Эколого-экономическая эффективность автомобильного топлива

Национальный исследовательский  ядерный университет МИФИ

 

 

 

 

 

 

 

                                                      Реферат

 

 

 

 

По теме: Эколого-экономическая эффективность автомобильного топлива

 

 

 

 

                                                                               Выполнила:

                                                                               студентка группы В06-43

                                                                               Белаш Ксения Алексеевна 

    Известно, что автомобильный транспорт является одним из наибольших искусственных загрязнителей окружающей среды. Особенно актуальна эта проблема в крупных городах, где автопарк стремительно растет, а количество так называемых зеленых зон (насаждений растительности) остается прежним, а то и уменьшается в результате массовой застройки. Решить этот вопрос пытаются введением экологических норм, то есть, ограничением вредных веществ в отработанных газах (ОГ) автомобилей. Чтобы удовлетворять установленным требованиям, автопроизводители совершенствуют двигатели, используют специальные очищающие устройства. Однако для нормального их функционирования нужно подходящее топливо, которое бы не влияло на работу систем очистки ОГ и по своему составу способствовало достижению «эконорм».

    Проблемам экологии в последние годы уделяется огромное внимание. Понимание того, что в окружающую среду выбрасывается большое количество вредных веществ, часть которых даже отсутствует при протекании природных процессов, заставляет задуматься о будущем, искать пути экономии ресурсов и стабилизации экологической обстановки. На сегодняшний день автомобильный транспорт является достаточно весомым потребителем нефтяных ресурсов, а учитывая то, что его количество постоянно возрастает и двигатели, несмотря на множество совершенствований, все же остаются недостаточно экономными, часто рассматриваются идеи уменьшения потребления топлив нефтяного происхождения и переход на их альтернативные виды (спирты, биотоплива и т.п.).

  Итак,рассмотрим виды и характеристики топлива.

1.1. Бензины 

   Основные  виды топлива для автомобилей - продукты переработки нефти - бензины и  дизельные топлива. Они представляют собой смеси углеводородов и  присадок, предназначенных для улучшения  их эксплуатационных свойств. В состав бензинов входят углеводороды, выкипающие при температуре от 35 до 200 "С , а в состав дизельных топлив - углеводороды, выкипающие в пределах 180...360 "С.

   Бензины в силу своих физико-химических свойств применяются в двигателях с принудительным зажиганием (от искры). Более тяжелые дизельные топлива вследствие лучшей самовоспламеняемости применяются в двигателях с воспламенением от сжатия, т.е. дизелях.

К автомобильным  бензинам предъявляются следующие  требования:

бесперебойная подача бензина в систему питания  двигателя;

образование топливовоздушной смеси требуемого состава;

нормальное (без детонации) и полное сгорание смеси в двигателях;

обеспечение быстрого и надежного пуска двигателя  при различных температурах окружающего  воздуха;

отсутствие  коррозии и коррозионных износов;

1.2 Дизельные топлива 

   Дизельные двигатели в силу особенностей рабочего процесса на 25...30% экономичнее бензиновых двигателей, что и предопределило их широкое применение. В настоящие время они устанавливается на большинство грузовых автомобилей и автобусов, а также на часть легковых.

Эксплуатационные  требования к дизельным топливам (ДТ):

•бесперебойная  подача топлива в систему питания  двигателя;

•обеспечение  хорошего смесеобразования;

•отсутствие коррозии и коррозионных износов;

•минимальное  образование отложений в выпускном  тракте, камере сгорания, на игле и распылителе  форсунки;

•сохранение качества при хранении и транспортировке.

   Наиболее  важными эксплуатационными свойствами дизельного топлива являются его  испаряемость, воспламеняемость и низкотемпературные свойства.

1.3 Газообразные топлива 

По физическому  состоянию горючие газы делятся  на две группы:

сжатые  и сжиженные. Если критическая температура  углеводородов ниже обычных температур при эксплуатации автомобилей, то их применяют в сжатом виде, а если выше - то в сжиженном виде под  давлением 1,5...2,0 МПа.

Требования  к газообразным топливам:

•обеспечение  хорошего смесеобразования;

•высокая  калорийность горючей смеси;

•отсутствие коррозии и коррозионных износов;

•минимальное  образование отложений во впускном и выпускном трактах;

•сохранение качества при хранении и транспортировании;

•низкая стоимость производства и транспортирования.

Сжиженные газы. Основные компоненты – пропан и бутан . Получают из попутных нефтяных газов, из газообразных фракций при переработке нефтепродуктов и каменных углей. Поэтому они получили название сжиженных нефтяных газов. Для их обозначения часто используют аббревиатуру «СНГ».

   Критические температуры пропана (+97 "С) и бутана (+126 "С) выше температуры окружающей среды, поэтому их легко можно  перевести в жидкое состояние. При +20 °С пропан сжижается при 0,716, а бутан - при 0,103 МПа.

   Уровень СО в отработавших газах у газобаллонных автомобилей ниже, чем у имеющих бензиновый двигатель.  
Чтобы автомобиль с полным основанием можно было назвать экологически чистым, должно быть экологически чистым топливо. И газ отвечает этому требованию. Применение газа заметно снижает по сравнению с бензином суммарную токсичность отработавших газов. Более чем втрое уменьшается количество токсичной окиси углерода СО (угарный газ), в 1,6 раза - содержание канцерогенных углеводородов СН, состоящих из частиц несгоревшего топлива. Концентрация окиси азота NO и двуокиси NO2 образующихся в процессе горения смеси кислорода и азота (безвредный азот, попадая в камеру сгорания из атмосферы, превращается в ядовитое соединение - оксиды азота), при работе двигателя на газе снижается в 1,2 раза. Соединения же свинца и различные ароматические полимеры, содержащиеся в бензине и также являющиеся опасными канцерогенами ,в газовом топливе совершенно отсутствуют. Дымность выхлопа при работе на газовом топливе втрое ниже, чем при работе на бензине.

    Исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина - вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше. Автомобиль на бензине выбрасывает в атмосферу сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца. В отработанных газах бензинового двигателя из-за неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) - токсичное для человека вещество. И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов. Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления.  
Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества - этил и этилен, а газовый двигатель - метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ  ВИДЫ ТОПЛИВА 

2.1 Природный газ 

   Природный газ в большинстве стран является наиболее распространенным видом альтернативного  моторного топлива. Природный газ  в качестве моторного топлива  может применяться как в виде компримированного, сжатого до давления 200 атмосфер, газа, так и в виде сжиженного, охлажденного до -160°С газа. В настоящее время наиболее перспективным является применение сжиженного газа (пропан-бутан). В Европе это топливо называется LPG (Liquefied petroleum gas - сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 200 бар, что само по себе представляет повышенную опасность, LPG сжиживается при давлении 6-8 бар. В Европе сегодня насчитывается около 2,8 млн машин, работающих на LPG. 

2.2 Газовый конденсат 

   Использование газовых конденсатов в качестве моторного топлива сведено к  минимуму из-за следующих недостатков: вредное воздействие на центральную  нервную систему, недопустимое искрообразование в процессе работы с топливом, снижение мощности двигателя (на 20%), повышение  удельного расхода топлива. 

2.3 Диметилэфир 

   Диметилэфир является производной метанола, который получается в процессе синтетического преобразования газа в жидкое состояние. Существуют разработки по переоборудованию дизельных двигателей под диметилэфир. При этом существенно улучшаются экологические характеристики двигателя.

На сегодняшний  день в мире потребление диметилэфира составляет около 150 тыс. т в год.

   В последние  годы разрабатываются технологические  процессы получения диметилэфира из синтетического горючего газа, производимого из угля.

   В отличие  от сжиженного природного газа, диметилэфир менее конкурентоспособен, в основном по причине того, что теплотворная способность на тонну диметилэфира на 45% ниже теплотворности на тонну сжиженного природного газа. Также для производства диметилэфира требуется не только более высокий уровень предварительных капиталовложений, но и больший объем сырьевого газа для производства продукта с эквивалентной теплотворной способностью.

   В будущем  диметилэфир можно рассматривать только в качестве продукта, имеющего ограниченные возможности, так как производство сжиженного природного газа характеризуется более значительной экономией за счет масштабов производства, более низким уровнем капитальных затрат и более высокой эффективностью процесса производства. 

2.4 Шахтный метан 

   В последнее  время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали  относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, к 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны. Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. В США добыча угольного метана из специальных скважин возросла от 1 млрд до 40 мрлд м3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд м3. Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют, по различным источникам, 48-65 трлн м3. 

2.5 Этанол и метанол 

   Этанол (питьевой спирт), обладающий высоким  октановым числом и энергетической ценностью, 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 г. активно  использует этанол - в стране более 7 млн автомобилей заправляются этанолом и еще 9 млн - его смесью с бензином (газохолом). США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется как “чистое” топливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн двигателей. Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами.

   Метанол как моторное топливо имеет высокое  октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его широкое применение на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки - метилтретбутилового эфира, который в настоящее время замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.

2.6 Синтетический бензин 

   Сырьем  для его производства могут быть уголь, природный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается  синтезирование бензина из природного газа. Из 1 м3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы “Мобил” из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т моторных топлив. Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных. В то же время разработки по получению синтетического бензина из угля достаточно активно ведутся в настоящее время в Англии. 

2.7 Электрическая энергия 

   Заслуживает внимания применение электроэнергии в  качестве энергоносителя для электромобилей. Кардинально решается вопрос, связанный  с токсичностью отработанных газов, появляется возможность использования  нефти для получения химических веществ и соединений. К недостаткам  электроэнергии как вида электроносителя можно отнести: ограниченный запас хода электромобиля, увеличенные эксплуатационные расходы, высокая первичная стоимость, высокая стоимость энергоемких аккумуляторных батарей. 

2.8 Топливные элементы 

   Топливные элементы - это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства, - в процессе реакции водорода и  кислорода образуются вода и электрический  ток. В качестве водородосодержащего  топлива, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В  этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных  фирм, и если им в итоге удастся  приблизить стоимость автомобилей  на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой  традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть. В настоящее  время стоимость зарубежного  экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 1 млн долл. США. Кроме того, к недостаткам применения топливных элементов следует отнести повышенную взрывоопасность водорода и необходимость выполнения специальных условий его хранения, а также высокую себестоимость получения водорода. 

2.9 Биодизельное топливо 

   В последние  годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из рапса (возможно также производство из отработанного растительного масла). В Австрии такое топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/год; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/год; в Италии - 60 тыс. т/год. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях. Применение биодизельного топлива связано, в первую очередь, со значительным снижением эмиссии вредных веществ в отработанных газах (на 25-50%), улучшением экологической обстановки в регионах интенсивного использования дизелей (города, реки, леса, открытые разработки угля (руды), помещения парников и т.п.) - cодержание серы в биодизельном топливе составляет 0,02%.