в двигателе внутреннего сгорания (ДВС) необходимо учитывать его стоимость, доступность, безопасность использования, воздействие продуктов его сгорания на окружающую среду.

Любое альтернативное топливо  имеет свои преимущества и недостатки, которые определяются в зависимости  от таких факторов:

•   производственные издержки;

•   доступность  для потребителя;

•   воздействие  на окружающую среду;

• необходимость приспособления двигателя к процессу питания новыми топливами;

•   безопасность использования;

•   одобрение потребителем.

Современный подход предполагает учет «полного жизненного цикла» альтернативных топлив, включающего экономические  затраты и экологические издержки при его добыче, переработке и применении в энергетической установке.

Перевод транспорта на альтернативные виды топлива снижает его негативное воздействие на окружающую среду. По уменьшению вредных выбросов альтернативные топлива располагаются следующим образом: природный газ, сжиженный нефтяной газ, смешанный бензин, диметиловый эфир, биодизельное топливо. Однако необходимо отметить, что перевод автотранспорта на тот или иной вид альтернативного топлива является проблемой не столько экологической, сколько в большей степени и экономической.

В этом отношении альтернативные виды топлива значительно более  привлекательны, так как позволяют  нам сразу войти в параметры  новых требований мирового уровня с  точки зрения экологии.

На технологию и технико-экономические показатели производства альтернативных моторных топлив большое влияние оказывают агрегатное состояние и физико-химические свойства исходного сырья. Использование твердых видов сырья — угля, сланцев, битумосодержащих пород, биомассы — требует, помимо особенностей добычи, включения дополнительных стадий его подготовки к переработке, отсутствующих в схемах производства моторных топлив из нефтяного сырья. К таким стадиям относятся сушка, измельчение и фракционирование, разделение углеводородной и минеральной составляющих, отделение и утилизация шламов и ряд других.

Большинство альтернативных видов сырья отличается от нефти  и ее фракций более низким содержанием  водорода (повышенным отношением С:Н в их составе), а также высоким содержанием кислорода, азота и серы. Это определяет и более низкую удельную теплоту сгорания такого сырья, поэтому превращение его в жидкие и газообразные топлива сводится, как правило, к удалению минеральной составляющей и нежелательных гетероатомов, насыщению водородом в требуемых количествах.

 

2.1. Топлива из биомассы

 

 

Использование биомасс  в энергетических целях — комплексный  процесс, включающий выращивание и  сбор биологических веществ, различные  методы их подготовки и переработки  в жидкие, газообразные и твердые  топлива. Биомасса является возобновляемым ресурсом, а переработка сельскохозяйственных, лесных и бытовых отходов способствует охране окружающей среды от загрязнений.

Растительная биомасса представляет собой сложную смесь  различных соединений. Растительная биомасса характеризуется высоким содержанием кислорода, достигающим 40%, пренебрежимо малым содержанием такого нежелательного элемента, как сера.

К недостаткам биомассы как сырья для получения моторных топлив относятся рассредоточенность ее запасов и необходимость поддержания зоологического равновесия. Сырая биомасса отличается высокой влажностью (З0—90%). Энергоплотность сырой биомассы колеблется в пределах 1 —15 ГДж/м³, и даже после сушки ее теплота сгорания остается относительно низкой—16—24 ГДж/т.

Во многих странах изучается возможность использования растительных масел в качестве топлива для дизельных двигателей. Особенностью растительных масел по сравнению с товарными дизельными топливами являются более высокая вязкость и плотность, высокое содержание (8—9%) кислорода и обусловленное этим некоторое снижение теплоты сгорания топлива:

 

Масло	Подсолнечное	Рапсовое	Льняное
Плотность, кг/м3	925	922	932
Вязкость (37,8 °С), мм2/с	35	37	29
Теплота сгорания, МДж/л	36,4	36,9	37

 

По результатам последних  исследований альтернативного дизельного топлива можно использовать топлива с добавками масел растительного происхождения. В последние годы для применения добавок к топливу дизельных двигателей наибольшее внимание уделяют рапсовому маслу, которое имеет наиболее похожие свойства с дизельным топливом.

Значительно повышается производство и использование двухкомпонентных моторных топлив в странах европейского союза и несомненно в нашей  стране. Например, в 2004 году в Великобритании были созданы условия для изготовления моторного топлива на основе рапсового масла (192 млн. л на год), так называемый «биодизель» (во время химической реакции рафинированное масло смешивается с метанолом в присутствии катализатора). Анализ ситуации, которая складывается на рынке нефтепродуктов, показывает, что до 2010 года 5,73 % всего топлива, потребляемого ЕС, будет приходиться на альтернативное топливо. При этом общее потребление транспортом дизельного топлива в станах ЕС еще в1998 году составил более 126,6 млн. т., а потребность, только, в биодизельном топливе составило более 2,53 млн.т. При работе дизельных двигателей на растительных маслах к. п. д. несколько выше, чем при работе на товарном дизельном топливе, однако мощность снижается на 5—20% в зависимости от вида масла. Из-за пониженной теплоты сгорания топливная экономичность двигателя несколько ухудшается и, кроме того, наблюдается повышенное количество углеродистых отложений при длительной работе. Эксплуатационные свойства растительных масел могут быть улучшены путем их очистки или введения специальных присадок.