Какой двигатель на этаноле

Двигатели будущего. Плюсы и минусы дизельных, бензиновых двигателей, двигателей на этаноле и водороде

Автор: MotorPuls
Дата записи

Каким Вы представляете двигатель будущего? Варианты ответов у каждого будут свои, но они однозначно совпадут в чем-то, ведь большинство людей представляет под капотом автомобилей будущего эффективный, экологически чистый и бесшумный двигатель.

Возможно, уверенность в отсутствии будущего у дизельных и бензиновых двигателей покажется странной, если подумать, сколько средств было затрачено на их разработку и совершенствование. Однако такие двигатели обладают 2мя врожденными пороками, которые невозможно побороть.

Первый из них – выбросы углекислого газа, которые являются одной из причин возникновения парникового эффекта, что ведет к глобальному потеплению. При этом не вырабатывать углекислый газ двигатели не могут, ведь CO2 наряду с водой является основным продуктом, выделяемым при сгорании нефтяного топлива. Соответственно, грядущие ограничения по выбросу углекислого газа – явный признак конца эпохи современных дизельных и бензиновых моторов.

Вторая проблема – сама нефть, запасы которой далеко не бесконечны. Это отражается и на росте цен на топливо, и стимулирует поиск альтернативных источников энергии, что означает, что дни дизельных и бензиновых двигателей сочтены, и им придут на смену экологически чистые двигатели, работающие от возобновляемого источника энергии, а также обеспечивающие низкие выбросы углекислого газа.

Двигатели будущего на этаноле

В ряде стран (к примеру, Швеции и Бразилии) уже воплощено в жизнь решение касаемо двигателей будущего – перевод двигателей на этиловый спирт. Получать такое топливо можно буквально из всего, начиная от древесных отходов, заканчивая пшеницей, т.е. проблема исчерпаемости для такого топлива исключена. Ford за последние десять лет продал по всему миру более 2 000 000 этаноловых машин.

Вопрос выбросов углекислого газа также становится неактуальным, так как при сгорании спирта выделяется такое количество углерода, которое растения, служащие сырьем, в процессе роста поглощают из воздуха. По сути, машина с двигателем на этаноле участвует в естественном углеродном цикле, не нарушая его баланс в атмосфере.

Заманчивая картина, правда? НО если взглянуть на все пристальнее, то будут видны и некоторые изъяны. К примеру, энергетическая неэффективность этанола, которая выражается в том, что затраты энергии на производство этанола как минимум на 27% превышают то количество, что он может отдать. С экологической точки зрения тоже не все так гладко – сгорание этанола не разрушает естественный углеродный цикл, однако существенно ускоряет один его этапов.

Двигатели внутреннего сгорания на водороде

Некоторые автопроизводители – Mazda и BMW – в качестве топлива для двигателя пробуют использовать водород. Идея привлекательная: 1. Водород – это самый распространенный элемент на планете. 2. При сгорании водорода образуется одна вода, без токсичных веществ и токсичных газов. Но, увы, и тут не все так просто.

Первая проблема использования двигателей на водороде – хранение самого водорода в машине. Для обеспечения высокой плотности энергии водород нужно держать в сжиженном состоянии, для чего нужны либо криогенные баки, которые поддерживают температуру -253гр, либо баллоны, которые выдерживают давление более 350 атмосфер!

BMW занимается разработкой и выпуском двигателей на водороде уже с 1984-го, выпуская серии мощных водородных «семерок».

От плюсов переходим к минусам работы двигателей на водороде. При сгорании водорода участвует не чистый кислород, а воздух, на 80% состоящий из азота, при окислении которого образуются вреднейшие соединения NOx. И вследствие высокой температуры, в выхлопе оксидов азота оказывается даже больше, чем в бензиновых двигателях. Чтобы не допустить такого эффекта, разработчики обедняют водородно-воздушную смесь, но это ведет к снижению мощности.

Легкая воспламеняемость также доставляет хлопот, ведь из-за нее возникает риск калильного зажигания. И, хотя, водорода в природе неисчерпаемое количество, на его добычу необходимо потратить огромное количество энергии.

Источник

ЭТАНОЛ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ. ВЫТЕСНИТ ЛИ СПИРТ БЕНЗИН?

НОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ ИЛИ НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ?

Все больший масштаб приобретает применение спирта в качестве топлива. Лидируют пока Бразилия и США. Обычно когда заходит речь об использовании этанола в ДВС главной причиной объявляют заботу об экологии. Однако и в США, и в Бразилии не забота о природе стала основным драйвером тренда. В Бразилии главная причина — деньги. Нужно было куда-то девать избыток сахарного тростника в условиях кризиса. Конечно нельзя забывать, что стоимость спирта именно в Бразилии очень низка. Примерно на 25% ниже, чем в соединенных штатах. В США главный драйвер роста — это гонка за мощностью. Оказалось, что ограничением на пути роста мощности машин стал дефицит кислорода. И спирт позволяет несколько отодвинуть это ограничение, т.к. требует меньше кислорода. Особенно это актуально для мощных моторов малого объема. Понятно, что чем меньше объем цилиндра, тем меньше туда поместится воздуха.

Оптимальное соотношение воздуха и топлива для наилучшего сгорания — стехиометрическое соотношение.
Неэтилированный бензин 14,7 : 1
Метанол (метиловый спирт) 6,5 : 1
Этанол (этиловый спирт) 9,0 : 1

Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт или алкоголь, часто в просторечии просто «спирт») — одноатомный спирт с формулой C2H5O H (эмпирическая формула C2H6O), другой вариант: CH3-CH2-OH, второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов, при стандартных условиях летучая, горючая, бесцветная прозрачная жидкость.

ПРОЦЕНТ СОДЕРЖАНИЯ ЭТАНОЛА В АЛЬТЕРНАТИВНЫХ ВИДАХ ТОПЛИВА

Е55 %Е77 %Е1010%Е1515%Е2020%Е2525%Е3030%Е6060%Е8585%смесь 85 % этанола и 15 % бензина. Стандартное топливо для т. н. «Flex-Fuel» машин, распространённых — в основном, в Бразилии и США, и в меньшей степени — в других странах. Продаётся дешевле, чем бензин.ЕD9595%смесь 95 % этанола и 5 % топливной присадки. Компания «Scania» начала разрабатывать дизельный двигатель для автобуса, работающий на 95 % этаноле в середине 80-х годов. Создана программа испытаний городских автобусов с двигателями, работающими на 95 % этаноле — «BEST» («BioEthanol for Sustainable Transport»).

ИСТОРИЯ ДВИГАТЕЛЕЙ НА ЭТАНОЛЕ

Конкуренция между спиртом и бензином родилась не вчера. Есть легенда, что даже сухой закон в США ввели под давлением нефтяного лобби, чтобы выбить спирт как альтернативное топливо.
В подтверждение того, что еще более 100 лет назад спирт мог вытеснить бензин несколько занимательных исторических фактов:
1826 год. Американский изобретатель Сэмюэль Мори\Samuel Morey создал двигатель, работавший на спирте и скипидаре.
1876 год. Немецкий изобретатель Николас Отто создал первый в мире четырехтактный двигатель внутреннего сгорания, работавший на этаноле.
1896 год. Американский изобретатель Генри Форд\Henry Ford изготовил свой первый автомобиль (носил название «Квадрицикл»\Quadricycle), двигатель которого работал на спирте. В 1908 году Форд выпустил в продажу свою знаменитую «Модель Т»\Model T — первый в истории массовый автомобиль, который мог работать на бензине, этаноле и смеси обоих видов топлива.
В 1906 году добавление спирта в бензин стало основой для работы общественного транспорта Парижа. Многих сразу привлекла дешевизна новинки и её уменьшенная пожароопасность. Позже этот способ начали использовать и в Германии для обычных автомобилей. Исследования показали явную выгоду нового вида топлива, так как при 1 литре полученной смеси можно было проехать 7,5 км, а вот с чистым бензином — 5,8 км.
Во время Первой Мировой войны автомобили большинства стран мира использовали этанол в качестве топлива, наряду с бензином. Во Вторую Мировую в США и Швеции бензин на треть состоял из спирта.
в 1934 г. в Европе произвели свыше 2,65 млн м3 спиртобензиновых смесей.
Некоторые думают, что этилированный бензин и есть смесь бензина с этиловым спиртом. Это не так. Этилированный бензин — это обычный бензин с добавкой тетраэтилсвинца. Добавка повышает октановое число, но пары свинца вредны для людей, поэтому такое топливо запрещено.

Для начала перечислим самые явные плюсы спирта.

ТОП 15 ПРЕИМУЩЕСТВ СПИРТА В КАЧЕСТВА ТОПЛИВА

• Разумеется начать нужно с лучшей экологичности этанола (Ethanol). Результаты испытаний автомобилей на спиртовых топливах показали, что при этом практически в два раза снижается концентрация в ОГ экологически опасных оксидов углерода, азота и несгоревших углеводородов.
  2. Переход на спирт или бензоспиртовую смесь по сравнению с другими «зелеными» альтернативами очень прост. В отличие от других типов экологического топлива под него не нужно разрабатывать специфические двигательные установки или дополнительное оборудование.
  3. Для выделения одного и того же количества энергии спирту нужно меньше кислорода, чем бензину. Стехиометрическая смесь например, кислорода и этанола 9 к 1, а не 15 к 1, как у бензина.
  4. Детонационная стойкость. Октановое число этилового спирта 113 исследовательским методом и Спирт оптимален в двигателях с большим сжатием. Добавка 5–20% этилового спирта в бензин повышает октановое число на 3–8 единиц
  5. Снижается температура внутри двигателя при езде в жару.
  6. Увеличивает ресурс современных двигателей.
  7. Низкая пожароопасность. В случае серьёзной аварии уменьшается шанс возгорания или взрыва топлива.
  8. Налоговые льготы. Все больше стран запускают программы поддержки биотоплива. Можно привести в пример Швецию, Бразилию, Францию, США, Австралию. Евросоюз принял директивы об обязательном добавлении спирта в топливо в будущем.
  9. Гораздо меньше неприятных запахов и копоти.
  10. Возможность повысить КПД двигателя.
  11. Спирт дешевле бензина с аналогичным октановым числом до полутора раз, а в ближайшем будущем спирт обещает стать еще дешевле.
  12. Добавление спирта используют для удаления воды из бензобака. Для удаления 500 миллилитров воды понадобится всего полтора литра обычного медицинского спирта
  13. Возможность использовать разные варианты спирта. От этанола до изобутанола. Виды спирта для моторов — этанол, пропанол, изопропанол, метанол, бутанол, пентанол, изопентанол, изобутанол.
  14. Дает больший крутящий момент. Что в свою очередь дает прибавку в мощности и экономичности.
  15. Моторное масло служит существенно дольше и стабильней. Увеличивается ресурс моторного масла. Благодаря чему можно проехать большее расстояние без замены масла. Почему это происходит? Во-первых, понижение температуры двигателя на 15-20°С снижает скорость деградации автомасла. В спирте или смеси спирта с бензином меньше серы, бензола и других вредных веществ. Это уменьшает число продуктов сгорания, которые помимо прочего окисляют масло. Поэтому моторное масло эффективно работает дольше, как и свечи, и двигатель, и антифриз. Уменьшенный расход двигательного масла дополнительно экономит средства автовладельца.

С положительными сторонами закончили. Выгод очень много. Если другие экологические технологии убыточны и компании при малейшем намеке на экономический кризис или падение цен на нефть сразу оказываются на краю разорения, то биоэтанол может быть выгодным. И теперь, когда вы уже точно решили выходить на демострацию за тотальный переход на спирт, потратьте еще несколько минут чтобы узнать о 10 главных минусах спирта. И возможно вы передумаете .

ТОП 10 НЕДОСТАТКОВ СПИРТА

1. Меньшая теплопродуктивность. Как и большинство видов топлива с высокой антидетонационной стойкостью он несколько менее энергоэффективен. 1 литр спирта сгорая производит меньше энергии, чем 1 л бензина.
2. Конкуренция за посевные площади с продуктами питания. Если значительно вырастут посевные площади под биоэтанол, то соответственно сократятся площади под продукты питания, что не только повысит цены на часть продуктов, но и может привести к дефициту продуктов. В долгосрочной перспективе такой способ борьбы за экологии выглядит уже наким заманчивым.
Выход этанола из некоторых культур следующий, л/т:
сахарный тростник — 70;
маниок — 180;
сладкое сорго — 86;
сладкий картофель —125;
зерновые (кукуруза) — 370;
плодовые — 160.
3. Не может быть использован в чистом виде.
4. Не эффективен при отрицательных температурах
5. Нуждаются в большем количестве моторного масла — ? Смесь спирта и бензина может расслаиваться при попадании воды.
6. Он относительно дешев только пока его производство — побочный продукт с/х культур. Как только фермеры начнут выращивать растения для производства этанола в качестве основного продукта, себестоимость может резко вырасти
7. Хотя при сгорании спирта выделяется меньше вредных веществ, при производстве самого этанола в атмосферу их попадает очень много.
8. Продажа спирта облагается акцизами.
9. Добавление 10-20% спирта в бензин приводит не к снижению, а даже к некоторому увеличению вредных выбросов.
10. Необходимы специальные условия хранения и перевозки, иначе качество спиртового бензина ухудшается.

Интересно, что в отличие от смеси бензина и этанола добавление спирта в дизельное топливо приводит к росту давления (Р) в ВМТ более чем на 20%. Резко увеличивается скорость нарастания давления, двигатель работает жестче. Момент на валу двигателя снижается. Иными словами, введение этанола в дизельное топливо ухудшает его технико-экономические показатели. Хотя уменьшаются вредные выбросы.
Позволим себе некоторые комментарии к недостаткам
Несмотря на то, что формально при сгорании 1л спирта выделаяется до 30 % меньше тепла в сравнении с бензином, но фактически это иногда почти полностью компенсируется возросшим КПД работы двигателя. Можно сослаться на результаты широкомасштабных исследований разных видов бензоспиртовых смесей.
Для обычных автомобилей оптимальной оказалась смесь Е30. Потребление топлива снизилось на 1 % в сравнении с бензином. Результат получен на автомобилях «Toyota Camry» и «Ford Fusion». Для «flex-fuel» автомобилей оптимальной оказалась смесь Е20. Потребление топлива снизилось на 15 % в сравнении с бензином. Результат получен на «flex-fuel» модели «Chevrolet Impala».

ПЕРСПЕКТИВЫ СПИРТА КАК БИОТОПЛИВА

Стремясь улучшить экологическую обстановку в крупных городах и не имея возможности прямо повлиять на покупателей личных автомобилей в некоторых странах пытаются перевести на спирт общественный транспорт. Так в США, странах Скандинавии и, разумеется, в Бразилии запущены автобусы на спирту.
Количественный рост транспорта на спирту в США, Южной Америке и Скандинавии на спирте на сегодняшний день ограничен в первую очередь возможностями заводов по производству спирта. В США почти все имеющиеся загружены под завязку и строятся десятки новых заводов.
Подводя итог, можно сказать, что из альтернативных топлив. которыми нам постоянно грозят единственная альтернатива — это спирт. Только он может реально в ближайшее время заменить бензин, а не занять какую-то небольшую нишу на рынке.
Для России спирт менее интересен, чем для других стран, т.к. температура среды гораздо ниже. Но в Швеции с такими же температурными особенностями тем не менее уже десятилетия эксплуатируются автобусы на этаноле. Уже несколько сот автобусов Scania работают на линиях. Благодаря им удалось сократить уровень выбросов в 10 раз.

Источник