Заменитель бензина: Бензин из опилок и морской капусты — Энергетика и промышленность России — № 2 (54) февраль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Содержание

Бензин из опилок и морской капусты — Энергетика и промышленность России — № 2 (54) февраль 2005 года — WWW.EPRUSSIA.RU

Газета «Энергетика и промышленность России» | № 2 (54) февраль 2005 года

Известно, что главной причиной удорожания автомобильных перевозок является рост цен на бензин, дизельное топливо (солярку) и машинное масло. В России эти виды ГСМ производятся только из нефти, которая постоянно дорожает. Одновременно в последние годы значительно выросло количество автомобилей, особенно легковых. Все это объективно вызывает рост цен на ГСМ.

Вместе с тем нефть, газ, уголь, торф и природные сланцы имеют ту же физическую и химическую основу, что и кустарники, травы, сельхозкультуры, водоросли — органику.

Поэтому сегодня совершенно реальной представляется возможность с помощью новейших биотехнологий во многих регионах России в больших масштабах наладить выпуск заменителей ГСМ, т.е. получать их искусственным (синтетическим) путем с помощью материалов растительного происхождения. Прежде всего это относится к бензину.

Топливо вокруг нас

Заменителем бензина является спирт: метиловый (метанол) и винный (этанол).

Первый можно вырабатывать из угля, синтезированного газа, древесины, природных сланцев, торфа, травы, водорослей, бытовых отходов на свалках, сухого канализационного ила и т.д. Полученный из этого сырья спирт перерабатывают в бензин на специальных химических установках (реакторах). Он имеет достаточно высокое октановое число и не нуждается в антидетонаторах (присадках), предотвращающих взрыв топлива. Одновременно при его применении в двигателях уменьшается выброс в атмосферу вредных веществ (окислов свинца, азота и др.) и улучшаются ходовые качества автомобиля — особенно динамика разгона.

Еще в начале 1980-х годов в СССР были разработаны первые технологии получения технического спирта (метанола) из уголь-водо-метаноловой пульпы с помощью пара, технологии получения синтез-газа, а затем метанола, из бурого угля, и технологии получения метанола и синтетического бензина из неделовой древесины, в том числе – из опилок и кустарников. Тогда же были проведены исследования этих процессов, которые показали, что в процессе переработки выход полезных продуктов составил в среднем от 70 до 90%. Из нестандартного сырья получали газ, бензин, а также остаток в виде мазута, который можно было использовать как котельное топливо.

В Румынии из опилок получали древесный спирт (метанол), из которого затем в специальных химических реакторах путем пиролиза, т.е. разложения спирта при высокой температуре, получали бензин. КПД такого процесса составлял 50%, а теплотворность самого бензина была на 25% выше, чем у метанола, что соответствует бензину марки А-80 и выше.

В странах, бедных горючим, уже давно используется растительное сырье. Так, в Бразилии используется около 30% всей биомассы. Гектар специальных плантаций дает сырье, равное 28 тоннам нефти. В Швеции с целью получения искусственных ГСМ созданы специальные плантации быстрорастущих деревьев и кустарников, главным образом ивы и ольхи, вырастающих за год-два.

В СССР ученые Московского института горючих ископаемых использовали южную акацию, из которой с помощью разных технологий получали до 67% жидких углеводородов для моторного топлива и сырья нефтехимического синтеза.

В России же в настоящее время существуют десятки видов растений, деревьев и кустарников, пригодных для таких целей, а их естественные запасы громадны. Кроме того, возможно и специальное выращивание технических видов растений, деревьев, кустарников для получения из них синтетического бензина. Это не только поможет коренным образом изменить экономическую ситуацию в агропромышленном комплексе и лесном хозяйстве России, но и позволит восстанавить почву, расширить лесные насаждения, улучшить экологическую обстановку и т.д. При этом растительность — возобновляемый источник сырья и энергии, поэтому в России при рациональном использовании он будет неисчерпаем.

Помимо этого, существуют технологии получения синтез-газа и моторного топлива из торфа, запасы которого в стране весьма значительны.

Ботриококкус, зеленая водоросль, предки которой принимали участие в образовании нефти, и сегодня произрастает в воде многих озер. Поэтому ее и другие водоросли также можно выращивать в промышленных масштабах – и они смогут заменить нефть. Морские водоросли типа ламинарии (морской капусты) также являются сырьем для получения синтетического бензина.

В Австрии получают синтез-газ, а затем бензин из материала бывших свалок. А в Германии разработана технология получения нефти из сухого канализационного ила. Выход полезного продукта из тонны этого сырья составляет около 180-270 кг.

Все перечисленное может быть использовано и в современной России.

Российские резервы

Другим резервом для производства синтетического бензина является винный спирт — этанол. В Бразилии получают этанол из кожуры апельсинов и бананов, косточек персиков, стеблей сахарного тростника, пищевых отходов и т.д. В нашей стране тоже были разработаны технологии получения бензина на основе этилового спирта. Для этого получают спирт-сырец (в народе — самогонку или чачу), а затем его перерабатывают в синтетический бензин, октановое число которого не ниже, чем у обычного бензина. Причем его сжигание дает значительно меньшее количество вредных выбросов в атмосферу.

В России имеются большие резервы в организации производства бензина на основе этанола. Получать его можно из злаковых, картофеля, овощей, ягод, фруктов, сахарной свеклы, бобовых, медоносных трав, отходов сельхозпереработки и т.д. Реализация на практике указанной возможности откроет перед страной значительные экономические и социальные перспективы. Для этого необходима законодательная легализация производства бензина из этилового спирта и организация такого производства в каждом районе страны при соответствующем соблюдении технологии и наличии установок (мини-заводов). Это может стать и основой для развития малого и среднего предпринимательства.

Развитие технологического цикла

В производстве синтетического бензина, а затем и других видов ГСМ могут быть задействованы разные отрасли агропромышленного комплекса страны — от зерноводства и животноводства до переработки сельхозпродукции, а также спиртовая и ликерно-водочная промышленность. Агропром и предприниматели с помощью науки могут организовать производство синтетического дизельного топлива (солярки) и моторного масла из рапса, подсолнечника и других масляничных культур, а также из животного жира. Так, в Новой Зеландии из двух килограммов бараньего жира получают три литра дизельного топлива.

Существующие технологии позволяют уже сегодня производить синтетическое дизельное топливо в разных регионах России в целях самообеспечения, не покупая его в больших количествах у нефтепереработчиков. Дальнейшая разработка и внедрение новых технологий получения синтетических ГСМ позволят увеличить количество и качество этих видов энергоносителей. Появление значительного количества более дешевого синтетического топлива уменьшит рынок потребления нефтепродуктов и снизит цены на них.

В производстве синтетических ГСМ могут принять участие сельское и лесное хозяйство, угольная и торфодобывающая промышленность, химическая и машиностроительная отрасли народного хозяйства, малый и средний бизнес. Это приведет к изменению финансовых потоков внутри страны, уменьшению зависимости России от мировых цен на нефть, развитию производства. Кроме того, появится возможность экспорта дешевого синтетического топлива за границу. В то же время данный процесс будет способствовать рациональному использованию природных ресурсов в России.

В малой энергетике России, особенно в северных, сибирских, дальневосточных регионах и сельской местности, массовое производство синтетических ГСМ из местных природных ресурсов и отходов позволит вырабатывать дешевую электроэнергию на небольших автономных бензиновых и дизельных электростанциях (стационарных или передвижных) для производственных и бытовых нужд, включая производство синтетических ГСМ. Это увеличит экономию электроэнергии в большой энергетике, снизит цены на нее, а также цены на ГСМ из нефти, производимых, на промышленных предприятиях.

В сельском хозяйстве России производство синтетических ГСМ из растительного сырья, животного жира и отходов переработки для самообеспечения и на продажу может послужить основой для его быстрого подъема и дальнейшего развития. Данный процесс приведет к расширению посевных площадей, восстановлению плодородия земли и повысит занятость сельского населения. Использование собственного синтетического топлива в бензиновых и дизельных электростанциях для производственных и бытовых энергетических нужд, а также само обеспечение сельхозтехники синтетическим ГСМ сделает сельское хозяйство независимым от поставщиков ГСМ из нефти и энергетиков и позволит сократить затраты на ГСМ и электроэнергию, тем самым снизить себестоимость сельхозпродукции.

Наконец, производство синтетического ГСМ позволит получать из нефти больше другого, более дешевого топлива, например авиационного или ракетного. В итоге перечисленное приведет к уменьшению и перераспределению рынка потребления нефти и газа, а также к снижению цен на них и рациональному использованию их в России.

Лучшие умы уже ищут более экономичные заменители бензина

Цены на топливном рынке растут стремительно, и лучшие умы ищут более экономичные заменители бензина. Особенно пристальное внимание привлекают новые технологии на основе этанола.

США и Бразилия с 1970-х производят заменители бензина на этаноле, получаемом после переработки растительного сырья.  Европа тестирует топливные спирты с начала 2000-х, и в наши дни дешевые заменители значительно потеснили бензин во всех странах ЕС, особенно в Швеции, Испании, Германии.

В России тоже велись вялые разработки в этом направлении, но пока нефть была дешевой, не было и стимулов к открытиям. Бешеный рост цен на бензин в последние годы стал таким стимулом, и недавно специалисты Всероссийского НИИ переработки нефти объявили о создании нового вида топлива, дешевого, способного полностью заменить бензин. Это смесь на основе биоэтанола (до 40%) и продуктов нефтепереработки.

Один из авторов проекта Михаил Ершов, руководитель отдела автомобильных и авиационных бензинов НИИ переработки нефти, рассказал, что их топливо не так агрессивно и губительно для топливной системы автомобиля, как зарубежные аналоги, благодаря низкому содержанию смол и серы. Еще один фактор чистоты – «кислородосодержащее соединение способствует тому, что в отработавших газах будет меньше несгоревших углеводородов».

Смесь на основе этилового спирта может значительно удешевить эксплуатацию автомобилей со стандартным мотором. Особенно он может пригодиться в тех российских регионах, где размещено производство спирта, среди них лидеры – Татарстан, Чувашия, Северная Осетия и центральная Россия. Единственный подвох ожидается со стороны акцизов на топливный спирт.

Кроме того, что он реально дешевле бензина, этанол еще и намного экологичнее. Если брать весь цикл существования, от этапа производства до выброса в атмосферу через выхлопную трубу, бензин значительно опаснее этанола в плане накопления в атмосфере парниковых газов. Как показывает полувековой опыт США и Бразилии, этанол меньше загрязняет окружающую среду, воздух становится чище как минимум на 20%.

Где искать заменитель бензина? :: ПВ.РФ Международный промышленный портал


Сoвременная цивилизация ocтавила пoзади угoльную эру, c 20-х гoдoв XX века бурнo cтартoвала эра нефти. Нo теперь, пoхoже, и ей угoтoванo неизбежнoе умирание. Пo мере иcтoщения мирoвых запаcoв чернoго золота вcе более напряженно ведетcя поиcк альтернативных видов топлива. А выcокие цены на энергоноcители играют роль дополнительного уcкорителя в этих изыcканиях. Экcпертное cообщеcтво отcлеживает доcтижения ученых, анализирует практику внедрения новых методов и даже копает иcторичеcкие аналогии, пытаяcь предсказать будущее развитие событий. Ведь сколько раз на этой бренной земле уже было — нашли там, где поначалу даже не думали искать.

Вполне допускаем, что поднятая тема может вызвать неоднозначную реакцию. Многие сразу отметят, что уже многократно читали, как пресловутые передовые страны соревнуются в совершенствовании электромобилей, разрабатывают водородные двигатели, все сильнее разбавляют бензин биоэтанолом и т.д. Мол, сколько можно толочь воду в ступе и что еще такого уж неординарного тут можно привнести? А вот мы попробуем. Так что советуем не торопиться с переворачиванием страницы, поскольку далее речь пойдет о вещах довольно интересных.

Как известно, половину добываемой в мире нефти «съедает» транспорт. Именно он остается самым несгибаемым бастионом развившейся в экономике наркотической зависимости от жидких углеводородов — бензина и дизельного топлива. В первый раз о необходимости слезть с этой иглы мир громко заговорил без малого четыре десятилетия назад, когда нефть очень резко подскочила в цене. Вот именно тогда производители автомобилей и примкнувшая к ним инфраструктура начали всерьез, со свойственной автопрому душевной широтой разрабатывать электро-, био- и прочие технологии, призванные в конечном счете сделать транспорт еще и чище в экологическом плане. Впрочем, изрядно «позеленеть» автозаводчиков заставили сугубо «шкурные» интересы. Если традиционное топливо для машин, как говорится, станет себе дороже (а такая перспектива просматривается), их элементарно перестанут покупать. Вот все и ударились в альтернативное направление.

Что успели сделать за истекшие сорок лет? Давайте подведем хотя бы просто количественный итог, благо, такая информация есть. Статистика неумолимо свидетельствует — сегодня доля «экологичных» автомобилей не превышает пяти процентов от мировой автопопуляции. Грубая прикидка на уровне арифметической задачки для первоклассника подсказывает, что, продолжая такими темпами, мы сумеем перевести весь четырехколесный парк планеты на «безнефтяное» довольствие через… восемь веков.

Естественно, любой экономист такому сценарию от души посмеется, потому что свои расчеты приучен делать не на базе умножения в столбик, а на основе сложных алгебраических формул. Поэтому примите наш «прогноз» в вековом исчислении за шутку. Но даже формулы не дают ответа, когда же экотранспорт если не вытеснит «нефтяного собрата» окончательно, то хотя бы начнет над ним доминировать.

Ладно, с электромобилями автопрозводители, мягко говоря, чуть поторопились, загодя объявив их всеобщим транспортом буквально завтрашнего дня. Завтра так и осталось завтра. Ну, нет еще такого аккумулятора, который умел бы подзаряжаться так же быстро и на одной зарядке увозить машину столь же далеко, как привычный и ставший вдруг таким дорогим бензобак.

Ученые и конструкторы ищут. Пока, честно сказать, получается не очень. Хотя шесть часов зарядки и 100 км пробега, возможно, кого-то вполне устраивают. Но рассчитывать на всенародную любовь еще явно рановато, согласитесь.

К чести экспериментаторов, они вовсе не намерены останавливаться на достигнутом. Например, в последние дни календарного лета было широковещательно объявлено, что General Motors и LG Group объединят усилия своих инженеров для создания будущих электромобилей, раздвинув, таким образом, прежние рамки двустороннего сотрудничества. Ведь до сих пор LG только поставляла аккумуляторные батареи для Chevrolet Volt и Opel Ampera — электромобилей с несколько увеличенным, по сравнению с аналогами, запасом хода. Теперь же команды специалистов LG и GM будут совместно работать как над ключевыми компонентами силового привода, так и над конструкцией авто. Как говорится, флаг им в руки. Только вряд ли в обозримой перспективе что-то поможет сдвинуть здесь ситуацию резко вперед. Вот если только ученым удастся засадить в соленоидный короб шаровую молнию, обладающую воистину неистощимым запасом энергии. Но ее даже с целью «просто посмотреть» пока никому поймать не удавалось.

Куда ближе к реализации идеи по замене нефти были энтузиасты повсеместного внедрения так называемого биодизеля. Уточним, кто еще не знает, что это не какой-то особый движок, а опять же синтезированное из растительных масел топливо. В качестве сырья чаще всего используют рапс. Именно это растение (видимо, в ожидании пусть не таких заоблачных, как нефтяные, но все-таки реальных прибылей) стали с фонтанирующей активностью выращивать фермеры в Евросоюзе, США и Австралии. Только Африка тут от них отстала, но это ж знойный континент, что с него взять.

Причем, технология производства биодизеля оказалась предельно простой, даже для агрария. Метиловым спиртом из рапсового масла вымывают глицерин. Кстати, в виде «отходов» имеем весьма востребованное в косметологии вещество, а на выходе — топливо, которое по молекулярному составу является только что не клоном дизельного и может применяться вместо него.

Экономичность тоже дай боже. Расходы на синтез 1 тыс. литров этого альтернативного топлива, если верить западным источникам, а в иных подобные сведения просто отсутствуют, выливаются в сумму примерно 300 долларов. Ниже обязательно дается сноска — «чтобы получить аналогичное количество бензина, нужно потратить вдвое больше».

Впрочем, похожее на откровенную рекламу уточнение вполне конкретно подтверждается для рядового потребителя на практике. Так, на заправках автотранспорта в Германии литр биодизеля стоит на 0,15 евро дешевле обычного ДТ. Сегодня практически в каждой стране Евросоюза запущены свои предприятия по производству «масличного топлива», в общем объеме поставляющие на АЗС более 1 млн тонн биодизеля ежегодно. Как авангард по продвижению альтернативы, их полностью освободили от уплаты совсем не маленьких на Западе экологических налогов.

Ныне растительное ДТ настолько раскручено в Европе, что при полном одобрении властей биодизельная отрасль даже замахнулась на то, чтобы в достаточно краткий исторический период перевести на свой вид топлива как минимум 10% автомобильной популяции в старом свете. Увы, этой мечте грозит участь неосуществленной.

Конечно, владельцы грузовиков и автобусов активно одобряют переход «на масло». Даже потратив 2,5 тыс. евро на переделку двигателя под биодизель, они все равно остаются в выигрыше, снизив топливные расходы. А вот производители малолитражек, десятилетиями дружившие с нефтяными корпорациями, в свою очередь, не спешат выпускать машины, адаптированные под «рапсовую солярку».

Концерн Volkswagen, например, отказался от биоэкспериментов со своими двигателями. Как считает менеджмент VW, новое альтернативное топливо более агрессивно ведет себя по отношению к механизмам: при его использовании быстро изнашиваются резиновые прокладки, засоряются жиклеры, часто выходит из строя насос высокого давления в двигателях. Заведующий кафедрой эксплуатации автотранспорта МАДИ Анвар Хазиев тоже подтверждает, что у биодизеля высокая кислотность, и сложные эфиры, которые в нем содержатся, могут оказывать негативное воздействие на двигатель. А очистка такого топлива, разумеется, повышает его стоимость. И это еще не все.

Несмотря на энтузиазм, охвативший фермеров, впереди четко просматриваются грядущие проблемы с сырьем для биодизеля. Не хватает техники для сбора урожая рапса — зерновые комбайны на эту роль не годятся. Посевы растения, оказавшегося слабоватым на холодоустойчивость, начали элементарно вымерзать в связи с происходящими сейчас в Европе разительными изменениями климата. К тому же угроза надвигающегося мирового продовольственного кризиса, связанного все с тем же климатом, поставила ребром вопрос — а стоит ли сейчас отводить такие большие сельскохозяйственные площади под в общем-то техническую культуру?

Ученые из университета Райса в американском штате Техас явно желали пролить свет в туманящемся окошке, проанонсировав недавно свою новую технологию, нацеленную на получение заменителя бензина. Суть открытия, если в общих чертах, сводится к тому, чтобы максимально быстро из ныне существующих способов превращать в биотопливо обычную глюкозу.

«Мы решили не идти по пути своих предшественников, основной целью которых было повысить скорость метаболизма, а действовали в своих экспериментах буквально от противного, — рассказывает руководитель исследования профессор Рамон Гонсалес. —Вместо того, чтобы пытаться ускорить процесс природного возникновения жирных кислот, мы повернули процесс вспять, добившись тем самым полного разрушения этих кислот. Конечно, это неестественно и необычно. Однако, создавая жирные кислоты, природа действует не слишком эффективно и достаточно медленно. Разрушение в этом случае оказалось гораздо более конструктивным подходом.

Полученные с помощью данной технологии бактерии, по мнению Гонсалеса, и являются тем самым открытием, которое позволяет реально говорить о создании полной альтернативы бензину. Так, они производят биобутанол в десять раз быстрее, чем любой известный сейчас науке организм. В свою очередь, биобутанол способен заменять бензин в большинстве автомобильных двигателей без их предварительной переделки.

По всей видимости, ученым важен сам факт открытия. А как оно будет применяться дальше, их интересует в гораздо меньшей степени. Во всяком случае, сообщение для прессы не содержит абсолютно никаких сведений о том, где взять для переработки ту прорву глюкозы, которая потребуется для хотя бы частичного удовлетворения потребностей автомобилистов в топливе. И будет ли готов к таким экспериментам аграрный сектор…

Так что в плане сырьевой базы куда более интересным нам видится достижение группы инженеров японской компании Blest Corporation. Свое уникальное устройство, авторы назвали Plastikoleum Tower. Звучит почти помпезно, хотя изобретатели постарались отразить здесь свои намерения предельно точно — тут тебе и пластмасса, и не нуждающийся в переводе «ойл», и сказочный замок или дворец, как кому понравится. Все еще не поняли? Да просто новый агрегат из страны восходящего солнца служит для превращения пластиковых отходов в сырую нефть.

Наши восточные соседи не первыми взялись сотворить такое чудо. Но другие аналогичные разработки имеют один весьма существенный недостаток — им требуется слишком много электроэнергии. Достаточно сказать, что для работы в течение всего одного часа подобной установке надо израсходовать 1KWh энергии. Новая Plastikoleum Tower успешно справилась с данной проблемой. Она способна преобразовывать пластиковые отходы в нефть благодаря применению солнечной энергии. Новинка обладает мощностью примерно в 10 МВт, что достаточно для генерации 60 баррелей нефти каждый час. Благодаря уникальной технологии, японское изобретение способно преобразовывать отходы еще и с поистине запредельной продуктивностью: один килограмм отслужившего пластика — в один литр нефти.

Еще дальше замахнулись наши отечественные ученые из подмосковного Троицка. Они решили перевернуть научный взгляд на природу происхождения нефти, вторгшись чуть ли ни в основы мироздания, и получили черное золото в пробирке. Сразу скажем, нефти на практике пока вышло совсем чуть-чуть и очень дорого, зато с потрясением основ вполне получилось.

Со школьной скамьи нам всем вдолбили, что нефть, как и все остальные углеводороды относится к продуктам разложения биомассы, скапливавшейся в недрах планеты на протяжении сотен миллионов лет. Грубо говоря, вот не вымри в свое время динозавры, и не ездили бы мы сегодня на автомобилях, потому что заправить машину было бы абсолютно нечем, причем, отнюдь не из-за корпоративного сговора нефтедобывающих компаний.

«Органическая теория возникновения углеводородов является сегодня господствующей, но велика вероятность, что на деле она не совсем верна», — осторожничает с формулировками в своем комментарии заместитель директора Института физики высоких давлений РАН в г.Троицке, доктор физико-математических наук Вадим Бражкин. Вплоть до ХХ века в научной среде конкурировали две противоположные точки зрения. Альтернативная версия исходила как раз из того, что углеводороды имеют неорганическое (абиогенное) происхождение. Эту теорию, в частности, активно поддерживал великий Менделеев. Но в середине прошлого века позиция «органиков» перевесила.

Тем не менее, и дальше ученым неоднократно удавалось получать углеводороды в пробирке. Однако даже сами естествоиспытатели старались игнорировать подобные результаты. Их отбрасывали, квалифицируя в лучшем случае как артефакт. В худшем — списывали на брак, произошедший из-за ненадлежащей чистоты эксперимента. Нынешняя ситуация с энергоресурсами, страх исчерпать подземные кладовые заставили вспомнить про артефакты и подойти к ним гораздо серьезнее.

Подмосковные экспериментаторы взяли для опыта вещества, повсеместно присутствующие в коре Земли (вода, карбонат кальция и окись двухвалентного железа). А далее смоделировали условия верхней мантии на глубинах 100–150 километров, то есть давление 30–50 тысяч атмосфер и температуру около 1000°С. Неожиданно в получившихся продуктах реакции обнаружился широкий спектр углеводородов, в том числе «неорганическая» нефть. И хотя, повторимся, ее доза получилась мизерной, официально оформленное открытие имеет непреходящее значение.

Во-первых, ничто не мешает продолжить исследования. Прежде всего, работая в дальнейшем над повышением экономичности и эффективности опробованного процесса, сырье для которого лежит буквально у нас под ногами.

Во-вторых, достигнутый в Троицке результат красноречиво свидетельствует, что Земля умеет синтезировать углеводороды в режиме нон-стоп. Значит, нынешняя нефтеразведка, изначально отметающая сам факт возможного существования углеводородов неорганического происхождения, элементарно устарела. А ведь подобные запасы практически неисчерпаемы.

Если раньше на нетрадиционные месторождения геологи натыкались чисто случайно, то в самом ближайшем будущем появится возможность вооружить поисковиков совершенно новой и научно обоснованной методикой. По убеждению ученых из Института физики высоких давлений РАН, на глубинах от 70 км Земля просто забита углеводородами. Так что дефицит нефти человечеству явно не грозит.

Владимир Баранов


Китайские ученые нашли способ получить бензин из воздуха — Российская газета

Бензин из воздуха? Звучит как фантастика. Над этим «чудом» давно бьются ведущие лаборатории мира. В случае успеха человечество может навсегда забыть, что запасы нефти конечны. Старт этим поискам дан почти 100 лет назад, когда была открыта реакция превращения углекислого газа и водорода в углеводороды. А дальше дело застопорилось, в частности, из-за высокой цены получения водорода. Чтобы извлечь его из воды, требуется много энергии. В итоге «воздушный» бензин получается золотым.

Однако в последнее время появилась надежда резко понизить цену. Как? Перевести технологию получения альтернативного бензина на солнечную энергию. Дело в том, что стоимость ее производства резко падает. Уже появляются сообщения, что у альтернативного бензина есть шанс выйти из пробирки. Осталось фактически одно серьезное препятствие — катализаторы, которые превращают углекислоту и водород в бензин. У них два серьезных недостатка. Они быстро выходят из строя и требуют очистки через несколько десятков часов работы.

И вот только что китайские ученые сообщили, что недостатки устранены. Созданный ими катализатор преобразует фактически всю углекислоту в аналог бензина (96 процентов) и работает как минимум 1000 часов. Он состоит из двух компонентов — наночастиц из оксида железа и натрия, а также цеолитов из силиката алюминия. Наночастицы железа «разрывают» молекулы углекислоты и заставляют ее соединяться с атомами водорода, а цеолиты способствуют объединению «полуфабрикатов» в длинные цепочки углеводородов.

Превращение СО2 в топливо не только поможет бороться с потеплением, но и решит проблему исчерпания полезных ископаемых, заявляют авторы разработки.

Комментарий

Леонид Кустов, доктор химических наук, Институт органической химии РАН:

— Я бы не назвал работу китайских ученых прорывом, хотя, конечно, 1000 часов работы катализатора — это здорово. Но вызывает вопросы применение солнечной энергии. Ведь у нее низкий кпд, а потому энергетически вряд ли оправдана для такой технологии. Мы создали демонстрационную установку, где в чистый бензин превращается 85 процентов углекислоты. Это меньше, чем у китайцев, но зато производительность в 4-5 раз выше, так как применяем для протекания реакции высокую температуру и давление. Катализатором является дешевое соединение железа и никеля. Через год сможем предложить установку для коммерческого внедрения, правда, наши предприятия она вряд ли заинтересует. Пока течет нефть, они инертны, зато западные фирмы активно с нами сотрудничают.

Кстати

Британские ученые заявили о создании установки получения бензина из воздуха. Она уже произвела пять литров бензина за три месяца работы, но авторы утверждают, что могут довести объем до одной тонны в день. Однако скептики утверждают, что цена такого топлива слишком высока, почти 500 евро за тонну. Но авторы настроены оптимистично. Ведь для извлечения углекислого газа и водорода, а также проведения реакции они намерены использовать даровую энергию Солнца. А потому технология воздушного топливного синтеза станет экономически конкурентоспособной.

«Заменитель бензина» Луиса Энрихта. 100 великих афер [с иллюстрациями]

«Заменитель бензина» Луиса Энрихта

Луис Энрихт почти всю свою сознательную жизнь занимался мошенничеством, но стал известен всему миру только в 1916 году, когда ему было за семьдесят. Энрихт предложил заменить бензин на обычную воду с добавлением некоего секретного химического вещества. Смесь, по его утверждению, стоила не более цента за галлон.

В полдень 11 апреля 1916 года шумная толпа репортеров собрались на небольшой лужайке перед домом Энрихта на Лонг-Айленд. Они уже успели обменяться едкими замечаниями по поводу импозантной внешности изобретателя (роскошные седые усы) и высказать сомнения в здравости его рассудка.

«Я научился делать то, о чем химики мечтали многие годы, – заявил Луис Энрихт скептически настроенной аудитории. – А именно: нашел заменитель бензина, который дешевле обычного горючего в десятки раз».

Изобретатель позволил недоверчивым репортерам обследовать автомобиль. Они убедились, что бензобак пуст и в нем нет второго дна. Затем Энрихт дал им попробовать воду из ведра, после чего залил два галлона воды в бензобак, добавил какую-то зеленоватую жидкость из пузырька, сел за руль автомобиля, завел мотор и поехал.

Пораженные журналисты застыли, раскрыв рот. На следующий день все газеты написали о сенсационном открытии, благодаря которому автомобиль может ездить на воде. Новость потрясла всю Америку и вскоре докатилась до Европы. Словом, гениальное изобретение наделало много шума по обе стороны океана. Во-первых, бензин в то время продавался по 30 центов за галлон, во-вторых, из-за войны в Европе его поставки были нерегулярными. За «секретной формулой» стали охотиться воюющие державы. Телефон в доме Энрихта не замолкал ни на минуту. Ему звонили представители крупнейших фирм и предлагали контракты на невероятные суммы. Он вежливо отклонял все предложения, а в интервью охотно объяснял суть своего открытия: «Я нашел вещество, способное отбирать кислород у воды, оставляя чистый атомарный водород. Вот он-то и взрывается в цилиндрах моего автомобиля, соединяясь с кислородом воздуха».

Ученые подняли его на смех. Томас Фриз, знаменитый профессор химии из Колумбийского университета, объяснил: «Нет такого химического соединения, которое способно отделить водород от кислорода в воде. Это можно сделать только с помощью электролиза, но в данном случае количество затраченной энергии будет равно количеству энергии, полученной… Возможно, правда, выделение из воды водорода при добавлении металлической соды, но она стоит слишком дорого и должна добавляться в огромных количествах…» Словом, ученые-химики выступили против Энрихта единым фронтом.

Изобретатель только усмехался: «Хорошо, что я не использую металлическую соду в своей формуле, не правда ли? После каждого крупного открытия всегда объявляются теоретики, объясняющие, почему это невозможно…»

Энрихта посетил корреспондент газеты «Чикаго гералд» Уильям Хаскелл, страстный автолюбитель. Он сразу заявил хозяину, что не верит в его открытие. Изобретатель ответил, что тоже не верит Хаскеллу, поскольку тот может оказаться шпионом нефтяной компании, которого подослали выведать секрет магической формулы. Хаскелл попросил показать ему чудо-топливо. Энрихт протянул ему пузырек с темной жидкостью. Смесь отдавала миндалем. Поймав удивленный взгляд репортера, изобретатель пояснил: «Это синильная кислота. Я добавляю ее, чтобы замаскировать формулу. Она отбивает все другие запахи. Моя формула поддается простому химическому анализу. Любой химик легко определит ее составляющие. Однако ему не удастся синтезировать вещество, не зная технологического процесса».

Хаскелл написал об изобретателе восторженную статью. Он признался, что никогда не поверил бы, что мотор может работать на воде, если бы сам не принимал участие в эксперименте.

Правда, от дальнейших демонстраций изобретения Энрихт упорно отказывался, ссылаясь на отсутствие необходимых компонентов. «Я хотел купить их в Нью-Йорке, – поведал он журналистам, – но по дороге обнаружил за собой слежку, и счел за благо вернуться домой».

Заменителем бензина заинтересовался автомобильный король Генри Форд. После приватной беседы с Энрихтом магнат выразил желание купить патент на производство заменителя, но при условии, что вещество пройдет испытание в заводской лаборатории.

Автомобиль «форд»

Через три дня нью-йоркская газета обнародовала скандальные факты из жизни Луиса Энрихта. Журналисты выяснили, что никакой он не изобретатель, а прожженный аферист. В 1890 году Энрихт собрал с доверчивых жителей штата Колорадо деньги якобы на строительство железной дороги от Каньон-сити до Крипл-Крик, после чего пытался скрыться, но был задержан. В тот раз суду не удалось доказать его вину. За плечами Энрихта целая серия афер. К примеру, он продал 45 тыс. акров чужой земли; в другой раз убедил английскую фирму приобрести у него патент на производство сверхпрочного искусственного камня.

Громкие разоблачения в прессе не смутили Генри Форда. Для него не имело значение прошлое человека, поэтому деловые переговоры с Энрихтом продолжались. Магнат подарил изобретателю новейшую модель автомобиля «форд» и пообещал финансировать дальнейшие его исследования.

И тут в газетах промелькнуло сообщение, будто оружейная фирма «Максим» купила права на секретную формулу за миллион долларов, причем Энрихт получил стотысячный аванс. Генри Форд заявил, что патент на заменитель бензина давно принадлежит ему. Хирам Максим обвинил его во лжи. В конце концов автомобильный король, положившийся на честное слово изобретателя, вынужден был признать свое поражение. Он порвал все отношения с Луисом Энрихтом. Во время скандала биржевой курс акций «Максима» заметно повысился. Оружейная фирма заработала миллионы долларов, когда Хирам Максим признался, что никакого контракта с Энрихтом он не подписывал.

Несмотря на то что и Форд, и Максим публично отказались иметь дело с изобретателем чудо-топлива, Энрихт не испытывал недостатка в средствах. Он начал строить дом для своей семьи, оборудовал лабораторию. В перспективе собирался открыть химический завод по производству нового горючего. Однако демонстраций заменителя бензина больше не проводилось, и постепенно интерес к топливу начать угасать.

Об изобретении Энрихта вспомнили в конце Первой мировой войны в ноябре 1917 года, когда финансист Бенджамин Йоакум, разбогатевший на строительстве железных дорог, обвинил Энрихта в измене родине. Йоакум подписал с изобретателем тайное соглашение, по которому приобретал все права на заменитель бензина. Финансист заплатил ему аванс в размере ста тысяч долларов, а взамен получил запечатанный конверт, в котором якобы находилась магическая формула. Вскрыть конверт Йоакум обязался в установленный соглашением срок. А пока, чтобы не терять времени даром, он начал переговоры с правительствами США и Англии о поставке им нового вида топлива. Подозрительный Йоакум на всякий случай нанял частных детективов, чтобы те понаблюдали за Энрихтом. Они выяснили, что изобретатель тайно встречался с бывшим военным атташе германского посольства, капитаном Францем фон Баттеном.

«У нас появились серьезные подозрения, – заявил Йоакум, – что Энрихт раскрыл свой секрет германской разведке. Немцы начали производить топливо в промышленных масштабах. Только этим можно объяснить, что Германия, не имея нефтяных месторождений, не испытывает недостатка в бензине».

Йоакум вскрыл запечатанный конверт, нарушив тем самым договорные обязательства, но там была лишь пара двухдолларовых облигаций Займа свободы.

Луис Энрихт был задержан. На следствии изобретатель заявил, что Баттен предлагал ему десять тысяч долларов за предательство, но он указал ему на дверь. «И вообще, – заявил Энрихт, – моего заменителя бензина больше нет. Я сжег единственный экземпляр формулы вещества, чтобы она не досталась врагу».

Окружной прокурор в действиях Энрихта состава преступления не нашел, и Йоакуму пришлось отказаться от всех обвинений и смириться с финансовыми потерями.

В начале двадцатых годов Энрихт объявил, что нашел способ производства бензина из… торфа. И снова объявились инвесторы, поверившие мошеннику. Среди них оказался даже окружной прокурор Нассау. Впрочем, именно он и вывел Энрихта на чистую воду. По распоряжению прокурора была устроена проверка банковских расходов изобретателя, в результате чего выяснилось, что Энрихт, вместо того, чтобы разрабатывать новый вид топлива, просаживал деньги инвесторов в игорных заведениях.

На этот раз суд приговорил мошенника к семи годам лишения свободы. Он отбывал наказание в тюрьме Синг-Синг, пока не был освобожден условно досрочно по состоянию здоровья. В 1924 году аферист скончался в возрасте 79 лет.

До сих пор остается тайной, каким образом Луису Энрихту удалось обмануть репортеров в апреле 1916 года. Возможно, «секретной жидкостью» была смесь на основе ацетона и жидкого ацетилена. Синильная кислота использовалась для того, чтобы отбить запах ацетона. А трубку бензопровода Энрихт установил так, чтобы она брала горючее с поверхности бензобака. Это позволило мотору «форда» проработать несколько минут. Другие предполагают, что где-то был спрятан тайный бензобак. А некоторые до сих пор верят, что весной 1916 года гениальным Энрихтом было продемонстрировано великое открытие, однако изобретателю не дали развернуться нефтяные монополии.

Аналог бензина может производить искусственный лист: 22 октября 2019, 11:11

Ученые из Кембриджского университета предположили, что газ, получаемый из ископаемых источников, может производить искусственный лист, использующий для этого солнечный свет, диоксид углерода и воду. Технология открывает путь к производству экологического жидкого аналога бензина, передает Tengrinews.kz со ссылкой на ftimes.ru. 

Проект расширяет горизонты возможного в сфере солнечного топлива, сообщает sciencedaily.com. Ученые показали, что установка с искусственным листом может легко производить сингаз. Для этого он использует солнечный свет, эффективно работая даже в облачные и дождливые дни. В отличие от существующих промышленных процессов получения сингаза, система не выделяет дополнительного диоксида углерода в атмосферу. Результаты исследования опубликованы в Nature Materials.

Сингаз – смесь водорода и оксида углерода. Вещество используется для получения разных продуктов вроде топлива, пластика, удобрений и фармацевтических средств.

«Вы могли не слышать о нем, но, возможно, используете производные вещества ежедневно. Возможность экологично и легко получать сингаз – важный шаг в преображении мирового углеродного цикла, создании экологически дружественных процессов производства химикатов и топлива», — сказал один из авторов проекта профессор Эрвин Рейснер. 

Устройство основано на принципе фотосинтеза. Два поглотителя света искусственного листа соответствуют молекулам растений, собирающим солнечные лучи. Они объединены с кобальтовым катализатором. При погружении в воду один поглотитель использует его для производства кислорода. Второй восстанавливает СО2 до состояния воды, СО и водорода, формируя смесь сингаза. Светопоглотители работают при низких уровнях освещения в дождливые и облачные дни.

«То есть использование технологии не ограничено теплыми или летними месяцами. Ее можно использовать от рассвета до заката в любой стране», — уверен соавтор работы докторант Андрей Вирджил. 

Другие искусственные листья обычно производят водород. Возможность получения сингаза авторы приписывают сочетанию материалов и катализаторов. Список включает инновационные перовскитные светопоглотители, обеспечивающие мощный ток для запуска реакции восстановления углекислого газа. Сейчас авторы ищут способ использовать технологию для производства альтернативы бензину.

Еще быстрее, чем на сайте! Читайте наши новости в Telegram. Подписывайтесь на @tengrinews.

ExxonMobil и Porsche тестируют синтетические виды топлива в автоспорте

Компании ExxonMobil и Porsche заключили новое соглашение о разработке возобновляемых видов топлива и их использовании в Суперкубке Porsche Mobil 1.

Первое испытание возобновляемого гоночного топлива Esso состоится 30 марта 2021 года на голландском автодроме Зандворт. Там – как и в течение всего сезона 2021 года – будет использоваться первая версия этого топлива. По своему составу оно базируется в основном на прогрессивном биотопливе, сырьем для которого служат органические отходы.

Porsche and Siemens Energy advance climate-neutral eFuels development

Porsche, Siemens Energy and a lineup of international companies are developing and implementing a pilot project in Chile.

На этой базе команда ученых и инженеров компании ExxonMobil создала гоночное топливо, которое уже на первоначальных тестах показало потенциал для значительного снижения выбросов CO2. В течение сезона 2022 года обе компании планируют использовать вторую версию возобновляемого гоночного топлива Esso, которое по большей части будет состоять из синтетических видов топлива. Именно на этом и будет сосредоточено сотрудничество ExxonMobil и Porsche. Топлива eFuels – это синтетические виды топлива, получаемые из водорода и диоксида углерода, взятого из воздуха, при производстве которых используется энергия из возобновляемых источников. Возобновляемое гоночное топливо Esso (Esso Renewable Racing Fuel) на базе синтетических видов топлива позволяет снизить выбросы CO2 на величину до 85 процентов, если после смешивания оно соответствует действующему стандарту для современного топлива.[1]

«Автомобили с чисто электрическим приводом являются для нас наивысшим приоритетом, – подчеркивает Михаэль Штайнер, член правления Porsche AG, ответственный за исследования и разработки. – Синтетические виды топлива идеально дополняют нашу стратегию в области автомобильных приводов. Они предлагают нашим клиентам возможность ездить на автомобилях с двигателями внутреннего сгорания и плагин-гибридах почти с нейтральным выбросом CO2. Благодаря сотрудничеству с ExxonMobil мы можем протестировать синтетические виды топлива в сложных условиях гоночной трассы. Тем самым мы делаем еще один шаг на пути к тому, чтобы сделать синтетическое топливо с низким выбросом CO2 конкурентоспособным заменителем традиционного топлива».

[1] Указанное здесь сокращение выбросов парниковых газов относится к сравнению между расчетным углеродным следом продукта (Product Carbon Footprint, PCF) возобновляемых компонентов в гоночном топливе PMSC (Porsche Mobil 1 Supercup) и базовым показателем 94 грамма CO2e/МДж (CO2-эквивалент/МДж) согласно Директиве ЕС по возобновляемым источникам энергии.  Сокращение выбросов на величину до 85 процентов за счет возобновляемых компонентов, введенных в топливо вместо его обычных составляющих, основано на расчетах углеродного следа продукта (PCF) в соответствии с ISO 14067 (с учетом полного цикла производства топлива). При этом учитываются выбросы, связанные с сырьем, производством, транспортировкой и сжиганием, возникшие при создании вышеупомянутой топливной смеси с возобновляемыми компонентами.  Для сравнения использовалась функциональная единица 1 МДж топлива. 

Michael Steiner, Member of the Executive Board, Research and Development of Porsche

Синтетические виды топлива (eFuels) поставляются с пилотной промышленной установки Haru Oni в Чили. Здесь из воды с помощью ветровой энергии сначала получают «зеленый» водород. Затем он соединяется диоксидом углерода из воздуха, в результате чего образуется метанол. На следующей стадии технологического процесса с помощью лицензированной ExxonMobil технологии синтеза MTG (Methanol-to-Gasoline: метанол в бензин) метанол превращается в синтетический бензин. На пилотной стадии проекта с 2022 года должно производиться свыше 130 000 литров синтетического бензина в год. Как основной потребитель этого топлива компания Porsche будет использовать синтетический бензин из Чили не только в Суперкубке Porsche Mobil 1 в сезоне 2022, но и, среди прочего, в своих центрах Porsche Experience.

«На протяжении прошедших 25 лет мы вместе с Porsche работали над созданием высокоэффективных продуктов, которые помогали автомобилям Porsche демонстрировать их выдающиеся результаты на гоночных трассах и на обычных дорогах, – говорит Энди Мэдден, вице-президент по стратегии и планированию ExxonMobil Fuels & Lubricants. – Наше последовательное сотрудничество в области возобновляемых и синтетических видов топлива вносит решающий вклад в оценку технической возможности и коммерческой реализуемости топлив, которые могут значительно сократить выбросы в атмосферу».

The 911 GT3 Cup for the Porsche Mobil 1 Supercup

Сотрудничество с Porsche базируется на неизменной приверженности компании ExxonMobil разработке и внедрении энергетических технологий со сниженным уровнем выбросов в атмосферу, таких как высокоэффективные топлива и масла, инновационные пластмассы и другие продукты, которые обеспечивают сокращение расхода топлива на транспорте. Так, например, обе компании совместно работали над линейкой специальных смазочных материалов для рынка электромобилей: Mobil EV™.

В январе компания ExxonMobil объявила о создании нового подразделения ExxonMobil Low Carbon Solutions для коммерциализации своего обширного портфеля низкоуглеродных технологий. До 2025 года компания планирует инвестировать 3 миллиарда долларов в энергетические решения со сниженным уровнем выбросов. В прошлом году ExxonMobil представила свои планы по реализации возобновляемого дизельного топлива в Калифорнии и, потенциально, на других внутренних рынках США и международных рынках уже в 2022 году.

За последние два десятилетия компания ExxonMobil инвестировала более 10 миллиардов долларов в исследования, разработку и внедрение энергетических технологий, снижающих объем выбросов. Высокоэффективные решения позволили избежать примерно 480 миллионов тонн выбросов CO2 – что эквивалентно выбросам от более чем 100 миллионов легковых автомобилей в течение года.[1]

[1] 480 миллионов тонн выбросов CO2 согласно калькулятору эквивалента парниковых газов U.S. EPA соответствуют примерно 104 миллионам легковых автомобилей, которые ездят по дорогам в течение года. https://www.epa.gov/energy/greenhouse-gas-equivalencies-calculator

Porsche aims for CO

2-neutral balance sheet in 2030

In 2030, the company wants to have a CO2-neutral balance sheet across the entire value chain.

До 2025 года компания Porsche инвестирует 15 миллиардов евро в электромобильность и цифровизацию. В 2030 году более 80 процентов автомобилей Porsche должны быть оснащены электродвигателем. Кроме того, к 2030 году компания стремится к климатически нейтральному балансу своих продуктов и производственных площадок и инвестирует около 1 миллиарда евро в устойчивую мобильность.

ExxonMobil

Активное продвижение синтетических видов топлива (eFuels) вместе с такими партнерами, как ExxonMobil, является важным составным компонентом стратегии декарбонизации и устойчивого развития компании Porsche. 

Биотопливо: заменители бензина

Этанол — это возобновляемое топливо на спиртовой основе, получаемое путем ферментации и дистилляции недорогих, не требующих особого ухода крахмальных культур, таких как кукуруза, сахарный тростник и пшеница, выращиваемых для производства энергии. Этанол является наиболее широко доступным источником заменителя бензина и снижает выбросы парниковых газов.

Этанол также может производиться из свалочных газов и твердых бытовых отходов, а также из сельскохозяйственных отходов, навоза животных, пищевых отходов, жиров, масел и смазок.Это позволяет получать топливо со значительно меньшими выбросами парниковых газов, чем топливо на основе нефти, а также предотвращает попадание этих материалов на свалки.

Преимущества этанола

  • Может снизить нашу зависимость от нефти.
  • Энергетические культуры на основе этанола можно выращивать на менее продуктивных сельскохозяйственных угодьях
  • Более высокое октановое число, обеспечивает большую устойчивость к детонации двигателя и более высокую эффективность сгорания.
  • Этанол, полученный из сельскохозяйственных отходов, навоза, пищевых отходов, жиров, масел и смазок, обеспечивает значительное сокращение выбросов парниковых газов.
  • Многие производители автомобилей предлагают автомобили с гибким топливом. В 2017 году в Калифорнии было зарегистрировано около 1 миллиона автомобилей с гибким топливом.

Возобновляемый бензин

Возобновляемый бензин химически эквивалентен бензину, полученному из нефти, и подходит для использования в обычных автомобилях и бензиновой инфраструктуре без необходимости модификаций. Хотя это топливо еще не поступило в продажу, Энергетическая комиссия поддерживает исследования и разработку методов производства возобновляемого бензина.

Преимущества возобновляемого бензина

  • Может использоваться в существующих бензиновых двигателях без дорогостоящих переделок.
  • По химическому составу эквивалентен нефтяному бензину, соответствует федеральным требованиям к топливу, используемому в автомобильных двигателях с искровым зажиганием.
  • Может значительно снизить выбросы углекислого газа примерно на 61-83%, в зависимости от используемого сырья.
  • Нет особых требований к обращению, хранению и использованию, что обеспечивает высокую гибкость и расширенные возможности для внедрения.

Альтернативные виды топлива и современные автомобили

Более дюжины альтернативных видов топлива находятся в производстве или разработке для использования в транспортных средствах с альтернативным топливом и транспортных средствах с передовыми технологиями. Автопарки государственного и частного секторов являются основными потребителями большинства этих видов топлива и транспортных средств, но индивидуальные потребители проявляют к ним все больший интерес. Использование альтернативных видов топлива и современных транспортных средств вместо обычных видов топлива и транспортных средств помогает Соединенным Штатам экономить топливо и сокращать выбросы транспортных средств.

Биодизель — это возобновляемое топливо, которое можно производить из растительных масел, животных жиров или переработанного кулинарного жира для использования в транспортных средствах с дизельным двигателем.

Электричество можно использовать для питания подключаемых к электросети электромобилей, которые становятся все более доступными.Гибриды используют электричество для повышения эффективности.

Этанол — широко используемое возобновляемое топливо, получаемое из кукурузы и других растительных материалов. Он смешан с бензином для использования в транспортных средствах.

Водород — это потенциально экологически чистое альтернативное топливо, которое можно производить из внутренних источников для использования в транспортных средствах на топливных элементах.

Природный газ — это газообразное топливо, имеющееся в большом количестве внутри страны, которое может иметь значительные преимущества по стоимости топлива по сравнению с бензином и дизельным топливом.

Пропан — легкодоступное газообразное топливо, которое на протяжении десятилетий широко используется в автомобилях по всему миру.

Несколько новых видов топлива считаются альтернативными видами топлива в соответствии с Законом об энергетической политике и могут находиться в стадии разработки или уже разработаны и доступны в Соединенных Штатах.

Обычные автомобили и двигатели могут быть модифицированы для работы на другом топливе или источнике энергии.

Цены на альтернативное топливо могут колебаться в зависимости от местоположения, времени года или политического климата.

Замена бензина — обзор

22.4.4 ОЖЦ и воздействие на окружающую среду

Описаны некоторые применения ОЖЦ для оценки и улучшения воздействия на окружающую среду.

(a)

Энергетика и транспорт

Расширение современных систем производства и транспортировки электроэнергии должно одновременно учитывать экономический рост и воздействие на окружающую среду. Последнее в основном соответствует сжиганию углеводородного топлива и сопутствующим выбросам большого количества парниковых газов и загрязнителей воздуха (см.рис.22,5).

Рис. 22.5. Воздействие на окружающую среду современных систем генерации и транспортировки электроэнергии.

Принято считать, что основной причиной глобального изменения климата является увеличение выбросов парниковых газов в результате увеличения использования ископаемого топлива [27]. Воздействие других выбросов в атмосферу также является значительным. Оксиды азота в сочетании с летучими органическими соединениями (ЛОС) вызывают образование приземного озона и смога, воздействие которых может привести к раздражению глаз и ухудшению функции легких.Повышенный уровень озона также может вызывать заболевания легких и дыхательных путей, а также заметное повреждение листьев многих сельскохозяйственных культур, растений и деревьев. NO x и ЛОС реагируют в присутствии солнечного света с образованием озона. Выбросы CO влияют на способность красных кровяных телец переносить кислород к тканям тела [28]. Многие другие воздействия на окружающую среду связаны с выбросами NO x , ЛОС и CO [29–31].

Растущее беспокойство по поводу последствий глобального потепления, загрязнения воздуха и сокращения запасов ископаемого топлива привело к повышению интереса к возобновляемым источникам энергии, таким как энергия ветра и солнца.Экологически улучшенная схема для систем производства и транспортировки электроэнергии на основе возобновляемых технологий и водорода представлена ​​на рис. 22.6.

Рис. 22.6. Экологически улучшенная схема для систем производства и транспортировки электроэнергии.

Перспективы производства электроэнергии, водорода или синтетического топлива за счет использования только возобновляемых источников энергии хорошие. В некотором смысле технологии производства электроэнергии, включая ветряные турбины и фотоэлектрические элементы, так же развиты, как производство водорода путем электролиза воды.Чистый водород может использоваться в качестве топлива для транспортных средств на топливных элементах, которые быстро совершенствуются, или превращаться в синтетическое жидкое топливо с помощью таких процессов, как реакции Фишера-Тропша [32].

Маак и Скуласон [33] сообщают, что в исландском сообществе основное внимание уделяется использованию возобновляемых источников энергии и испытаниям с чистым домашним топливом (часто называемым топливом будущего). В настоящее время водород используется в качестве энергоносителя в системе общественного транспорта и подвергается электролизу из воды с помощью гидроэлектроэнергии.Выхлоп — вода. Компания Icelandic New Energy Ltd. работает над проектами, связанными с водородом в качестве энергоносителя с 1999 года, в то время как в Рейкьявике в настоящее время выполняется ряд проектов и технико-экономических обоснований по производству водорода внутри страны из воды, гидроэлектроэнергии и геотермальной энергии, богатых местных ресурсов. .

Использование водорода в качестве топлива для транспортных средств на топливных элементах может привести к значительному снижению загрязнения воздуха и выбросов парниковых газов. В батарее топливных элементов электричество (которое преобразуется в механическую работу в электродвигателях с КПД выше 90%) генерируется посредством следующих электрохимических реакций:

Анод: 2h3 → 4H ++ 4e−

(22.13) Катод: O2 + 4H ++ 4e− → 2h3O

Эти реакции происходят в батарее топливных элементов с протонообменной мембраной при низкой температуре (<100 ° C) и включают отделение кислорода от воздуха на катоде. В этих условиях подавляется образование вредных оксидов азота, и при выработке электроэнергии образуется только вода. Таким образом, использование водорода в транспортных средствах на топливных элементах можно считать экологически безвредным с точки зрения прямых выбросов транспортных средств. Любые сопутствующие выбросы загрязняющих веществ и парниковых газов связаны с производством водорода.

Загрязнение воздуха и выбросы парниковых газов связаны с производством бензина и его использованием в транспортных средствах с ДВС. В таких автомобилях бензин (смесь углеводородов) сжигается на воздухе. Реакция горения может быть выражена для общего углеводорода C n H m как

(22,14) CnHm + n + m / 4O2 → nCO2 + m / 2h3O + Q

Тепло Q высвобождаемый во время этой экзотермической реакции, частично превращается в механическую работу.Согласно принципу Карно, чем выше температура сгорания топлива, тем большую механическую работу можно извлечь теоретически. Средняя температура горючей смеси бензина и воздуха около 1300 ° C. При таких высоких температурах ускоряется образование оксидов азота. Испарение бензина и неполное сгорание приводят к выбросам летучих органических соединений и окиси углерода.

В предыдущих разделах описаны ExLCA ветровых и солнечных технологий для производства электроэнергии и водорода, а также производства водорода из природного газа и бензина из сырой нефти.Путем введения коэффициента эффективности капитальных вложений показано, что «возобновляемый» водород экономически менее привлекателен (т.е. имеет более высокую стоимость), чем водород, полученный путем риформинга природного газа.

(b)

Снижение воздействия на окружающую среду за счет замены ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии

Мы рассматриваем снижение воздействия на окружающую среду, связанное с внедрением технологий на основе энергии ветра и солнца. Прямое и косвенное потребление эксергии ископаемого топлива E.xdir, ΔE.xdir и ΔE.xind приводят к различным видам вредных выбросов, которые в этом разделе подразделяются на выбросы парниковых газов и загрязнения воздуха. Индикатор парниковых газов (ПГ) может использоваться для оценки парниковых газов в соответствии со значениями их потенциалов глобального потепления [34]. Аналогичным образом переносимые по воздуху загрязнители объединяются в обобщенный показатель загрязнения воздуха AP в соответствии с их весовыми коэффициентами воздействия (относительно NO x ) следующим образом:

(22.15) AP = ∑13miwi

, где m i — масса загрязнителя воздуха i и w i — соответствующий весовой коэффициент. Для простоты мы рассматриваем здесь только три загрязнителя (CO, NO x , летучие органические соединения). Весовые коэффициенты используются Австралийским управлением по охране окружающей среды [35], полученные с помощью анализа затрат и выгод воздействия на здоровье. Весовые коэффициенты для парниковых газов, основанные на потенциалах глобального потепления относительно двуокиси углерода, которой присвоено значение, равное единице, и загрязнителей воздуха перечислены в таблице 22.12.

Таблица 22.12. Весовые коэффициенты для парниковых газов и загрязняющих веществ, переносимых по воздуху, учитывались в исследовании.

9017 9017 9017 9017 9017 9017 9017 9017 9017 9017 9017 9017 O
Эмиссия Компаунд Весовой коэффициент
Парниковые газы CO 2 1
CH 8 9017
310
Переносимые по воздуху загрязнители CO 0.017
NO x 1
ЛОС 0,64

Хотя энергия ветра и солнца может считаться «бесплатной», количество потребляемых строительных материалов на единицу электричество или водород, производимые для «возобновляемых» заводов, часто намного выше, чем для более традиционных технологий производства электроэнергии и водорода из природного газа. Принимая во внимание выбросы загрязняющих веществ в атмосферу на этапах строительства и эксплуатации электростанций или водородных электростанций, а также их срок службы и мощность, можно рассчитать косвенные выбросы парниковых газов и загрязнения воздуха на единицу произведенной энергии.Для технологий использования ископаемого топлива эти косвенные выбросы в течение жизненного цикла невелики по сравнению с прямыми выбросами, связанными с сжиганием топлива или удалением углерода из природного газа для производства водорода.

Предполагая, что воплощенная энергия связана с энергией сгорания природного газа, представлены выбросы парниковых газов и загрязнения воздуха на мегаджоуль произведенной электроэнергии, представлены водород и бензин из предыдущих исследований LCA [13, 14, 36] (Таблица 22.13). Выбросы ПГ и ПД от производства единицы электроэнергии из природного газа рассчитываются исходя из предположения, что электроэнергия вырабатывается из природного газа со средней эффективностью 40% (что разумно, поскольку эффективность производства электроэнергии из природного газа варьируется от 33% для газа). турбоагрегатов до 55% для электростанций с комбинированным циклом, при этом около 7% электроэнергии рассеивается при передаче).

Таблица 22.13. Выбросы парниковых газов и загрязнения воздуха (в г / МДж электроэнергии или НТС водорода и бензина) для различных производственных технологий.

Итого для p = 350 атм 9017 9017 0,014 Итого для p = 350 атм.1
Технологии м GHG м CO м NO x м VOC16380
Электроэнергия из природного газа
Электроэнергия из природного газа с тепловым КПД η = 40% 149.9 0,094 0,11 0,72 0,57
Водород из природного газа
Транспортировка природного газа по трубопроводам и риформинг для производства водорода под давлением p = 20 атм a 0,022 0,026 0,054 0,061
Сжатие водорода от 20 до 350 атм 6,8 0,0042 0.0050 0,032 0,026
Подача водорода на АЗС ( p = 350 атм) 3,1 0,0072 0,045 0,00135
8 Всего для 0,026 0,031 0,086 0,087
Электроэнергия и водород от энергии ветра
Производство электроэнергии 4.34 0,0030 0,0035 0,00027 0,0038
Производство водорода посредством электролиза 2,51 0,0017 0,0020 0,000159 0,000159 0,00922 0,000159 9079 0,20 0,00014 0,00017 1,3 · 10 -5 0,00018
Сжатие водорода до p = 350 атм 0.40 0,00027 0,00033 2,54 · 10 — 5 0,00035
Всего для p = 20 атм 7,05 0,0048 7,25 0,0050 0,0058 0,00045 0,0063
Электроэнергия и водород от солнечной энергии
Производство электроэнергии7 0,0073 0,0087 0,00068 0,0092
Производство водорода электролизом 6,18 0,0042 0,0050 0,00039 9017 0,00039 сжатие 9017 9017 0,50 0,00034 0,00041 3,19 · 10 -5 0,00044
Сжатие водорода до p = 350 атм 1.0 0,00067 0,00080 6,23 · 10 — 5 0,00085
Итого для p = 20 атм 17,4 0,012 0,012 0,061 0,023 0,015
Доставка бензина на автозаправочные станции 0,19 0,00044 0,0028 8,26 · 10 9017 9017 Автомобили с ДВС b 71,7 0,86 0,05 0,15 0,11
Итого 84,0 0,87 0.11 0,17 0,24

Чтобы передать водород или использовать его в транспортном средстве на топливных элементах, его необходимо сжать до соответствующей объемной плотности энергии. Например, давление газообразного водорода в баке автомобиля Honda на топливных элементах составляет около 350 атм [23]. Данные относительно сжатия водорода в Таблице 22.2 были получены при предположении, что электроэнергия для «возобновляемого» сжатия водорода получена из одних и тех же возобновляемых источников энергии, а электричество для сжатия водорода из природного газа вырабатывается на электростанции, работающей на природном газе.

Электрическая энергия E el , необходимая для сжатия 1 моля водорода, рассчитывается по формуле для изотермического сжатия с КПД компрессора η cmp = 0,65:

(22,16) Eel = RT0ηcmplnpmaxpatm

где эталонная температура окружающей среды составляет T 0 = 298 K, R — универсальная газовая постоянная, p max — необходимое давление водорода, а атмосферное давление — p атм = 1 атм.В Таблице 22.13 видно, что воздействие на окружающую среду сжатия водорода с использованием возобновляемой электроэнергии очень мало по сравнению с воздействием на этапах производства электроэнергии и электролиза.

Улучшение воздействия на окружающую среду (т.е. сокращение выбросов парниковых газов и ПС в данном случае) в результате внедрения возобновляемой технологии зависит от замененной технологии. Эффективность такого внедрения можно определить как стоимость сокращения выбросов ПГ и ПС на единицу массы ( C GHG и C AP ), используя следующие выражения:

(22.17) CGHG = 1000GHGng − GHGRCR − Cng

(22,18) CAP = 1000APng − APRCR − Cng

, где GHG нг , GHG R , AP нг 900 и AP R — это выбросы GHG и AP (в граммах на МДж электроэнергии или энергии водорода), произведенные с использованием природного газа и возобновляемых технологий, соответственно, а C нг и C R — затраты на МДж электроэнергии или водорода, произведенного с использованием природного газа и возобновляемых источников энергии, соответственно.

На рис. 22.7 показана стоимость основных энергоносителей (на МДж электроэнергии или НТС) за 1999–2004 гг. На основе данных, взятых из ОВОС [38]. Современная стоимость электроэнергии на основе ископаемого топлива предполагает, что стоимость электроэнергии на рис. 22.7 согласуется с ее производством из природного газа со средней эффективностью 40% (как предполагается в оценке воздействия на окружающую среду). Данные о стоимости водорода отсутствуют, но согласно одному анализу [26], отношение стоимости водорода к его более низкой теплотворной способности (или эксергетической ценности) примерно в два раза выше, чем у природного газа.На рис. 22.7 видно, что стоимость бензина примерно в два раза выше стоимости сырой нефти. Эффективность производства бензина из сырой нефти несколько выше, чем у водорода из природного газа [13]. Поскольку относительная стоимость природного газа немного ниже, чем у сырой нефти (см. Рис. 22.7), мы предполагаем здесь, что отношение стоимости к эксергии водорода, полученного при реформинге природного газа при типичном давлении (например, 20 атм) равен бензину. Средние удельные затраты на природный газ, сырую нефть, бензин, водород и электричество за 1999–2004 гг., Которые используются здесь, перечислены в Таблице 22.14.

Рис. 22.7. Удельная стоимость выбранных энергоносителей с 1999 по 2004 год.

(На основе данных EIA, Official Energy Statistics from the US Government, Energy Information Administration, US Department of Energy, 2005. http://tonto.eia.doe.gov /steo_query/app/pricepage.htm.)

Таблица 22.14. Средние удельные затраты (в долларах США на МДж энергии) нескольких энергоносителей за 1999–2004 гг. a

Энергоноситель Средняя стоимость единицы (долл. США / МДж)
Природный газ 0.00473
Сырая нефть 0,00611
Бензин 0,0124
Электричество 0,0134
Водород (при 20 атм. 22.8 и 22.9 представляют стоимость (на кг) сокращения выбросов ПГ и ПС в результате замены энергии ветра и солнца на природный газ для производства электроэнергии и сжатого водорода в зависимости от соотношения затрат на электроэнергию:

Фиг.22.8. Удельная стоимость сокращения выбросов ПГ (A) и AP (B) в результате замещения энергии ветра на природный газ для производства электроэнергии и сжатого водорода в зависимости от соотношения затрат на электроэнергию β Вт . Диапазон нынешних соотношений между производственными затратами на «ветровую» и «природную газовую» электроэнергию показан пунктирными линиями .

(На основе данных М. Ньютона, П. Хоупуэлла, Затраты на устойчивое производство электроэнергии, Eng. Sci. Educ. J. 11 (2) (2002) 49–55.)

Рис. 22.9. Удельная стоимость сокращения выбросов ПГ (A) и AP (B) в результате замещения солнечной энергии на природный газ для производства электроэнергии и сжатого водорода в зависимости от соотношения затрат на электроэнергию β s . Диапазон нынешних соотношений между затратами на производство «солнечной» и «природного газа» электроэнергии показан пунктирными линиями .

(На основе данных М. Ньютона, П. Хопуэлла, Затраты на устойчивое производство электроэнергии, Eng. Sci. Educ. J.11 (2) (2002) 49–55.)

(22.19) βw = ELwELng; βs = ELsELng

Здесь β w и β s — это соотношение затрат на электроэнергию, произведенную с помощью ветра. и солнечные источники энергии к затратам на электроэнергию, произведенную из природного газа, соответственно, EL w и EL s — это затраты на электроэнергию, произведенную из источников энергии ветра и солнца соответственно, а EL нг — стоимость электроэнергии, произведенной из природного газа.Стоимость электроэнергии, полученной из природного газа, принята равной стоимости электроэнергии на рис. 22.7. Что касается расчета эксергетической эффективности для получения «возобновляемого» водорода, стоимость водорода определяется в соответствии с эффективностью низкотемпературного электролиза воды (например, 72%).

Сравнение рис. 22.8 и 22.9 показывает, что ветровая электроэнергия позволяет с меньшими затратами снизить выбросы парниковых газов и ПД. Замена электроэнергии из природного газа электричеством из возобновляемых источников более выгодна, чем такая же замена водорода.Повышение давления способствует использованию возобновляемых источников энергии, поскольку стоимость водорода включает стоимость электроэнергии, необходимой для его сжатия. Диапазон современных соотношений между затратами на производство электроэнергии на основе возобновляемых источников и природного газа показан на рис. 22,8 и 22,9 пунктирными линиями по данным Ньютона и Хопуэлла [39].

Стоимость сокращения выбросов ПС путем введения водорода в качестве топлива для транспортного средства на топливных элементах вместо бензина оценивается с использованием средних значений затрат на ветровую и солнечную электроэнергию: β w = 2.25 и β s = 5,25. Для этой оценки уравнения. (22.17) и (22.18) были изменены следующим образом:

(22.20) CGHG = 1000GHGg − GHGh3ɛCg − Ch3ɛ

(22.21) CAP = 1000APg − APh3ɛCg − Ch3ɛ

, где ɛ — это соотношение эффективности топлива. электролизеры и автомобили внутреннего сгорания; C г , GHG г и AP г — стоимость МДж бензина и соответствующие выбросы ПГ и ПД; и C H , GHG H 2 и AP H 2 — это стоимость МДж сжатого (350 атм) водорода и соответствующие выбросы парниковых газов и ПД.

Стоимость снижения выбросов ПГ и ПД (на кг) в результате замены бензина водородом представлена ​​на рис. 22.10 как функция отношения эффективности ɛ топливного элемента (с водородным двигателем) и внутреннего сгорания. (бензиновые) автомобили. Можно видеть, что когда «возобновляемый» водород используется вместо бензина, стоимость сокращения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу приближается к затратам на «возобновляемую» электроэнергию только в том случае, если эффективность транспортного средства на топливных элементах значительно (примерно в два раза) превышает эффективность внутреннего двигатель внутреннего сгорания.Напротив, низкие положительные и отрицательные значения водорода из природного газа указывают на то, что его применение в транспортных средствах на топливных элементах позволяет снизить выбросы ПС почти без каких-либо финансовых затрат, связанных с технологией производства топлива. Текущая эффективность (механическая работа на эксергию топлива) внутреннего сгорания и двигателя на топливных элементах, соответственно, в среднем составляет около 0,25 [15] и 0,35 [25]. Последнее значение оценивается как произведение эффективности батареи топливных элементов (около 0.4) и устройство для преобразования электрической энергии в механическую работу (около 0,9).

Рис. 22.10. Удельная стоимость сокращения выбросов ПГ (A) и AP (B) в результате замещения бензина водородом в зависимости от соотношения эффективности ɛ внутреннего сгорания (с бензиновым двигателем) и топливного элемента (с водородным двигателем) транспортных средств.

Соответствующие сокращения выбросов ПГ и ПД в результате замены бензина водородом ( ПГ г / ПГ H 2 и AP г / AP H 2 ) представлены как функция ɛ на рис.22.11. Замещение бензина на «возобновляемый» водород приводит к

Рис. 22.11. Снижение выбросов парниковых газов (A) и AP (B) в результате замены бензина водородом в зависимости от соотношения эффективности ɛ автомобилей внутреннего сгорания (с бензиновым двигателем) и на топливных элементах (с водородным двигателем).

сокращение выбросов парниковых газов более чем в пять раз (с 12 до 23 раз для водорода, полученного из ветра и от 5 до 8 раз для водорода, полученного из солнечной энергии), и

сокращение загрязнения воздуха более чем в 10 раз (с 38 до 76 раз для водорода, получаемого из ветра, и с 16 до 32 раз для водорода, полученного из солнечной энергии).

Видно, что замена бензина водородом из природного газа позволяет относительно меньшее сокращение выбросов ПГ и ПД (примерно от 2,5 до 5 раз). Данные на рис. 22.11 предполагают, что «возобновляемый» водород представляет собой потенциальное долгосрочное решение экологических транспортных проблем.

(c)

Основные выводы и дополнения

Из проведенной здесь оценки эксергетического жизненного цикла можно сделать несколько важных выводов для оценки эксергетической и экономической эффективности и воздействия на окружающую среду от замены ископаемого топлива возобновляемой энергией ветра и солнца производить электричество и водород.В анализе технологии ископаемого топлива для производства водорода и электроэнергии из природного газа и бензина из сырой нефти противопоставляются возобновляемым технологиям, водород считается топливом для транспортных средств на топливных элементах и ​​заменителем бензина, а также энергоэффективностью, парниковым газом и загрязнением воздуха. выбросы оцениваются. Выбросы определяются на всех этапах технологического процесса, включая транспортировку сырой нефти и природного газа по трубопроводам, перегонку сырой нефти и риформинг природного газа, производство электроэнергии с помощью ветра и солнца, производство водорода путем электролиза воды, а также распределение и использование бензина и водорода.Ниже приводятся основные выводы:

Использование энергии ветра и солнца для производства электричества и водорода посредством электролиза и его применение в автомобиле на топливных элементах дает самые низкие выбросы парниковых газов и загрязнения воздуха.

Экономическая привлекательность (коэффициент эффективности капитальных вложений) возобновляемых технологий существенно зависит от соотношения затрат на водород и природный газ. При нынешнем соотношении затрат около 2 (на единицу НТС или эксергии), например, капитальные вложения для производства водорода из природного газа примерно в пять раз ниже, чем для производства водорода с помощью энергии ветра, что снижает стоимость ветро- и солнечной энергии. на основе электричества и водорода значительно выше, чем у природного газа.

Внедрение электроэнергии на основе ветра и солнца для снижения выбросов парниковых газов и AP обходится дешевле, чем внедрение водорода на основе энергии ветра и солнца. При нынешних затратах на ветровую и солнечную электроэнергию, когда электричество из возобновляемых источников заменяет электричество из природного газа, затраты на сокращение выбросов парниковых газов и ПД более чем в 4 и 10 раз меньше, соответственно, чем стоимость водорода из возобновляемых источников, заменяющего водород из природный газ. Внедрение «возобновляемого» водорода в качестве топлива для транспортных средств на топливных элементах вместо бензина может привести к экономически эффективному сокращению выбросов парниковых газов и ПД только в том случае, если КПД транспортного средства на топливных элементах примерно в два раза выше, чем КПД двигателя внутреннего сгорания.

Замена бензина «возобновляемым» водородом приводит к сокращению выбросов парниковых газов до 23 раз для водорода от ветра и в 8 раз для водорода от солнечной энергии, а также к сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу до 76 раз для водорода от ветер и 32 раза водород от солнечной энергии. Для сравнения, замена бензина водородом из природного газа позволяет сократить выбросы парниковых газов и ПД всего в пять раз.

Данные, представленные в этом разделе, могут быть применены и экстраполированы для создания полезных прогнозов.Например, Канаде необходимо сокращать выбросы парниковых газов примерно на 270 мегатонн ежегодно в период 2008–2012 годов для выполнения своих обязательств по Киотскому протоколу. Согласно представленным здесь данным, когда 6000 ветряных турбин (Kenetech KVS-33) мощностью 350 кВт и коэффициентом мощности 24% заменят газовую электростанцию ​​мощностью 500 МВт с КПД выработки электроэнергии 40%, ежегодные выбросы парниковых газов снижаются на 2,3 мегатонны, и возникают дополнительные годовые затраты (в среднем β w = 2.25) около 280 миллионов долларов США. Согласно показателям потребления электроэнергии в Канаде на душу населения, это количество электроэнергии соответствует потребностям 280 000 канадцев. Эти данные предполагают, что «возобновляемый» водород представляет собой потенциальное долгосрочное решение экологических проблем. Изложенный здесь подход может помочь в разработке стратегий по сокращению выбросов парниковых газов и загрязнения воздуха.

Заменитель бензина из растительных отходов, разработанный UC-Davis

Заводское дизельное топливо доступно уже много лет, но сделать настоящий бензиноподобный углеводород из растительных масел оказалось намного сложнее.

Химики из Калифорнийского университета в Дэвисе думают, что они его взломали, используя новую технику для производства «биогазолина» из растительных отходов.

Биодизель, знакомый многим читателям, будет все чаще рекламироваться как альтернатива дизельному топливу на основе ископаемого топлива.

До сих пор было доказано, что гораздо проще получить дизельное топливо с длинными прямыми углеводородными цепями из растительных масел. По химическому составу топливо очень похоже на обычное дизельное топливо.

Сделать то же самое с более короткими разветвленными цепями атомов углерода бензина оказалось сложно, но Калифорнийский университет Дэвиса придумал метод, который не полагается на типичный процесс ферментации, используемый для производства топлива на основе этанола на растительной основе.

Поскольку новое топливо так же летучо, как и обычный ископаемый бензин, оно горит точно так же, но при этом имеет все обычные преимущества биотоплива, такие как меньший углеродный след и возможность производить топливо из отходов.

Топливо может быть получено из сельскохозяйственных и лесных отходов с использованием сырья, известного как левулиновая кислота, полученного путем химической обработки таких материалов, как солома, стебли кукурузы или городские зеленые отходы.

Марк Маскаль, профессор химии Калифорнийского университета в Дэвисе и ведущий автор исследовательской работы, предполагает, что благодаря новому методу обработки можно использовать любой целлюлозный материал.

«Это дешевая и практичная отправная точка, которую можно производить из сырой биомассы с высоким выходом», — добавляет он.

Калифорнийский университет в Дэвисе уже зарегистрировал предварительные патенты на новый процесс.

Как всегда, коммерциализация таких процессов может занять несколько лет. Но если новый процесс окажется успешным в более крупных масштабах, он может предоставить нам еще один способ замены ископаемого топлива там, где это необходимо — так что за ним, безусловно, стоит следить.

_________________________________________

Следуйте за GreenCarReports в Facebook, Twitter и Google+

альтернативных видов топлива

альтернативных видов топлива

Питер Альвик, W.Адди Маевски

Это предварительный просмотр статьи, ограниченный некоторым исходным содержанием. Для полного доступа требуется подписка DieselNet.
Пожалуйста, войдите в систему , чтобы просмотреть полную версию этого документа.

Abstract : Развитие альтернативных видов топлива было вызвано проблемами изменения климата и энергетической безопасности. Был рассмотрен и разработан ряд альтернативных топливных вариантов, включая спирты, дизельное топливо на основе биомассы, метан, водород и синтетическое топливо.Выбор будущих комбинаций топлива и трансмиссии, в идеале на основе анализа энергоэффективности и выбросов от скважины до колеса, ограничен такими факторами, как альтернативные топливные ресурсы и инфраструктура распределения.

Введение

В транспортном секторе мира преобладает жидкое углеводородное топливо — дизельное топливо и бензин. Усилия по разработке альтернативных видов топлива продолжались десятилетиями, хотя и оправдывались меняющимися мотивами. В 1990-х годах разработка альтернативных видов топлива в Северной Америке и Европе в значительной степени оправдывалась сокращением выбросов выхлопных газов.Текущие события оправдываются уменьшением зависимости транспортного сектора от ископаемых видов топлива, особенно от нефти, для смягчения последствий изменения климата, уменьшения зависимости от импорта нефти и повышения энергетической безопасности и, в конечном итоге, для решения проблемы истощения ресурсов сырой нефти, что являются конечными и невозобновляемыми (см. также «Энергетические альтернативы»).

Цели, побуждающие к развитию альтернативных видов топлива, не всегда дополняют друг друга. Например, некоторые альтернативные виды топлива могут повысить энергетическую безопасность, производя больше выбросов парниковых газов, чем нефть, которую они заменяют. Примером может служить использование метанола, полученного из угля, в качестве моторного топлива в Китае.Развитие альтернативных видов топлива также было вызвано интересом бизнеса и поддержано промышленным лоббированием — теми же механизмами, которые долгое время играли роль на рынке ископаемого топлива.

Хотя адекватной, технически и коммерчески осуществимой замены дизельному топливу и бензину еще предстоит найти, некоторые альтернативные виды топлива проникли на рынки топлива. К ним относятся этанол (из кукурузы в Северной Америке или из сахарного тростника в Бразилии), биодизель или природный газ. Ряд других альтернативных видов топлива можно охарактеризовать как экспериментальные или рыночные виды топлива.В будущем можно ожидать дальнейших разработок, например, в области синтетического электротоплива.

Чтобы представить жизнеспособный вариант замены нефтяного топлива, альтернативное топливо должно соответствовать определенным критериям, которые включают:

  • Ресурсная база и плотность энергии — Чтобы заменить значительную долю обычного топлива, альтернативное топливо должно иметь большую ресурсную (исходную) базу и высокую плотность энергии (в Вт / м 2 ). Биотопливо, а также энергия ветра и солнца часто характеризуются низкой плотностью энергии и очень высоким спросом на землю.
  • Энергетическая отдача от инвестиций (EROI) — Альтернативное топливо должно производиться с наименьшим возможным потреблением (ископаемой) энергии. По мере того, как EROI опускается до низких однозначных цифр или даже приближается к единице (как в случае с некоторыми видами биотоплива), производственный процесс становится обреченным на провал и все больше напоминает расточительное преобразование нефти в альтернативную форму энергии, в отличие от добычи дополнительных энергия из окружающей среды. Одним из показательных признаков топлива с низким EROI может быть его высокая стоимость, отражающая высокие затраты энергии во время производства — такое топливо не может конкурировать с нефтью и должно поддерживаться на рынке государственными субсидиями или мандатами.
  • Возобновляемый характер и низкие выбросы углерода — Чтобы уменьшить воздействие на климат, топливо должно производиться из природного ресурса, который никогда не будет израсходован или может быть заменен новым продуктом. Соответствующие примеры включают энергию ветра / солнца и энергию биомассы. В случае биомассы и других ресурсов, зависящих от возобновления, их возобновляемый характер зависит от скорости сбора урожая — они могут истощаться сверх точки возобновляемости. Например, учитывая продолжающуюся вырубку лесов на планете, древесина не обязательно является возобновляемым ресурсом.

Основные альтернативные топливные ресурсы, которые были сочтены перспективными, включают биомассу, природный газ и, в более долгосрочной перспективе, электротопливо, производимое с использованием возобновляемой электроэнергии. Можно отметить, что эти варианты топлива не соответствуют всем вышеперечисленным критериям — природный газ не является возобновляемым, в то время как синтетическое электротопливо, как правило, имеет низкий EROI и низкую энергоэффективность в течение всего жизненного цикла.

Стандартные технические характеристики. Прежде чем альтернативное топливо может быть принято в более широких масштабах для использования в существующих силовых агрегатах, необходимо обеспечить его совместимость с двигателями — будь то стандартный дизельный / бензиновый двигатель или модифицированная конструкция двигателя, включая краткосрочные и долгосрочные эффекты.В частности, должны быть разработаны и приняты стандартные спецификации для всех соответствующих свойств топлива. Стандартные спецификации должны охватывать и / или защищать несколько аспектов, в том числе:

  • Мощность двигателя
  • Влияние на выбросы, регулируемое и нерегулируемое
  • Воздействие на материалы двигателя, включая металлы, пластмассы, резину и т. Д.
  • Влияние на обращение, работоспособность, безопасность, токсичность и т. Д.
  • Потребность в каких-либо присадках к топливу (эл.г., смазка)
  • Влияние примесей топлива на присадки
  • Наличие стандартизированных методов испытаний

Инфраструктура распределения. Распределение топлива является очень важным фактором для альтернативного топлива, которое предназначено для широкого проникновения на рынок, поскольку широкое использование необходимо для значительного влияния на выбросы парниковых газов и энергетическую безопасность. Мелко разветвленная и недорогая распределительная сеть, обеспечивающая доступность топлива повсюду, потребует жидкого топлива, которое можно легко смешивать с существующей инфраструктурой бензина и дизельного топлива и перерабатывать с помощью так называемых альтернативных видов топлива.

Рисунок 1 . Автозаправочные станции в США, 1972-2019 гг.

Уменьшение количества станций отражает их увеличивающуюся пропускную способность. В 2019 году объем отпуска бензина на АЗС был рекордным. Данные: Книга данных по транспортной энергии Ок-Ридж [4615]

В Соединенных Штатах распределительная сеть жидких углеводородных топлив, разработанная более чем за 100 лет при очень значительных затратах, включает почти 150 000 автозаправочных станций (рис. 1).Дублирование такой сети для работы со сжиженными газами под давлением или криогенными жидкостями трудно оправдать по причинам стоимости. Переход к «водородной экономике» потребует таких усилий, если будут сохранены нынешние схемы транспортировки. Однако проблемы в распределении водорода настолько значительны, что некоторые вместо этого предлагают «экономию метанола» [950] [5226] . Топливо, которое требует радикально иной и дорогостоящей распределительной сети, скорее всего, будет ограничено нишевыми приложениями.

###

% PDF-1.7 % 404 0 объект > эндобдж xref 404 124 0000000016 00000 н. 0000004115 00000 п. 0000004384 00000 п. 0000004411 00000 н. 0000004460 00000 н. 0000004589 00000 н. 0000004647 00000 н. 0000005033 00000 н. 0000005150 00000 н. 0000005267 00000 н. 0000005384 00000 п. 0000005500 00000 н. 0000005644 00000 н. 0000005788 00000 н. 0000005938 00000 н. 0000006069 00000 н. 0000006214 00000 н. 0000006367 00000 н. 0000006516 00000 н. 0000006596 00000 н. 0000006676 00000 н. 0000006756 00000 н. 0000006835 00000 н. 0000006913 00000 н. 0000006993 00000 п. 0000007073 00000 н. 0000007152 00000 н. 0000007232 00000 н. 0000007311 00000 н. 0000007390 00000 н. 0000007469 00000 н. 0000007549 00000 н. 0000007629 00000 н. 0000007707 00000 н. 0000007786 00000 н. 0000007865 00000 н. 0000007943 00000 п. 0000008021 00000 н. 0000008100 00000 н. 0000008179 00000 н. 0000008257 00000 н. 0000008335 00000 н. 0000008415 00000 н. 0000008495 00000 н. 0000008576 00000 н. 0000008656 00000 н. 0000008736 00000 н. 0000008816 00000 н. 0000008896 00000 н. 0000008976 00000 н. 0000009235 00000 п. 0000009831 00000 н. 0000010145 00000 п. 0000010636 00000 п. 0000010870 00000 п. 0000015802 00000 п. 0000016187 00000 п. 0000016608 00000 п. 0000016996 00000 п. 0000017260 00000 п. 0000023632 00000 п. 0000024171 00000 п. 0000024567 00000 п. 0000024645 00000 п. 0000025211 00000 п. 0000025436 00000 п. 0000025739 00000 п. 0000025823 00000 п. 0000026891 00000 п. 0000027350 00000 п. 0000027678 00000 п. 0000028063 00000 п. 0000028273 00000 п. 0000032286 00000 п. 0000033492 00000 п. 0000034745 00000 п. 0000035100 00000 п. 0000036343 00000 п. 0000037511 00000 п. 0000038487 00000 п. 0000039322 00000 п. 0000039596 00000 п. 0000039922 00000 н. 0000040055 00000 п. 0000040752 00000 п. 0000041531 00000 п. 0000042665 00000 п. 0000065659 00000 п. 0000080834 00000 п. 0000082065 00000 п. 0000082304 00000 п. 0000082639 00000 п. 0000082735 00000 п. 0000084297 00000 п. 0000084575 00000 п. 0000084989 00000 п. 0000085059 00000 п. 0000085473 00000 п. 0000085543 00000 п. 0000086035 00000 п. 0000086120 00000 п. 0000094359 00000 п. 0000094398 00000 п. 0000094456 00000 п. 0000094604 00000 п. 0000094693 00000 п. 0000094784 00000 п. 0000094891 00000 н. 0000094996 00000 п. 0000095095 00000 п. 0000095201 00000 п. 0000095359 00000 п. 0000095452 00000 п. 0000095551 00000 п. 0000095703 00000 п. 0000095792 00000 п. 0000095891 00000 п. 0000096033 00000 п. 0000096129 00000 п. 0000096224 00000 п. 0000096333 00000 п. 0000096440 00000 п. 0000003942 00000 н. 0000002833 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 527 0 объект > поток х ڔ T_L [e? — k] K + ι ڱ d, 2Z ‘6fЖP` «G & UaNt> ك a & bani ‘~~ w

Альтернативные виды топлива и энергии для транспортных средств

Автомобили являются основным источником загрязнения воздуха в нашем штате.Мы все можем уменьшить загрязнение окружающей среды, сократив количество километров, которые мы проезжаем, и правильно эксплуатируя наши автомобили. Разработка и использование более экологически чистых альтернативных видов топлива — еще один способ сократить выбросы углекислого газа и других транспортных средств.

Биодизель и этанол

Два вида ненефтяного топлива, обычно используемые в Миннесоте, — это биодизель и этанол. Биодизель и этанол создавались из кукурузы на протяжении многих лет. Биодизель производится из растительных масел, а этанол — из растительных крахмалов.Эти виды топлива имеют много преимуществ, включая более чистые выбросы и местное производство в Миннесоте.

Биодизель

Биодизель — это дизельное топливо, изготовленное из растительного масла, которое в чистом виде не содержит серы и снижает загрязнение твердыми частицами при использовании. С 1 мая 2009 года дизельное топливо, продаваемое в Миннесоте, должно содержать не менее пяти процентов биодизеля (B5).

Биодизельные предприятия могут проходить экологическую экспертизу и обычно требуют разрешения MPCA.

Вы можете прочитать об основах биодизеля на веб-сайте Национального совета по биодизелю www.biodiesel.org.

этанол

Этанол — жидкое топливо, получаемое путем ферментации и дистилляции некоторых видов растений, чаще всего кукурузы. Этанол можно смешивать с нефтяным бензином. Весь бензин, продаваемый в Миннесоте, содержит не менее 10 процентов этанола.

Газ, содержащий 85 процентов этанола (E-85), может использоваться только в транспортных средствах с «гибким топливом». Эти автомобили могут работать на бензине, этаноле или его смеси. E-85 доступен на заправочных станциях в Миннесоте. Найдите станции на веб-сайте Американской ассоциации легких по адресу www.cleanairchoice.org.

Биотопливо будущего

Следующим шагом исследователей является создание этого топлива из несъедобных частей растений и сокращение использования воды и энергии для роста и производства топлива. Биодизель и этанол, полученные из несъедобных частей растений, называются биотопливом «следующего поколения» или целлюлозным биотопливом . Это топливо может быть получено из сельскохозяйственных отходов, древесины или трав. Даже водоросли, которые быстро растут при минимальных требованиях к пространству или месту, могут давать большое количество масла, которое можно использовать для производства биодизеля.Исследования, связанные с этими потенциальными видами топлива, продолжаются, вдохновленные обещанием уменьшения выбросов или нулевого загрязнения воздуха и возможностями для местного производства энергии.

Возобновляемая электроэнергия + электромобили

Некоторым автомобилям не нужно жидкое топливо. Подключаемые к электросети электромобили разряжены! Конечно, эти батареи нужно заряжать электричеством. Если это электричество поступает от солнечной или ветровой энергии, то во время выработки электричества или его использования для питания транспортного средства не происходит загрязнения воздуха.

В настоящее время доступно несколько электромобилей, и в ближайшем будущем, вероятно, появится гораздо больше моделей электромобилей.

Транспортные средства на водородных топливных элементах

Водород, полученный из воды, можно использовать в транспортных средствах на топливных элементах. Когда электричество, генерируемое ветром или солнечной энергией, используется для разделения воды, не происходит выбросов загрязняющих веществ ни во время его производства, ни во время использования водорода в транспортном средстве на топливных элементах (топливными элементами вырабатываются только вода и небольшое количество тепла).Транспортные средства, работающие на водороде, практически не выделяют углеводороды, твердые частицы, двуокись углерода или окись углерода. Они рассматриваются как особенно привлекательный вариант сокращения выбросов парниковых газов. Эти машины все еще находятся на стадии исследования и в основном недоступны.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *