Альтернативные виды топлива

Воздух  в их двигателях поступает через  редуктор прямо в цилиндр, где  приводит в движение поршень. Такие  автобусы обладают запасом хода на 200 километров. Но при этом на заправку тяжелых баллонов со сжатым воздухом приходится тратить огромное количество электроэнергии, получаемой за счет опять же сжигания ископаемых топлив. 
Заводной экипаж Леонардо да Винчи

Другая  идея была предложена еще Леонардо да Винчи 450 лет назад. В его записных книжках сохранились наброски механического экипажа, который приводился в действие мощной пружиной. Понятно, что пружину пришлось бы закручивать вручную и Леонардо придумал для этого специальный коловорот. Но применение этой идеи в современном транспорте требует создания принципиально новых металлов и пластиков, до которых еще далеко. 

4. Биологическое топливо для автомобилей

Чем больше в мире производится автомобилей, тем  значительнее интерес к альтернативным бензину видам топлива, при сгорании которых выделяется меньше вредных веществ. Во многих странах все более популярным становится биологическое топливо, изготавливаемое из растительного сырья - рапса, конопли, бананов, бобовых, цитрусовых. В шести государствах ЕС, а также в США, Канаде, Бразилии, Малайзии такое биологическое топливо производят в промышленных масштабах, но все же его доля в топливном балансе не превышает 0,3%.

Для средних  широт очень перспективен рапс - однолетнее растение, способное давать урожаи вплоть до 55 град северной широты (в России - южнее границы Москва - Новосибирск). Технология получения топлива из рапсового масла проста: его смешивают с синтетическим метиловым спиртом, добавляют щелочь и катализатор и нагревают смесь до 50°С. После охлаждения жидкость расслаивается на рапсо-метиловый эфир (РМЭ) и глицерин. Себестоимость РМЭ на 15-20% выше, чем эквивалентного ему бензина А76, поэтому использование биологического топлива стимулируют, предоставляя изготовителям государственные дотации. Кроме того, в Европе начали продавать автомобили, рассчитанные исключительно на биологическое топливо, причем цены на них также искусственно снижают.

В мировые  лидеры по производству биологического топлива вышла Австрия, где в  качестве сырья для него наряду с  рапсом используют подсолнечник. Эта  небольшая европейская страна не только обеспечивает себя биологическим топливом, но и экспортирует его в ряд стран Европы и Азии.

Заводы  по производству РМЭ уже построены  в Литве и Латвии. Такая мера помогла прибалтийским странам  вступить в ЕС еще до 2005 года: в  качестве условия эти государства обязывались довести уровень потребления биологического топлива до 7,5%.

В России промышленное производство биологического топлива пока видится лишь в отдаленной перспективе, но ученые уже вплотную заняты этой проблемой. Во ВНИИ электрификации сельского хозяйства построена опытная установка для получения углеводородного топлива пиролизом из древесины ивы и тополя. Побеги этих растений без дополнительного ухода за год вырастают на 3 метра, а скашивать их можно обычным кукурузоуборочным комбайном. С одного гектара посадок получают до 7 тонн биологического топлива (для рапса этот показатель составляет лишь 2 тонны).

4.1 О производстве за рубежом биодизельного топлива из рапса

В Австралии  региональный сельскохозяйственный департамент  Нового Южного Уэльса одобрил рассчитанный на 10 лет проект, предложенный Ассоциацией биодизельного топлива, предусматривающий развитие этого производства на основе использования семян рапса. За счет указанного продукта Ассоциация предполагает обеспечить 10% потребностей страны в дизельном топливе, в настоящее время составляющих 11,56 млн. л в год. Она рассчитывает на то, что растущие объемы производства рапса в стране позволят к 2011 г. довести выпуск нового вида топлива до 1 млн. т в год. 
 
В 1997 г. в Австралии было получено 860 тыс. т семян рапса, из которых 301 тыс. - в Новом Южном Уэльсе. Предполагается довести этот объем до 750 тыс. т в год. 
 
По токсичности и другим важнейшим параметрам биодизельное топливо в значительной степени превосходит традиционное. Для его производства могут использоваться отходы растительного масла, получаемые на предприятиях общественного питания. Однако для того, чтобы новая индустрия в Австралии достигла поставленных целей, правительство должно снизить налоги на такое топливо, В Великобритании и Австрии, например, снижение налогов на 0,2 а. ф. (0,28 долл.) на литр способствовало интенсивному развитию биодизельного производства. Кроме того, Австралии необходимо найти инвесторов, готовых вложить средства в развитие этого перспективного направления. 

4.2 Рапс вместо солярки

Минувшим  летом на Алтае специалистами  был проведен уникальный эксперимент. Его идея – использование рапсового  масла в качестве топлива для  тракторов – пришлась по душе сначала  предпринимателям, занятым переработкой сельхозпродукции, затем ученым технического университета. Первый опыт был подхвачен конструкторами ОАО “Алтайдизель”, затем белорусскими тракторостроителями.

Рапс известен с IV века до нашей эры. В Россию был завезен в XIX веке. В 1913 году наша держава поставляла на экспорт 300 тысяч пудов семян этой культуры. При надлежащем уходе с гектара рапса можно получить до 300 центнеров зеленой массы и от 10 до 30 центнеров семян. Семена озимого рапса содержат 45–50 процентов масла, ярового – до 35. Это масло приме- 
няется в пищевой, мыловаренной, нефтехимической и текстильной промышленности. Рапсовый жмых – отличный фураж для скота.

Сельскохозяйственная  культура рапс давно используется в  Сибири и на Алтае в том числе. Земледельцы знают рапс как прекрасный предшественник для зерновых, особенно пшеницы. Рапсовый шрот активно применяется хозяйствами при откорме скота, его используют для приготовления сенажа, силоса, травяной муки. Свежескошенная зеленая масса рапса содержит в 1 кормовой единице 190 г протеина. А знаете ли вы, что с гектара цветущего рапса пчелы собирают до одного центнера меда? Сто килограммов семян рапса дают до 40 килограммов масла и более 50 – жмыха. Не случайно в народе говорили раньше – если хозяин нуждается в деньгах, он должен сеять рапс. 
Но заливать растительное масло в топливный бак собственного трактора, думаю, эта идея вряд ли кому приходила в голову в наших деревнях. А вот на Алтае первый трактор, работающий на рапсовом масле, обрабатывал поля уже в прошлом году. Чем вызван интерес? Рапсовое биотопливо экологически безопасно, нетоксично, практически пожаробезопасно, а по себестоимости в четыре раза дешевле традиционной солярки. 
Представьте такую картину: едет на тракторе “Беларусь” сельский механизатор, и машина попыхивает пирожковым ароматом. Именно жареными пирожками пахнет рапсовое биотопливо после сгорания! Спрашивается, как же такое сгорание возможно? Очень просто. В дизельном двигателе рапсовое масло воспламеняется точно так же, как солярка. 
Между прочим, это у нас, в России, только сейчас при неудержимом росте цен на ГСМ стали задумываться об альтернативных видах топлива. На Западе рапсовое масло как горючее активно применяется уже давно и в серьезных масштабах. В Германии, например, доля биотоплива из рапсового масла составляет почти 10 процентов, постепенно тесня уголь, нефть и газ. Аналогичная картина в Австралии. За океаном, в США, разработана специальная государственная программа поддержки производства рапсового масла. Из бывших соцстран Чехия использует до 700 тысяч тонн масла в год в качестве топлива. И напоследок еще один факт: в 2003 году в Европе будет выпущено около 1,3 млрд. тонн этого биогорючего. 
Вы ошибаетесь, если будете утверждать, что Запад, ведущие мировые державы взялись за разработку этой темы из-за отсутствия запасов нефти. Основная причина его применения кроется в другом – высокой экологической безопасности. Рапсовое масло не образует сернистых или углеводородных соединений при сжигании. При утечке оно хорошо разлагается в течение двух недель, так что о загрязнении атмосферы не может быть и речи. Производится же рапсовое масло без каких-либо химических процессов – просто выдавливается из семян. Так же, как и подсолнечное. Между прочим, в Западной Европе по потреблению в пищу рапсовое масло стоит на четвертом месте, а подсолнечное – на седьмом. Это масло ценится за особую полезность для здоровья человека. Оно уменьшает возможность тромбообразования в организме, следовательно, противодействует сердечно-сосудистым заболеваниям, снижает содержание холестерина в крови и регулирует его. 
На Алтае первые опыты по внедрению рапсового топлива проводят несколько предприятий, в том числе ассоциация сельхозпереработчиков “Интер”. Ассоциация получает рапсовое масло путем холодного прессования и натуральной очистки. Технология переработки запатентована. Полученное масло без какой-либо предварительной подготовки можно заправлять в бак трактора или автомобиля с дизельным двигателем. 
– Вначале рапс как сельхозкультура нас заинтересовал в связи с необходимостью очищения полей от сорняков – он хороший предшественник, – рассказывает директор предприятия “Интер” Алексей Михеев. – У нас – 15 тысяч гектаров пашни в Шелаболихинском, Каменском, Новичихинском районах, из них 1300 гектаров были заняты в минувшем году рапсом. Затем мы начали производить рапсовый жмых. Полученное масло, а его из семян выделяется достаточно много, реализовать оказалось сложно. В России оно не находит спроса, в пищевой промышленности не используется. Вот тогда и возникла идея попробовать его в качестве биотоплива.

Температура сгорания обычного дизельного топлива и рапсового масла почти одинакова – 34020 кДж/литр и 34040 кДж/литр соответственно. При работе двигателя на растительном масле теряется всего 8 процентов мощности. Рапсовое топливо устойчиво к влиянию низких температур и по сути своей является самым безопасным горючим. Точка воспламенения – 325 градусов по Цельсию.

Никаких особых изменений конструкции на стареньком ЮМЗе, выделенном для испытания, делать не пришлось. Лишь сзади смонтировали еще один бак для биотоплива да провели через него выхлопную трубу для разогрева масла. Летом трактор успешно работал в цехах и на территории завода “Интер”. Утром его запускали на солярке, разогревали, а затем переводили на растительное масло. Как утверждают специалисты, потери мощности двигателя практически нет. После того как машина отработала более 300 моточасов, мотористы сняли головку блока двигателя – увиденное поразило их: на поршнях нет ни грамма нагара. Новое моторное топливо по достоинству оценили и специалисты краевого управления сельского хозяйства. Идеей всерьез заинтересовались даже минские тракторостроители. Скоро на Алтай прибудут из Белоруссии два трактора МТЗ-82 и МТЗ-1221, специально переделанные под использование в качестве топлива рапсового масла. 
Ученые кафедры двигателей внутреннего сгорания Алтайского государственного технического университета летом провели предварительные сравнительные испытания рапсового масла и солярки на двигателях “КамАЗа”. Они показали, что при номинальных оборотах мощность двигателя с биотопливом теряется всего на 8 процентов, причем при одинаковом расходе топлива. 
– Первые испытания показали, что у рапсового масла неплохие перспективы не только на тракторах, но и на дизельных двигателях автомобилей, – рассказывает Евгений Герман, преподаватель кафедры. – Конечно, были кое-какие технические нюансы, но в целом испытания прошли неплохо. В итоге сейчас на заводе “Интер” работает целая лаборатория, где проходит технические испытания новое биотопливо. 
На предыдущей межрегиональной выставке “Алтайская нива. Алтайагротех-2003” всеобщее внимание сельских жителей, специалистов АПК привлек МТЗ, оборудованный “рапсовыми” форсунками. Среди зевак нашлись и такие механизаторы, которые буквально не поверили в реальную возможность такого чуда. “Заманчиво, конечно, – говорили они. – Но что-то уж больно непривычно”. 
Теперь поговорим о заманчивости, перспективах использования нового биотоплива и его экономической выгоде. Среднему хозяйству с 10 тысячами гектаров земли для проведения весенне-полевых работ необходимо примерно 300 тонн солярки. Такое же количество горючего можно получить из семян рапса, собранного с 1 тысячи гектаров при урожайности 10 центнеров с гектара. В компании “Интер”, выращивающей рапс в селе Кучук Шелаболихинского района на площади 320 гектаров, себестоимость одного центнера семян составила 120 рублей. Выход масла равнялся 36 процентам, то есть с одного гектара можно получить чуть больше 200 литров масла. Себестоимость масла с учетом затрат на переработку составила 3,50 рубля. Прибавьте сюда еще и эффект, полученный при скармливании животным жмыха. Выгода очевидна. 
На Алтае нашлись энтузиасты, появилось на свет даже ООО “Агропромышленное объединение “Рапс”, разработана долгосрочная программа развития производства рапса и его переработки. 
Словом, процесс завоевания рапсом места на топливном рынке края начался. Помимо “Интера”, в данном направлении экспериментируют Бийский экстракционный завод, компания “Электротехника-Сибирь”, Павловский ремонтный завод и другие предприятия. При этом большая ставка делается на крестьянско-фермерские хозяйства, умеющие считать деньги.

4.3 Возможности рапса как альтернативы дизельному топливу

Для замены дизельного топлива могут быть использованы растительные масла. В Германии большие  надежды в этом отношении возлагаются на рапс. Для использования топлива, получаемого из растительного сырья, рассматривают два пути. Один из них предполагает этерификацию растительных масел до кондиций дизельного топлива, а второй- модифицирование дизельного двигателя таким образом, чтобы при сгорании сырого масла в нем не образовывался вредный для работы нагар.

На автомобильном  транспорте первый путь уже реализуется. Топливо Biodiesel, представляющее собой  рапсовый метиловый эфир (RME), уже  отпускается более чем на 800 заправочных колонках Германии. Поскольку RME является чрезвычайно агрессивной жидкостью, топливные баки, топливопроводы и другие элементы, соприкасающиеся с ним, должны иметь специальное исполнение, стойкое к RME.

Поставки  растительного сырья ограничены посевными площадями, спецификой сельского хозяйства, а также возможностями переработки. Ожидается, что в 2005 г. потребление в качестве топлива рапсового масла и RME вместе составит 2,2 % общего потребления дизельного топлива автотранспортом. До 2020 г. эта доля может вырасти лишь до 4 %.

Разработка  специальных двигателей маловыгодна. Низкий потенциал растительного  сырья по сравнению с абсолютным потреблением дизельного топлива является причиной того, что на автомобильном  транспорте целесообразнее использовать RME в обычных дизелях, а не сырое масло в специальных двигателях.

На железнодорожном  транспорте это граничное условие  неприемлемо. Абсолютное потребление  дизельного топлива здесь значительно  меньше, чем на автомобильном транспорте. Так, в 1995 г. оно составило 3,3 % потребления на автотранспорте, включая расход в устройствах обогрева. Ответ на вопрос о предпочтительности RME или сырого рапсового масла на железнодорожном транспорте также будет иным, чем на автомобильном.

Поиски  новых источников энергии имеют  целый ряд причин, а именно:

• ограниченность запасов обычных источников;
• зависимость от стран - экспортеров нефти;
• парниковый эффект, который обусловлен поступлением в атмосферу двуокиси углерода;
• загрязнение атмосферы выхлопными газами.

Наряду  с этим рост потребности в растительном сырье для изготовления топлива может повысить доходность сельского хозяйства.