Тема кажется странной, но реальной. Более того, ей уже несколько десятков лет. А началось все банально — в 1970-х годах с несбалансированности поставок нефти. Затем, во время войны в Персидском заливе, нехватка топлива совпала с перепроизводством сельскохозяйственной продукции во многих странах. Это стало движущей силой использования растительного сырья в промышленных целях, в частности для переработки в жидкое топливо.
В странах ЕС производство жидкого биотоплива, включая биоэтанол, было предметом крупных законодательных инициатив. С другой стороны, производители автомобилей сначала сопротивлялись заправке своих двигателей спиртом, а затем продвигали их. Как обстоят дела с этим видом топлива, и есть ли у него будущее?
Спиртное топливо, что это
Данный вид обозначается буквой E для этанола или M для метанола. За ними следует число, обозначающее содержание спирта в топливе по объему. Чтобы защитить окружающую среду, а точнее снизить концентрацию несгоревших углеводородов до 10%, этанол был добавлен как в бензин, так и в дизельное топливо (электронное дизельное топливо).
Такая смесь горит тщательнее и чище. Он увеличивает октановое число, но также — в смеси с бензином — снижает концентрацию окиси углерода в выхлопных газах на 20–30%. Он содержит молекулы кислорода как дополнительный топливный компонент. К бензинам добавляют также органические кислородные соединения для обеднения топливно-воздушной смеси, т.е. для уменьшения выбросов вредных веществ.
Однако этанол (биоэтанол, если его получают из растительного сырья) в качестве самостоятельного топлива для двигателей GI также имеет множество недостатков, в том числе:
- более низкая теплотворная способность, чем у углеводородов (около 1,6 по отношению к BS);
- высокая теплота испарения;
- низкое давление пара (что затрудняет запуск холодного двигателя);
- гигроскопичность и коррозионная активность по отношению к металлам и пластмассам.
Из-за плохих смазывающих свойств требует добавления присадок для предотвращения трения и интенсивного износа компонентов системы впрыска. Этанол очень подвержен окислению, и это вызывает образование отложений во впускной системе и на выпускных клапанах двигателя. Поэтому необходимо добавлять чистящие присадки.
Как получают биоэтанол
Этанол получают в процессе спиртовой ферментации из сахаросодержащего сырья. Например, ржи, патоки или картофеля, что позволяет использовать излишки сельскохозяйственной продукции. Эксплуатируемые в настоящее время двигатели позволяют использовать этанол в ограниченном количестве без каких-либо конструктивных изменений.
В соответствии с требованиями стандарта PN-EN 228 автомобильный бензин может содержать до 5% по объему этанола и до 15% эфиров. Биоэтанол получают из этанола, то есть безводного этилового спирта (содержание воды ниже 0,02%), который используется в качестве биокомпонента для моторного топлива.
Второй спирт, который может присутствовать в топливе, — это метанол, получаемый в процессе сухой перегонки древесины. Он используется как чистое моторное топливо или как кислородный компонент бензина в форме МТБЭ (метил-трет-бутиловый эфир). Но в свете последних исследований такие смеси образуют канцерогенные соединения, и их добавление в топливо ограничено. Тем не менее, метанол считается эффективным топливом будущего, используемым в новых типах топливных элементов, так называемых DMFC (топливный элемент с прямым метанолом), внутри которого он превращается в водород.
У нас большая часть производимого этилового спирта производится на отечественных ликероводочных заводах и продается нефтеперерабатывающим заводам. Производителей биоэтанола гораздо меньше, около 20 заводов.
Автопроизводители и ликеро-водочное топливо
Несколько десятилетий назад главной проблемой были проблемы, которые могут возникнуть в современных бензиновых агрегатах с прямым впрыском. Однако производители, воодушевленные внутренними испытаниями, начали отдавать предпочтение еще более высокой доле биоэтанола в бензинах.
Volkswagen, например, утверждал, что его двигатели, изготовленные по технологиям TSI (Golf GT), FSI и TDI, спроектированы таким образом, чтобы эксплуатировать их без риска повреждения, используя смесь, содержащую до 10% этилового спирта (E10).
Впервые компания Bosch представила FFV (Fuel Flexible Vehicles) на стандартном Volkswagen Fox. Благодаря этому решению двигатель мог работать на бензине, этаноле или смеси обоих веществ. Транспортные средства, работающие на этаноле, могут работать на этанольном топливе, например E85, который представляет собой смесь 70–85% денатурированного спирта и 30–15% углеводородного топлива.
В 2005 году Renault представила Clio II Hi-Flex, адаптированный для работы на бензине, этаноле или любой их смеси (0–100%). Он был доступен с двигателем мощностью 1,0 л, развивающий 76 л.с., на этаноле 77 л.с. Или с 1,6-литровым двигателем 16V мощностью 110 и 115 л.с. соответственно. Автомобиль был построен с учетом бразильского рынка, где он стоил всего на 1% больше, чем аналогичные автомобили с обычными двигателями.
В рамках пропаганды проэкологических взглядов даже знаменитости перешли на автомобили, работающие на биотопливе. Еврокомиссар по энергетике Андрис Пиебалгс приехал в Saab на открытии Брюссельского автосалона95 Biopower. Двигатель 2,0 т, оснащенный E85, развивал 180 л.с. и 280 Нм крутящего момента по сравнению с 150 л.с. и 240 Нм на бензине.
Автомобиль разгонялся от 0 до 100 км/ч за 8,5 секунды по сравнению с 9,8 секунды в случае бензина. Это произошло потому, что топливо E85 имеет гораздо более высокое октановое число (104 RON), чем бензин, что делает его подходящим для двигателей с турбонаддувом. В середине первого десятилетия нынешнего века такие авто составляли 70% от всех проданных в Швеции версий 95. В 2005 году шведы купили 3 900 единиц за 4 месяца (весь склад запланирован на этот год).
То же самое было с версиями Ford Focus и C-Max Flexi-Fuel, работающими на биоэтаноле (например, E85). Впервые они были представлены на шведском рынке, где 40% всех проданных Фордов составляли автомобили FFV. Шведы купили 15 тыс. На Focus FFV приходится 80% от общего объема продаж.
Будущее алкогольного топлива
Несмотря на преимущества спиртосодержащего топлива, инженеры не останавливались на достигнутом. Уже велась работа по разработке концепции гибридных водородных топливных элементов. Также экологического топлива второго поколения с использованием целлюлозы в качестве источника этанола (переработка лигноцеллюлозы в биоэтанол в процессе гидролиза и ферментации) и SunFuel — синтетического дизельного топлива, полученного из биомассы.
15 лет назад Renault предполагала, что 50% ее бензиновых двигателей в Европе будут работать на смеси бензина и этанола с использованием технологии Flex-Fuel. Этого не произошло, потому что пришли электрокары.
Биотопливо, такое как биоэтанол, должно было дополнять обычное топливо, а не заменять его, потому что его недостаточно для замены 1 миллиарда тонн бензина или дизельного топлива в год. Сегодня из-за строгих норм выбросов выхлопных газов, этот тип источника питания ушел в прошлое, хотя в некоторых случаях он используется в топливных элементах (метанол). Пока выигрывает электропривод, хотя технология на спиртовом топливе наверняка, не раз еще заинтересуют производителей.
Читайте также: Все особенности пищевого спирта
