Альтернативні види палива для автомобілів

Продукти перегонки нафти ідеально підходять для використання в якості автомобільного палива: вони легко займаються, виділяють величезну кількість енергії, процес їх горіння легко контролювати. Однак людству відомо, що нафта є поновлюваних ресурсом, який, до того ж швидко вичерпується. Тому альтернативні види палива є однією з найбільш перспективних розробок сучасності. Причому мова йде не тільки про зменшення обсягів видобутку нафти, але і про захист навколишнього середовища, оскільки продукти горіння традиційного палива завдають їй чималої шкоди. На сьогоднішній день вже активно застосовується кілька видів альтернативного пального, а ще вони вважаються перспективними.


Альтернативные виды топлива

Вивчення альтернативних видів палива для автомобілів сьогодні отримує все більше розповсюдження


Зміст

  • Сучасність
  • Пар
  • Електрика
  • Газ
  • Спирт
  • Майбутнє
  • Водень
  • Екзотика
  • Прощай, нафту?

Сучасність

Звичайно, дуже приємно помріяти про альтернативному паливі, яке повністю змінить життя людства, але заправляти свій автомобіль потрібно вже сьогодні. Та нині наука може запропонувати декілька цікавих варіантів. Звідки можуть отримувати енергію автомобілі, ми розглянемо далі.

Пар

Ще до початку продажів цих автомобілів в Європі можна було побачити парові вози, які призначалися для перевезення важких вантажів, а також для розваги забезпечених людей. Схема дії такого виду альтернативної енергії до межі проста. Після закипання вода поступово перетворюється в пар і спрямовується через заздалегідь підготовлений канал. Вона може обертати турбіну або приводити в рух спеціальний плунжер. В останньому випадку застосовується механізм Вата, який перетворює поступальний рух у прямолінійний.


Автомобиль с паровым двигателем

Багато хто може порахувати паровий двигун застарілим, але не команда ентузіастів з Великобританії. У 2009 році вони побудували паровий болід з 12 котлами, розвиваючими 360 кінських сил в сумі. Автомобіль досяг швидкості 247 км/год, харчуючись сумішшю мазуту з газоліном — такий альтернативне джерело енергії виявився набагато дешевше бензину. Також ще на початку XX століття існували своєрідні «гібриди», що використовують альтернативне пальне — парова турбіна в них обертала генератор, що поставляв електроенергію для моторів, встановлених в колесах. Перевага парового двигуна полягає в його універсальності — при мінімальних доопрацювань агрегат може використовувати такі види пального:

  • Бензин, дизель, газ;
  • Дрова, вугілля, паливні пелети;
  • Мазут, газолін, відходи крекінгу нафти.

Електрика

Стара, як сам автомобіль, ідея приводити транспортний засіб у рух електрикою отримала новий виток розвитку. Переваги очевидні — не потрібно ніякого палива, немає вихлопу, відсутня небезпека займання, вартість експлуатації машини знижується до мінімально можливих сум. Єдиний недолік полягає в необхідності звідкись брати альтернативну енергію. Для цього використовуються досить великі батареї, які зараз називають єдиною перешкодою до виробництва масових електромобілів.


Автомобиль с электродвигателем

Проте наука, що займається альтернативними видами палива, не стоїть на місці — вже давно громіздкі і неефективні свинцеві або нікель-металгідридні акумулятори замінені компактні літій-іонними, подібними тим, що застосовуються в телефонах і ноутбуках. Крім того, китайська компанія BYD нещодавно заявила про новий прорив в альтернативній енергії, представивши літій-фосфатні батареї. Ємність їх трохи менше, проте ресурс вище в кілька разів, ефект пам'яті відсутній, стійкість до перегріву і впливу низьких температур також на висоті. Ведеться доробка гелевих джерел живлення та інших джерел енергії, здатних замінити традиційне паливо в автомобілях — тому електромобілі можуть бути набагато ближче, ніж ми припускаємо.

Альтернативне джерело енергії використовується також гібридними автомобілями, в яких двигун внутрішнього згоряння доповнено електричним приводом. Подібна компоновка дозволяє економити паливо навіть без доступу до зовнішнього джерела живлення. Якщо ж гібридний автомобіль заряджати від стаціонарної електромережі (схема Plug-in), можна досягти феноменальних результатів. Альтернативна енергія використовується і іншим видом гібридів, які знаходяться ближче до електромобілів. Вони називаються Extended Range, оскільки двигун, що використовує нафтове паливо, використовується тільки для підзарядки акумуляторів в крайньому випадку.

Газ

Зовсім не обов'язково використовувати продукти переробки нафти, оскільки існує безліч горючих вуглеводнів, які можуть стати альтернативним видом палива. Найбільш поширений так званий нафтовий газ — пропаново-бутанова суміш, яку отримують при виробленні нафтових родовищ. Головна перевага такого джерела енергії полягає у відносній дешевизні, а також у можливості швидкого переобладнання мотора. Крім того, вже давно існує інфраструктура, яка сприяє широкому використанню такого альтернативного палива — заправки, спеціалізовані ремонтні майстерні, магазини газового обладнання.

Незважаючи на широке поширення пропан-бутану в країнах СНД, в Європі і США покладають надії на інше альтернативне паливо, представлене природним газом або метаном. Для його використання потрібна більш серйозна доробка двигуна, однак собівартість самого пального менше. Звичайно, при використанні метанового палива доводиться стикатися з деякими проблемами:

  • Підвищена вибухонебезпечність;
  • Серйозне зниження потужності двигуна;
  • Прискорений знос компонентів двигуна;
  • Великі витрати на доопрацювання автомобіля;
  • Чималі розміри балонів.

Автомобиль с ГБО

Але інженери провідних виробників — Mercedes, Volkswagen, Chevrolet, Chrysler вже змогли наблизити технічні характеристики і споживчі якості моторів на метані до пропаново-бутановым агрегатів.

Цікаво, що газ можна робити прямо в автомобілі! Під час Великої Вітчизняної війни країна відчувала гостру нестачу нафтового палива, що призвело до появи так званих газогенераторів. В якості альтернативного палива використовувалися дрова, солома, відходи харчової промисловості і сільськогосподарського виробництва. Вони насипалися в катализаторный бак, де відбувалося бродіння біомаси, що супроводжується виділенням великої кількості метанового палива. Таке альтернативне паливо використовують і деякі прототипи сучасних автомобілів, проте витрата біомаси поки дуже великий, потужність двигуна істотно знижується, а запас ходу рідко перевищує 100 кілометрів.

Спирт

Як відомо, широко поширені в побуті спирти непогано підтримують горіння і можуть бути паливом, що використовується в різних цілях. Чому б не використовувати їх в якості альтернативного джерела енергії для автомобілів? Найбільше поширення паливо на базі етанолу отримало в Бразилії, а також інших країнах Латинської Америки — тут його виготовляють із цукрової тростини, а також деревної біомаси. Приблизно чверть комерційного транспорту в цьому регіоні використовує саме спиртове альтернативне паливо, що приносить істотний прибуток перевізникам і знижує залежність держав від нафти.

У деяких європейських країнах активно просувається ідея використання метилового спирту, який отримують з дерев хвойних порід, нехарактерних для Південної Америки. Таке паливо має більше октанове число, обходиться дешевше у виробництві і має менше областей застосування, ніж етиловий спирт. Подібні види альтернативного палива вже давно продаються на заправках — метиловий спирт позначають буквою М, а етиловий — Е. Однак не слід думати, ніби цифри, наступні за буквами, що позначають октанове число палива — вони виражають процентний вміст спирту, тоді як інша частка припадає на бензин. Слід бути уважним з альтернативним спиртовим паливом, оскільки для Е100 і М100 двигун потрібно переобладнати, тоді як для використання Е85 досить коригування кута запалювання, яку інжекторний мотор здійснює самостійно.

Майбутнє

Відразу варто сказати, що перераховані нижче джерела палива поки що не використовуються у комерційних цілях, оскільки їх ефективність залишає бажати кращого на цьому етапі наукового розвитку. Однак фахівці прогнозують, що до середини століття вже 30-40% транспортних засобів не будуть використовувати нафтове паливо. Яке саме альтернативне пальне отримає найбільше поширення — поки невідомо, однак ми можемо зробити деякі припущення, уважно вивчивши переваги кожного.

Водень

Ідею використання «гримучого газу» в якості автомобільного палива розвивали ще на початку XX століття. Однак тоді вона не отримала серйозного поширення, оскільки дешевого способу виробництва чистого водню просто не існувало. Тепер же ситуація змінилася, і завод з собівартістю близько 250-400 тисяч доларів може виробляти недороге альтернативне паливо з мінімальною кількістю домішок.

Природно, спочатку виникла пропозиція спалювати водень за аналогією з вуглеводневим паливом. Дуже багато часу у інженерів пішло на те, щоб зробити реакцію горіння контрольованою, а потім вони були спантеличені рівномірною подачею палива в циліндри ДВС. Отриманий результат здивував екологів вихлопом у вигляді чистого водяної пари і шокував інженерів надзвичайно малою потужністю двигуна. Зараз двигуни, що спалюють таке альтернативне паливо, мають більший ККД, але варто сказати, що воднева BMW 7 втратила 200 кінських сил потужності, почала витрачати на 15 літрів більше пального. Крім того, для зберігання великого обсягу палива знадобився криогенний бак, а двигун потрібно було оснастити величезною кількістю додаткового обладнання — у результаті ціна зросла до 1 мільйона доларів.

Автомобиль на водороде

Проте вчені відзначили, що при реакції водню з киснем, у результаті якої створюються молекули води, виробляється тепло і невеликий заряд електроенергії. Це відкриття допомогло створити паливні комірки, використовувані електромобілями. Однак їх заправка виявилася дуже складною — виконувати її можна тільки в заводських умовах. Єдиним варіантом використання електрохімічної енергії альтернативного палива виявилася повна заміна осередків на заправці. Але поки що самі автомобілі і інфраструктура для використання такого виду палива виявляються непомірно дорогими.

Японські фахівці також запропонували використовувати в якості альтернативного палива для автомобілів звичайну воду. Суть полягає в звичайному процесі — електролізом її молекули розщеплюються, в результаті чого утворюється пальне і чистий кисень. Обидва гази використовуються в процесі горіння — виходить, що ДВС дійсно їде на воді. Однак проблема полягає в необхідності використання дорогого каталізатора і досить великого запасу електроенергії в акумуляторі. Поки прототипи, які використовують воду в якості альтернативного палива, можуть проїжджати не більше 50-80 кілометрів з малою швидкістю.

Екзотика

Ще одна ідея, здається божевільною на перший погляд, була висунута вченими з Індії. Транспортний засіб, створений ними, використовує енергію стисненого повітря! Таке альтернативне паливо не вимагає ніяких вкладень — досить підключити автомобіль до насосної станції і почекати деякий час, поки баки не наповняться. Відповідно, вихлоп відсутня, витрати на створення інфраструктури мінімальні, так і вага автомобіля вийде невеликим.

Однак у такого альтернативного палива є свої нюанси — зокрема, багато кінетичної енергії від повітря одержати не вдається, тому швидкість автомобіля обмежується на рівні 60 км/год, а пробіг — 20-40 км. Крім того, більшу частину транспортного засобу займають балони, що зберігають запас стисненого повітря. Тому серійне виробництво автомобілів, що використовують подібний джерело альтернативної енергії, поки не почалося, незважаючи на численні обіцянки.


Биодизельная колонка

Біодизель не отримав поширення з об'єктивних причин


В Європі вже отримує широке поширення виробництво біодизеля, який представляє собою паливо на основі рослинних олій. Однак таке альтернативне пальне доводиться отримувати з ріпаку — сільськогосподарської культури, яка згубно впливає на родючий ґрунт. Тому масштабного майбутнього у такого джерела енергії бути не може. Тим не менш нещодавно японці здійснили кругосвітній пробіг на позашляховик Land Cruiser, адаптованому під використання... відпрацьованого олії з ресторанів. Потужність мотора впала втричі, так і на переробку рослинної олії було потрібно 8 годин, але факт офіційно визнаний — використовувати ріпакова сировину зовсім не обов'язково.

Про газогенераторах згадали у Східній Європі, де традиційно сильно сільськогосподарське виробництво. Однак, враховуючи низьку ефективність ранніх зразків силових установок, які використовували цей альтернативне джерело енергії, вирішили застосувати іншу компонування. В якості палива В автомобілях застосовуються спеціальні пелети, виготовлені із соломи, деревної біомаси і... коров'ячого гною. При реакції з недорогим каталізатором достатньо виділяється багато метану, використовується двигуном автомобіля. Проте деякі проблеми залишилися колишніми — хоча потужність майже не змінилася в порівнянні з бензиновим мотором, запас ходу скоротився, та і заводити двигун можна тільки через годину після заправки.

Досі не вщухають суперечки про те, чи може вважатися альтернативним джерелом енергії мініатюрний ядерний реактор. Створити таку установку нескладно — варто згадати автомобіль Ford Nucleon, побудований ще в кінці 50-х років. Однак виникає безліч питань — найважливіший стосується герметичності капсули з радіоактивним альтернативним паливом при серйозних ДТП. До того ж довелося б відкривати вільний доступ до радіоактивних матеріалів, що дозволило б терористам легко отримувати їх, створюючи загрозу всьому людству. Хоча розрахунковий результат, отриманий інженерами Ford — машина могла б проїжджати близько 10 тисяч кілометрів без дозаправки і розвивати швидкість до 180 км/ч.

Прощай, нафту?

Безперервні дослідження в області альтернативних видів палива змушують фахівців робити все більш сміливі і впевнені прогнози щодо зменшення ролі нафти в автомобільній промисловості. Однак ми бачимо, що поки що єдиною альтернативою вуглеводнів служать газ і спирт, а також електроенергія, що виробляється атомними станціями. Причому всі ці варіанти мають свої недоліки і потребують додаткових доопрацювань. Тому, як і прогнозувалося раніше, серйозний технологічний прорив ми зможемо побачити тільки в середині століття, і лише в кінці століття зможемо остаточно розпрощатися з нафтою.





Історія автомобілів


Рекомендуємо переглянути
Залишити коментар
Ім'я:*
Коментар:
Напівжирний Нахилений текст Підкреслений текст Перекреслений текст | Вирівнювання по лівому краю По центру Вирівнювання по правому краю | Вставка смайликів Вибір кольору | Прихований текст Вставка цитати Перетворити вибраний текст з транслітерації в кирилицю Вставка спойлера
Введіть код: *