Альтернативные виды топлива

Процесс изготовления рапсового масла делится  на два этапа - первичный отжим  из семян и вторичный из жмыха. С помощью последующей экстракции остаточное содержание масла в жмыхе может быть дополнительно понижено. После отжима масло фильтруют и обезвоживают, очищают от кислотных компонентов и осадка, а затем осветляют.

Для производства RME требуются дополнительные затраты  на этерификацию. Диапазон температур этерификации в зависимости от способа составляет 20 - 100  °C.

Рапсовое  масло изготавливают на децентрализованных маслозаводах (без экстракции) и  на централизованных. В Германии сейчас работают в общей сложности 80 децентрализованных и 12 централизованных заводов. Дальнейшая переработка масла в RME возможна лишь в специальных этерификационных установках. В настоящее время топливо Biodiesel выпускают восемь немецких фирм, две из которых работают за границей.

4.4 Сравнение дизельного топлива, рапсового масла и RME

Дизельное топливо может сгорать в двигателях с непосредственным впрыском или  же в предкамерных и вихрекамерных. Непосредственный впрыск применяется  в двигателях высокой мощности. Удельный расход топлива при этом способе  впрыска ниже, чем при двух других. В то же время сгорание топлива в двух последних случаях лучше, т. е. в выхлопе содержится меньше вредных веществ.

Рапсовое  масло и RME отличаются от дизельного топлива температурой кипения. У  дизельного топлива она равна  приблизительно 100 °C, у RME около 320 °C. У рапсового масла температура кипения тоже выше, чем у дизельного топлива. При низкой нагрузке дизеля (в том числе на холостом ходу) температура поршня снижается. Рапсовое топливо, имеющее повышенную температуру кипения и осевшее на охладившемся поршне, уже не испаряется и не воспламеняется при смешивании с воздухом. Несгоревшее топливо поршневыми кольцами перемещается вниз, попадает в картер, где смешивается со смазочным маслом. В результате этого масло разжижается попадающим в него RME, что в дальнейшем может привести к выходу дизеля из строя. При использования в качестве топлива рапсового масла его попадание в смазочное масло приводит к образованию в картере резинообразной субстанции. В связи с этим заменять масло в двигателях, работающих на рапсовом топливе, приходится чаще.

По своим  свойствам рапсовое масло имеет  большие отличия от дизельного топлива. Это прежде всего относится к  вязкости, которая является важнейшим  параметром, определяющим качество распыления и сгорания топлива. Вязкость масла может быть понижена нагреванием или разжижением путем добавления дизельного топлива. Рапсовое масло, будучи более вязкотекучим, чем дизельное топливо, при использовании в качестве топлива должно быть достаточно теплым. При слишком низких температурах оно требует подогрева.

Рапсовое  масло не может длительно использоваться в обычных дизелях с непосредственным впрыском, так как оно полностью  не сгорает. Результатом этого, кроме  смешивания со смазочным маслом, являются продукты коксования, откладывающиеся на форсунках, поршнях и поршневых кольцах. В предкамерном и вихрекамерном двигателях длительное использование рапсового масла возможно, так как в этом случае оно дополнительно подогревается перед воспламенением, что способствует лучшему смешиванию с воздухом и более полному сгоранию.

Существуют  возможности в дизеле с непосредственным впрыском таким образом изменить конструкцию поршней, головки цилиндров  и форсунок, чтобы стало возможным  длительное использование в качестве топлива растительных масел. Помимо этого могут быть разработаны специальные двигатели с непосредственным впрыском, предназначенные для работы на рапсовом масле. В таких двигателях должно быть предусмотрено следующее:

• температура поршня значительно выше, чем в обычных дизелях;
• ограничена возможность проникновения несгоревшего топлива в смазочное масло;
• обеспечен более высокий КПД по сравнению с обычным дизелем.

Благодаря процессу этерификации RME по характеристикам  оказывается значительно ближе  к дизельному топливу. Это топливо может применяться на любых типах дизелей. Поскольку все дизели, как правило, оптимизированы по использованию дизельного топлива, то переходу на RME должна предшествовать дополнительная калибровка системы впрыска, улучшающая сгорание топлива.

Энергетические показатели

При рассмотрении вопроса об энергобалансе топлива  следует учитывать не только энергию, выделяющуюся при сгорании, но и  затраченную на его производство и подготовку.

В затраты  энергии на получение рапсовых семян  следует включать доли, приходящиеся на уборку урожая, обработку полей и внесение удобрений.

Для получения RME требуется еще больше энергии, так как она дополнительно  расходуется на этерификацию. Кроме  того, в связи с ограниченным числом перерабатывающих предприятий имеют  место повышенные транспортные расходы.

Оценки  энергетического баланса при  производстве рапсового масла и RME в разных источниках различны. Прежде всего это связано с разной оценкой эффекта утилизации отходов. Так, например, рапсовая солома может  рассматриваться как дополнительный источник энергии. Жмых и экстракционный остаток могут быть использованы в качестве компонентов белкового корма для животных. При производстве RME в качестве побочного продукта образуется глицерин. Здесь энергобаланс значительно улучшается, если для глицерина находится оптимальное применение.

При оценке энергобаланса для дизельного топлива  также учитывают затраты на изготовление, доставку и подготовку. И в этом случае результаты оценки различаются.

RME по  сравнению с дизельным топливом  имеет более низкую теплоту сгорания. Это значит, что при сжигании равных количеств RME и дизельного топлива мощность, реализованная при использовании рапсового топлива, будет меньше. При одной и той же мощности расход RME будет на 10 % выше (по объему), чем дизельного топлива.

У рапсового  масла также теплота сгорания ниже, чем у дизельного топлива. Расход его в большой степени зависит  от характеристик двигателя. В современных  предкамерных двигателях он особенно велик. В специально доработанных двигателях потребление масла такое же, как и дизельного топлива. Если рассматривать двигатели, специально сконструированные для работы на растительных маслах, то у них расход значительно ниже, чем дизельного топлива у современных двигателей сравнимой мощности.

Вредные выбросы

Использование растительных видов топлива необходимо для того, чтобы уменьшить выброс в атмосферу двуокиси углерода. При  сгорании рапсового топлива выделяется такое количество СО₂, которое было потреблено из атмосферы растением за весь период его жизни. В то же время не следует упускать из виду дополнительные выбросы углекислого газа, связанные с использованием транспортных средств, а также сельскохозяйственной техники, работающей в основном на дизельном топливе. При изготовлении RME особенно велики дополнительные выбросы СО₂, так как этот процесс связан с использованием метанола и расходом энергии.

Рапсовое  топливо снижает выбросы углекислого  газа в атмосферу, однако считать  его экологически чистым было бы неправильно. В отношении выбросов СО₂ рапсовое масло более экологично, чем RME.

При исследовании других компонентов вредных выбросов рассматривались различные виды подвижного состава (легковые и грузовые автомобили, тягачи, тепловозы и  др.). При этом использовались различные  методы исследования, которые зависят от характера эксплуатации подвижного состава и выбираемой в связи с этим точки на характеристике зависимости частоты вращения от крутящего момента. Для автомобильного транспорта используют, как правило, исследование по 13 пунктам.

Для железнодорожного подвижного состава применяют метод ISO-F, предусматривающий проверку по трем пунктам, так как здесь для рассмотрения берут только три режима - полной нагрузки, неполной и холостого хода. Для всех видов подвижного состава устанавливают единые условия эксплуатации, при которых время работы распределяется следующим образом: в режиме холостого хода 60 %, при полной нагрузке 25 % и при частичной 15 %. Результаты исследований нередко нельзя сравнивать из-за различия применяемых методик.

Для автотранспорта лимитируются следующие компоненты выбросов: окись углерода СО, углеводороды СН, окислы азота NO_X и сажа. Если здесь оценивать результаты частичного перехода на рапсовое масло или RME, то существенный выигрыш будет только по выбросам сажи. По окислам азота наблюдается увеличение выброса. Применение окисляющего катализатора при использовании RME значительно снижает выбросы СО, СН и сажи.

Для железнодорожного подвижного состава в настоящее  время еще нет предельных норм выбросов, установленных государственным законодательством. Существует лишь закон железных дорог Германии (DBAG), согласно которому выбросы следует исключать или снижать до минимального уровня. Разработаны также рекомендации МСЖД, которые и послужили основой для создания методики проверки ISO-F. Согласно им предусмотрены следующие предельные нормы в граммах на киловатт- час: для СО - 3, СН - 0,8, NO_X - 12. Для оценки содержания в выхлопе сажи используется число Боша. Нормами для сажи предусмотрена выраженная в этих единицах величина 1,6 - 2,5.

В области  железнодорожного подвижного состава  существует тенденция к использованию  двигателей с более низким выхлопом, имеющих пониженную частоту вращения и увеличенный срок службы. Однако здесь важен также расход топлива. Оптимизация дизелей по величине расхода ведет к увеличению в выхлопе окислов азота. В этом отношении рапсовое топливо наименее пригодно для решения проблемы. Из недостатков следует назвать также повышенный уровень шума от двигателей, работающих на рапсовом масле или RME.

Одним из преимуществ топлива на базе рапса является пониженное содержание в выхлопе окислов серы.

5. Финансовый аспект и перспективы

Рассмотренные соображения говорят не в пользу внедрения растительных масел вместо дизельного топлива.

Цена RME близка к цене дизельного топлива. На заправочных станциях Германии 1 л RME обычно на 3 пфеннига дешевле дизельного топлива. Эта разница в ценах в настоящее время уже компенсируется увеличением объема продажи.

Рапсовое  масло должно быть дешевле RME из-за более  простой технологии изготовления. Однако практика показывает, что в чистом виде рапсовое масло в виде топлива используется в небольшом объеме. Рост его потребления возможен лишь с появлением большого числа специально разработанных двигателей. Пока изготовителей таких двигателей очень мало, поэтому они чрезвычайно дороги.

Топливо из растительного сырья освобождено  от налога на минеральные масла, если оно не используется в смеси с  дизельным. За счет этого налога дизельное  топливо стало дороже на 6 пфеннигов  за 1 л. Перспективы широкого распространения рапсового топлива зависят в значительной степени от того, будет ли освобожден от налога железнодорожный транспорт, как это имеет место с воздушным и водным. Кроме того, важен обсуждаемый Комиссией ЕС вопрос о перспективах налогообложения топлива из растительного сырья.

Большое значение для внедрения нового топлива  имеют также принимаемые предельные нормы выхлопа. Если будет введен налог на выбросы СО₂ и принято решение о нормировании окислов серы, шансы рапсового топлива значительно вырастут. Широкому распространению его в сельском хозяйстве препятствует существующая скидка на дизельное топливо, газ и бензин для сельскохозяйственных машин.

Важным  фактором, ограничивающим расширение площадей под рапс, является закон  о премиях землевладельцам, выводящим часть посевных площадей под пар, чтобы избежать опасности перепроизводства сельскохозяйственной продукции. Пустующие площади могли бы использоваться для выращивания непищевого рапса.

Из двух рассмотренных видов рапсового  топлива лучше перспективы использования на железнодорожном транспорте у рапсового масла, хотя реализация этого связана с большими затратами. Специальные двигатели для работы на рапсовом масле уже разработаны для автотранспорта. На железных дорогах таких двигателей еще нет, но возможна установка, например, на мотовозах автомобильных двигателей, специально созданных для работы на рапсовом топливе.

6. Использование альтернативных топлив в различных странах 

Плантэйшн, штат Флорида, США, 30 июня 2004 года. DHL Express вводит в эксплуатацию два вида транспортных средств, работающих на альтернативном топливе, которые будут обслуживать стандартные курьерские маршруты DHL. Этот шаг стал частью стратегии DHL, направленной на расширение использования транспортных средств, работающих на альтернативных источниках питания. Два новых транспортных средства – фургон длиной 4,9 метров (14 футов), работающий только на электрической тяге, и дизельно-электрический грузовик длиной 7,9 метров (26 футов) – позволят DHL и в дальнейшем обеспечивать эффективность работы, увеличивать срок службы техники, снижать уровень загрязнения окружающей среды и операционные расходы компании.  
 «DHL в течение многих лет участвует в исследованиях, направленных на поиск альтернативных топливных решений, и сегодня мы рады начать внедрение в повседневную практику двух новых видов технологий, - говорит Грег Миллер, руководитель транспортного департамента DHL в Северной и Южной Америке. – Наша стратегия предусматривает определение тех технологий, которые могут быть внедрены уже сегодня или в обозримом будущем. Вместо того чтобы демонстрировать футуристические изобретения, мы сконцентрировались на реальных достижениях прогресса, которые могут применяться в разнообразных сферах деятельности. Внедрение новых «экологичных» транспортных средств ни в коей мере не отразится на слаженной работе наших курьеров, водителей, грузчиков и технического персонала. К тому же за счет них новых транспортных средств мы планируем значительно снизить количество вредных выбросов».  
 Стратегия DHL в Северной и Южной Америке предусматривает замену устаревших транспортных средств определенным количеством машин, работающих на альтернативном топливе, начиная с 2005 года. DHL подсчитала, что автомобили на электрической тяге будут работать дольше в городах, где высока нагрузка на транспорт, а сильная загруженность дорог способствует ускоренному износу транспортных средств и снижению их эффективности при работе в режиме постоянных остановок. «С точки зрения корпоративной ответственности переход к работе с транспортными средствами, работающими на альтернативном топливе, является верным шагом. DHL проводит тщательные исследования и ставит четкие цели, поэтому такое решение может принести большую выгоду для бизнеса, так как оно окупается уже в течение срока эксплуатации транспортного средства», - заявил господин Миллер.  
 Новый автомобиль Solectria CitiVan™ на электрической тяге появится на маршрутах DHL, обслуживающих Манхэттен. CitiVan может проехать при однократной подзарядке около 65 километров (40 миль), что делает его незаменимым в условиях плотного движения Манхэттена. Сертифицированный в качестве транспортного средства с нулевой степенью вредных выбросов, CitiVan является одним из самых экологически чистых автомобилей, используемых в настоящее время.  
 В пригородах Лос-Анджелеса планируется ввести в эксплуатацию новый гибридный автомобиль, который также производится компанией Solectria. Данный автомобиль будет перевозить в основном крупные грузы с терминала в Лос-Анджелесе в местный сервисный центр DHL. Автомобиль был разработан специально для снижения расхода топлива на 30-40% и сокращения уровня вредных выбросов до 90% при значительном увеличении срока службы узлов и агрегатов двигателя.  
 DHL заключила партнерское соглашение с Агентством США по защите окружающей среды в феврале этого года. Программа предусматривает совместные усилия в целях более эффективного использования энергии наряду со значительным снижением выбросов вредных веществ в атмосферу, являющихся причиной возникновения «парникового» эффекта. Политика DHL в отношении окружающей среды предусматривает ответственность за состояние экологии и использование экологически безопасных технологий в работе DHL. Компания является сторонником разработки программ, нацеленных на сбережение ресурсов и приостановку процесса глобального потепления климата, снижению уровня смога, шума и интенсивности транспортных потоков. Политика DHL основана на принципах защиты окружающей среды,