Двигатели на альтернативном топливе

Острейшие проблемы современной цивилизации — истощение невозобновляемых запасов сырья для топлива и ухудшение экологии в процессе его производства и использования. Но и эта ситуация не вечна. В конце концов нефть, газ и уголь закончатся, а планета превратится в свалку токсичных отходов. Поэтому человечество ищет выход в использовании альтернативного топлива — возобновляемого, экологичного и дешёвого.

Двигатели на альтернативном топливе
Самые популярные альтернативы сегодня — электричество, водород и биотопливо. Электромобили уже не кажутся чем-то необычным. А вот на водородных и биотопливных транспортных средствах стоит остановиться подробнее — в конце концов, это наше возможное будущее!

Всё в топку!

С момента разработки в XIX веке двигателя внутреннего сгорания изобретатели не переставали экспериментировать с топливом для него. В ход шло все, что могло гореть: керосин, бензин, светильный газ, сырая нефть, угольный порошок… Однако уже к началу XX века схема двигателя внутреннего сгорания на бензине и солярке окончательно вытеснила с рынка и паровые двигатели, и двигатели на светильном газе. Бензин и дизельное топливо безальтернативно заливались в баки до 30-х годов прошлого столетия, пока перед Германией и СССР не встал вопрос достаточности обеспечения вооружённых сил горючим. Это дало толчок интенсивным работам по получению формулы искусственного топлива. Во время Второй мировой войны Третий рейх массово производил синтетический бензин и дизтопливо из угля, а в СССР вышло постановление о создании промышленной отрасли искусственного жидкого топлива из угля и древесины.
После окончания войны три немецких завода по производству такого горючего были перевезены в Советский Союз. Заработал только один из них — Новочеркасский, поскольку в это время в Сибири были открыты богатые месторождения нефти и острая необходимость в синтетическом топливе отпала. Однако после нефтяного кризиса 1970-х годов вопрос об альтернативном горючем вновь стал актуален во всём мире.
Одним из самых перспективных решений этой задачи является использование водорода.

Первый у Менделеева

Транспортные средства, работающие сегодня на водороде, делятся на две категории: с двигателем внутреннего сгорания и с использованием топливных элементов. Последние фактически являются электромобилями с водородной мини-электростанцией, тогда как в первом варианте водород используется как топливо в несколько видоизменённом двигателе внутреннего сгорания.
Надо сказать, что водород очень привлекателен в качестве горючего — при сгорании он даёт в три раза больше энергии, чем бензин, а его выхлопом является безвредная вода. Именно на водороде работал созданный в 1806 году двигатель Франсуа Исаака де Риваза.
А в нынешнем, 2012 году в Италии начались испытания сельскохозяйственного трактора на водородных топливных элементах. Трактор будет использоваться во всех видах полевых работ. Заправку топливом планируется производить на энергонезависимой ферме одним из трёх способов: электролизом воды при помощи электричества, полученного от солнечных батарей, паровым риформингом биогаза либо анаэробным брожением биомассы с последующим отделением водорода из получившейся смеси газов.

«Зелёный» двигатель

Биомасса как сырьё для получения биотоплива на сегодняшний день является шестым по запасам из доступных на сегодня источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа и пятым по производительности возобновляемым источником энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро- и геотермальной энергии. Биотопливо подразделяется на жидкое (спирт и биодизель) и газообразное (биогаз).
Биодизель — топливо, получаемое из биологического сырья и потому полностью воспроизводимое. По теплотворной способности биодизельное горючее мало уступает нефти, удобно в хранении (мало испаряется, не сорбирует воду). Но есть у этого вида топлива и проблема — ограниченная площадь для засаживания растениями-сырьём, поскольку часть земель используется под сельскохозяйственные культуры и заготовление корма для скота, а истощение сельскохозяйственных земель чревато голодом. Кроме того, урожай растений для биотоплива нестабилен, что может привести к дефициту топлива при неурожае.
Впрочем, взвесив все «за» и «против», Министерство обороны США в 2008 году подписало договоры общей стоимостью $34,8 млн. с компаниями General Atomics и Science Applications International о разработке альтернативного топлива из водорослей для военно-воздушных сил.

Спирт на благо человека

C2H5OH также является полностью возобновляемым ресурсом, производство которого в мире хорошо отлажено. Хранение и применение спирта не доставляет проблем. Однако этот вид топлива не лишён недостатков, в основном связанных с энергоемкостью концентрирования полученного спирта. Альтернативный способ выработки — использование специально синтезированных полимерных мембран, делающих процесс проще и дешевле, сегодня предлагает российский Институт нефтехимического синтеза РАН. А в 2012 году американская компания Bio Architecture Lab заявила о том, что научила генно-модифицированные бактерии перерабатывать содержащуюся в бурых водорослях альгиновую кислоту в этанол. По прогнозам учёных, с одного гектара морской фермы можно получить 19 тысяч литров спирта в год. При этом культивирование водорослей не требует пахотных земель, удобрений и пресной воды.

Спокойно: газы!

Наконец, биогаз (смесь метана, углекислого газа и азота), вырабатываемый анаэробными метансинтезирующими бактериями из любой биомассы, делает технологию его производства простой, дешёвой и безотходной, а сам источник — полностью возобновляемым. После очистки биогаз может использоваться в любых двигателях, рассчитанных на использование природного газа. Например, в 2005 году шведская компания Svensk Biogas выпустила на железнодорожную линию, идущую вдоль восточного побережья страны, автомотрису (самоходный вагон) вместимостью 54 пассажира с двумя двигателями, работающими на биогазе. Дальность хода на одной заправке транспортного средства составляет 600 километров, максимальная скорость - 130 км/ч.

Роботы на подножном корме

Впрочем, помимо вышеописанных источников альтернативного топлива есть и ещё один, весьма привлекательный — это отходы. Ведь в бытовом мусоре значительную часть составляют вещи из горючих компонентов, которые могут дать большое количество тепловой энергии.
В 2005 году немец Кристиан Кох представил аппарат, который способен перерабатывать в альтернативное топливо любой мусор — стаканчики из-под йогуртов, старые шины, сорняки и даже дохлых кошек. Все эти отходы варятся в котле при температуре 300 градусов, в процессе происходит выделение углеводородов, которые затем при помощи катализатора превращаются в альтернативное дизельное топливо.
В 2009 году американская компания Robotic Technology объявила о разработке робота на электропаровом двигателе, вода в котором будет греться путём сжигания органических материалов — травы, дерева, старой мебели и даже трупов. Помимо биомассы, робот способен использовать и многие другие виды топлива: бензин, тяжёлое горючее, керосин, дизельное топливо, пропан, уголь, кулинарное масло и солнечную энергию.

Журнал: Тайны 20-го века №40, октябрь 2012 года
Рубрика: Взгляд в будущее
Автор: Юрий Данилов

Метки: Тайны 20 века, энергия, мусор, газ, двигатель, топливо, альтернатива, водород, спирт, биотопливо, дизель



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру; 2010 —