Моторне паливо XXI століття

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Н.Г. Кирилов, доктор технічних наук

1 Леонард Р. Виснаження нафтових запасів і прийдешня епоха природного газу / / Нафтогазова вертикаль, № 9, 2001. С. 50-59.

Розвиток світового науково-технічного прогресу, зростання чисельності населення та поліпшення його добробуту привели до різкого збільшення енергоспоживання, зворотною стороною якого є виснаження вуглеводневих сировинних ресурсів. Багатьма закордонними фахівцями початок XXI ст. оцінюється як перехідний період у розвитку світової енергетичної системи. Характерними рисами цього періоду є закінчення ери дешевої нафти і різке скорочення її запасів. На думку одного з провідних західних експертів в галузі енергетики Рея Леонарда, до 2010 р. видобуток нафтового палива почне швидко скорочуватися, що вступить в протиріччя з постійно зростаючим попитом на нафту і призведе до глобального нафтового крізісу1.

2 Kіpіллoв Н.Г. Що Росія може запропонувати «Великій вісімці» / / Енергетика і промисловість Росії, № 11, 2005. С. 6-7.

Закономірно, що зі зменшенням запасів нафти спостерігається тенденція подорожчання нафтових палив. За період з 1980 по 1990 рр.. її собівартість у Росії зросла втричі і продовжує збільшуватися в даний час. Скорочення поставок нафтопродуктів на внутрішній ринок в 2004-2005 рр.. призвело до небаченого в історії Росії зростання цін - на 235% 2. Це зумовлено як збільшенням витрат на нафтопереробку, так і подорожчанням видобутку нафти.

Однією з причин, що впливають на розвиток кризової ситуації з нафтовим моторним паливом, є збільшення загальної кількості транспортних засобів в Росії, що, безумовно, веде до збільшення використання енергії на транспорті. Передбачається, що в РФ до 2010 р. тільки кількість особистих автомобілів зросте в 2-2.5 рази і складе 14-16 одиниць на 100 чоловік населення. Загальна ж кількість автомобільного транспорту зросте до 46 млн. одиниць. Істотно зміниться і структура перевезень. Пасажирські перевезення залізничним транспортом знизяться з 30% до 20%, а автомобільні - збільшаться з 40% до 55%. Вантажоперевезення залізничним транспортом зменшаться з 65% до 50%, автомобільним транспортом - зростуть з 8% до 16%. Ці тенденції у зміні структури вантажоперевезень лягають додатковим тягарем на існуючий паливно-енергетичний баланс країни.

Необхідність перекладу автомобільного транспорту на альтернативні види моторного палива все сильніше обумовлюється посиленням екологічних вимог до відпрацьованих газів двигунів автомобілів, оскільки проблеми екологічної безпеки автомобільного транспорту є складовою частиною екологічної безпеки країни. Значущість і гострота цієї проблеми зростають з кожним роком через щорічне збільшення викидів автотранспортними засобами забруднюючих речовин в атмосферу (в середньому на 3-5%). Величина щорічного екологічного збитку від функціонування транспортного комплексу Росії становить понад 3.5 млрд. дол і продовжує зростати. Автомобільний парк Росії в 2000 р. становив 27.06 млн. шт., В тому числі 20.12 млн. легкових автомобілів, 4.57 млн. вантажівок, 650 тис. автобусів і 1.72 млн. причепів і напівпричепів. Середній вік автотранспортних засобів залишається значним і становить 10 років, у тому числі 10% парку експлуатується понад 13 років, опиняючись повністю зношеним.

Один автомобіль щорічно поглинає з атмосфери в середньому більше 4 т кисню, викидаючи при цьому з відпрацьованими газами приблизно 800 кг чадного газу, 40 кг оксидів азоту та майже 200 кг різних вуглеводнів. У результаті по Росії від автотранспорту за рік в атмосферу надходить величезна кількість канцерогенних речовин: 27 тис. т бензолу, 17.5 тис. т формальдегіду, 1.5 т бенз (а) пірену і 5 тис. т свинцю. У цілому, загальна кількість шкідливих речовин, що викидаються щорічно автомобілями, перевищує цифру в 20 млн. т.

Введення на території Росії з 1 січня 2001 р. норм «Євро-2» поки є суто декларативним актом, так як нераціональна структура вітчизняної нафтопереробки визначає низьку якість вироблених бензинів і дизельного палива, що не відповідають сучасним вимогам. З іншого боку, якість вітчизняних автомобільних двигунів залишає бажати кращого. Російські двигуни в більшості поступаються зарубіжним за такими показниками, як питома потужність, економічність, шумність, експлуатаційних технологічність, екологічність і ремонтопридатність. Випуск вітчизняних автомобільних двигунів, що відповідають сучасним вимогам по збереженню навколишнього середовища, слід очікувати не раніше 2010 р. Тому в даний час єдиним шляхом підвищення екологічності автотранспорту є його переклад на альтернативні палива, що забезпечить скорочення шкідливих викидів у навколишнє середовище до рівня, що відповідає жорстким європейським нормам.

Екологічні проблеми, пов'язані з використанням традиційного моторного палива в двигунах транспортних засобів, актуальні не тільки для Росії. У багатьох країнах світу прийняті жорсткі вимоги щодо екологізації автотранспорту. У результаті з 1993 по 1999 р. кількість шкідливих речовин у відпрацьованих газах автомобілів за кордоном знизилося приблизно в 2 рази. Усього ж за останні 40 років вміст токсичних компонентів зменшилася на 70%. В даний час багато закордонних моторобудівний фірми взяли курс на вирішення завдання досягнення нульової токсичності відпрацьованих газів. Їх багаторічний досвід показує, що домогтися цього можна лише в разі використання альтернативних (не нафтових) видів моторного палива.

У США за останнє десятиліття прийнятий ряд законодавчих актів, в яких пильна увага приділяється проблемі поліпшення екологічної обстановки в містах і населених пунктах. У їх числі: Закон «Про альтернативний моторному паливі», Закон «Про чистому повітрі», Закон «Про енергетичну політику». На основі цих законів Міністерство енергетики США значно розширило науково-дослідні роботи в секторі споживання енергоресурсів в автотранспорті та розробляє нові програми з прискореного шірокомасшабному впровадження альтернативних видів палива.

У Канаді, Новій Зеландії, Аргентині, Італії, Голландії, Франції та інших країнах успішно діють національні програми переведення автотранспорту, в першу чергу міського, на газомоторне паливо. Для цього розроблена відповідна нормативно-законодавча база: цінова, податкова, тарифна, кредитна. У країнах Західної Європи для стимулювання використання альтернативних екологічно чистих видів палива передбачається суттєве зменшення податків на автомобілі, що використовують газове паливо. У середньому ця різниця складає 1.5-2 рази, крім того, автовласники після конверсії автомобіля звільняються від сплати податків на 3 роки.

На відміну від розвинених зарубіжних країн, в Росії до цих пір не існує концепції виробництва та використання альтернативних видів моторного палива, що значною мірою ускладнює вирішення завдань розвитку вітчизняного моторобудування та екологізації автотранспорту. Першим кроком у вирішенні цієї проблеми з'явиться облік усіх можливих видів альтернативного палива та аналіз перспективності їх використання в умовах Росії.

Зріджені вуглеводневі гази (ЗВГ). В широкому побуті під ЗВГ розуміють бутан-пропановий суміш. ЗВГ є найбільш високоякісним продуктом переробки нафти і нафтового попутного газу (ПНГ). Як моторне паливо ЗВГ володіють важливою перевагою перед іншими видами газового моторного палива (наприклад, природного газу, біогазу і т.д.): бутан-пропановий суміш при нормальній температурі і тиску в 1.6 МПа переходить у рідкий стан. Слід відзначити і більш низьку собівартість виробництва цього палива в порівнянні з бензинами. Саме тому у світі на цьому виді альтернативного палива працює найбільша кількість автомобілів - 3.5 млн.едініц.

При розгляді перспектив застосування ЗВГ в якості моторного палива в Росії слід мати на увазі, що ці гази є хімічним сировиною для виробництва цілого ряду важливих продуктів. Таким чином, ресурси ЗВГ, які можуть бути виділені для використання в якості моторного палива, обмежені. У строгому сенсі цей вид моторного палива не є альтернативним, оскільки видобуток вихідної сировини - попутного нафтового газу - пов'язана з видобутком нафти. Якщо її запаси вичерпаються, то дешевого бутан-пропану вже не буде. Витрати на видобуток попутного нафтового газу в 6-8 разів вище, ніж на видобуток природного газу - і вже в найближчі 10-15 років використання СВГ як альтернативного моторного палива стане не перспективним.

Синтетичний бензин. Сировиною для виробництва синтетичного (не нафтового) бензину може бути вугілля, природний газ та інші речовини. Найбільш перспективним вважається синтезування бензину з природного газу. При цьому природний газ окислюється у присутності каталізатора в синтез-газ, що містить СО і На. Моторне паливо з синтез-газу виробляється або з використанням процесу Фішера-Тропша, або з допомогою так званого Мобілпроцесса через проміжне отримання метанолу. З 1 м3 синтез-газу отримують 120-180 г синтетичного бензину. Проте в даний час синтетичне паливо з природного газу в 1.8-3.7 рази дорожче нафтових. Враховуючи важкий фінансовий стан Росії і висока вартість створення виробництва синтетичного бензину, в найближчі 20-30 років даний вид моторного палива навряд чи буде широко використовуватися в нашій країні.

Метанол. Метанол як моторне паливо має високу октанове число і низьку пожежна небезпека. Його можна змішувати з бензином і використовувати як основу для ефірної добавки - метилтретбутилового ефіру (МТБЕ). У 1998 р. в США вироблено близько 12.5 млрд. літрів МТБЕ. Бензин з МТБЕ становить приблизно 30% від усього обсягу продажів бензину в США. В даний час МТБЕ заміщає у США більшу кількість бензину та сирої нафти, ніж всі інші альтернативні види палива, разом узяті. У Росії в якості моторного палива метанол не використовується через його високу вартість.

Електромобілі. Інтерес до електромобілю, що працює на електриці від акумуляторних батарей, викликаний перш за все розвитком технологій зберігання енергії, які дозволили збільшити термін роботи батарей між підзарядками і скоротити час самої підзарядки, збільшити термін життя акумуляторів і знизити їх вартість. Поки джерелом енергії в електромобілі служать в основному свинцево-кислотні батареї як найменш дорогі. Стандартний комплект свинцево-кислотних акумуляторів для електромобіля середньої маси коштує близько 3000 дол і дає можливість пробігу 150 км без підзарядки. Існують і більш просунуті технології зберігання енергії, що дозволяють збільшити термін роботи батарей, але вони поки що надто дорогі. У цілому, як і раніше, ціна електромобілів значно перевищує ціну бензинового аналога. У Росії роботи зі створення сучасних електромобілів практично не ведуться.

Автомобілі на паливних елементах. Паливні елементи - це пристрої, що генерують електроенергію безпосередньо на борту транспортного засобу за рахунок процесу, зворотного електролізу. Як водородосодержащіх палива, як правило, використовується або стиснений водень, або метанол. У цьому напрямку працюють досить багато зарубіжних автомобільних фірм, і якщо їм у результаті вдасться наблизити вартість автомобілів на паливних елементах до вартості бензинових, то це стане реальною альтернативою традиційним видам нафтового палива в країнах, що імпортують нафту. В даний час вартість закордонного експериментального легкового автомобіля з паливними елементами складає від 100 тис. до 1 млн. дол Для Росії, яка володіє значними запасами первинних енергоносіїв і характеризується низьким рівнем добробуту основної частини населення, в найближчі 30 років цей напрямок в автомобілебудуванні є не актуальними .

Етанол, (спирт питної), володіючи високим октановим числом і енергетичною цінністю, є високоякісним моторним паливом. Наприклад, Бразилія щодня з 70-х по 90-і рр.. минулого століття заміняла етанолом до 250 000 барелів нафти, що імпортується. У 90-х рр.. в Бразилії чистий етанол в якості моторного палива використали більше 7 млн. автомашин, ще 9 млн. машин - його суміш з бензином. У цій країні створена заправна мережа з 25 тис. етанолових заправок. Однак в останні роки намітився спад у використанні етанолу як моторного палива.

3 Пaнцxaвa Є.С. Кошкін Н.Л., Пожежно В.А. Біомаса - реальне джерело комерційних палив і енергії / / Теплоенергетика, № 2, 2001. С. 24-25.

США є другим світовим лідером щодо масштабного виготовлення етанолу для потреб автотранспорту. У 1994 р. вироблялося 5.3 млрд. л етанолу, а також будувалися нові підприємства для виробництва 900 млн. л на рік. Етанол використовується в 21 штаті, етанолбензіновая суміш становить 10% паливного ринку США3.

Вартість етанолу в середньому набагато вище собівартості бензину. Сплеск інтересу до використання етанолу в якості моторного палива за кордоном обумовлений податковими пільгами. Так, у США діють до 2007 року пільги компенсують продавцям збиток у тому випадку, якщо вони продають етанол за ціною бензину. Мета проведення такої політики в США і Західній Європі - знизити залежність автотранспорту від імпорту нафти. Для Росії, яка щороку змушений імпортувати зернові культури, ідея використання автомобіля на етанолі не актуальна і малоймовірна,

Біодизельне паливо. В останні роки в США, Канаді та країнах ЄС зріс комерційний інтерес до біодизельного палива, особливо до виробленому з ріпаку. В Австрії біодизельне паливо вже зараз становить 3% загального ринку дизельного палива при уалічіі виробничих потужностей BO 30 тис. т / рік. У Франції ці мощногсті становлять 20 тис. т / рік; в Італії - 60 тис. т / рік. У США планується на 20% замінити звичайне дизельне паливо біодизельним і використовувати його на морських суднах, міських автобусах і вантажних автомобілях. У Росії, як і у випадку з етанолом, практично відсутня сировинна база для виробництва біодизельного палива, що дає підстави скептично оцінювати можливість його широкого використання в автомобільному транспорті РФ.

Шахтний метан. Останнім часом до числа альтернативних видів автомобільного палива стали відносити і шахтний метан, що добувається з вугільних порід. До такого підходу є серйозні підстави. В даний час в світі вже досить багато автомобілів використовують шахтний метан як моторне паливо. До 1990 р. в США, Італії, Німеччини та Великобританії на шахтному метані працювали понад 90 тис. автомобілей.В Великобританії, наприклад, він широко використовується в якості моторного палива для рейсових автобусів у вугільних регіонах країни.

Вміст метану у шахтному газі коливається від 1 до 98%. Як моторне паливо найбільший інтерес представляє газ, який отримують із вугільних пластів поза зонами впливу гірничих робіт. Сутність такого промислу полягає у витяганні газу через свердловини, пробурені з поверхні, із застосуванням методів стимулювання газоотдачи. Шахтний газ має у своєму складі 95 - 98% метану, 3-5% азоту і 1-3% діоксиду вуглецю. Наприклад, в США за 10 років (з 1988 по 2000 р.) видобуток вугільного метану із спеціальних свердловин зросла від 1 млрд. м3 до 40 млрд. м3, у майбутньому ці показники планується подвоїти. Прогнозується, що газова видобуток метану у вугільних басейнах світу вже найближчим часом складе 96-135 млрд. м3.

Загальні ресурси метану у вугільних пластах Росії становлять, за різними джерелами, 48-65 трлн. м3 (з урахуванням східних і північно-східних басейнів). Сьогодні багаті на газ виробок становить близько 40 м3 метану на 1 т вугілля, що видобувається. Прогнозовані ресурси метану у вугільних пластах тільки в Кузбасі до глибини 1.8 км складають 14% світових ресурсів метану у вугільних пластах і близько 6% прогнозних ресурсів традиційного природного газу в Росії. У зв'язку з цим шахтний метан вже в даний час може розглядатися як найбільш перспективне джерело альтернативного моторного палива для вугільних регіонів Росії.

4 Кирилов Н.Г. Зріджений біометан - перспективний моторне паливо / / Трактори та сільськогосподарські машини, № 12, 2001. С. 10-13.

Біогаз є суміш метану і вуглекислого газу і є продуктом метанового бродіння органічних речовин рослинного і тваринного походження. Він відноситься до палив, які добувають з місцевої сировини. Хоча потенційних джерел для виробництва моторних палив з місцевої сировини досить багато, на практиці коло їх звужується внаслідок географічних, кліматичних, економічних та інших факторів. Особливо це актуально для Росії, дві третини території якої розташоване в зоні помірного холодного клімату, а фінансово-економічний стан залишає бажати кращого. Але тим не менш, з усіх видів моторного палива, одержуваного з місцевої сировини, тільки біогаз, з точки зору промислового виробництва і застосування в двигунах транспортних засобів, становить серйозний практичний інтерес для Россіі4.

Природний газ. В даний час в світі налічується більше мільйона транспортних засобів, які використовують природний газ як моторне паливо. Аналіз результатів досліджень токсичності газобалонних автомобілів, проведених за кордоном, показує, що при заміні бензину на природний газ викид токсичних складових (г / км) у навколишнє середовище знижується, в середньому, по оксиду вуглецю в 8 разів, вуглеводнів - в 3 рази, оксиду азоту - в 2 рази, ПАУ - у 10 разів, димності - у 9 разів.

Таблиця 1

Економічні показники альтернативних видів моторного палива

Вид палива Витрати на виробництво,% Вартість одиниці пробігу автомобіля,%
Бензин з нафти 100 100
СПГ 50-60 70-75
КПГ 70-80 75-85
ЗВГ 60-70 80-90
Електроенергія 65 90-130
Метанол 110 120
Етанол 120 170

Синтетичний

бензин

160 120

Унікальні фізико-хімічні властивості природного газу (ПГ), значні природні запаси, розвинена мережа його доставки від родовищ в багато регіонів країни по магістральних газопроводах та екологічні переваги в порівнянні з традиційними видами палива дозволяють розглядати ПГ як найбільш перспективний і універсальне моторне паливо Росії в XXI в.

Використання природного газу як моторного палива - інтенсивно розвивається напрям, який вже найближчим часом перетвориться на самостійну високорентабельну підгалузь газової промисловості. Є всі передумови до того, щоб через 7 - 10 років річні обсяги використання ПГ на автотранспорті досягли 5-6 млрд. м3, а в більш віддаленій перспективі - 20 - 25 млрд.м3.

Планований в Росії переклад громадського і частини індивідуального транспорту на альтернативні види палива вимагає виконання досліджень по оцінці як їх споживчих властивостей, так і собівартості виробництва. Згідно з Постановою Уряду Росії від 15 січня 1993 р. № 31, навіть в умовах вільного ринку вартість 1 м3 природного газу для транспортних засобів не буде перевищувати 50% вартості 1 л бензину А-76, еквівалентного йому за енерговміст.

З оглядом на існуючі в Росії цін на енергоносії, в табл. 1 представлені розрахункові економічні показники альтернативних моторних палив, які можуть бути використані автотранспортом РФ.

Враховуючи, що в Росії практично відсутні дані по експлуатації вітчизняних автомобілів на СПГ і електромобілів, для оцінки споживчих властивостей взято досвід, накопичений за кордоном. У цілому він буде відповідати вітчизняним розробкам.

Таблиця 2

Споживчі властивості альтернативних видів моторного палива

Вид палива Маса автомашини, кг Запас ходу, км Швидкість, км / год Витрата енергії, кВт • год / км Час заправки
Бензин 1600 / 6 чол 550 90 1.07 5 хв
СПГ 1600 / 6 чол 550 90 0.89 5 хв
КПГ 1700 / 6 чол 170 90 0.91 5-10 хв
ЗВГ 1600 / 6 чол 550 90 0.91 5 хв
Електроенергія 1800 / 4 чол 70 40-50 0.47 8-12 годин

5 Гaйнyллін Ф.Г., Андрєєв А.Є. Використання вуглеводневих газів в якості моторного палива. М.: ЦНІІТЕНЕФТЕХІМ, 1986, с. 41-43.

У табл.2 представлені споживчі властивості альтернативних видів моторного палива (клас легкових машин) 5. Автомобілі, що використовують компримированні природний газ (КПГ), і електромобілі істотно поступаються іншим за запасом ходу і часу заправки. Заправка бензином, зрідженим природним газом (СПГ) і ЗВГ (пропаном) вимагає приблизно однакового часу. Всі автомобілі, що використовують газоподібні види палива, більш економічні, ніж бензинові. Витрата енергії електромобілями нижчий, однак ця величина відноситься до швидкості до 50 км / ч.

У Росії з економічних і споживчим показників тільки вуглеводневі газові види палива представляють реальну альтернативу традиційним видам нафтового палива. Основною перевагою, що виявляється при використанні газових видів палива є економічність експлуатації автотракторної техніки. Це відбувається завдяки більш низькій їх вартості в порівнянні з нафтовими видами палива, збільшення терміну служби двигунів, термінів заміни свічок запалювання та олії, більш високому октанового числа палива та безнагарному згорянню.

Таблиця 3

Емісія токсичних компонентів при використанні різних видів палива

Вид палива СО

CxHy

(Без метану)

NOx Сажа Оксид свинцю Бензопірен
Бензин 100 100 100 немає 100 100
Бензин (двигун з каталізатором) 25-30 10 25 немає немає 50
Дизпаливо 10 10 50-80 100 немає 50
Дизпаливо + газ 8-10 8-10 50-70 20-40 немає 30-40
ЗВГ (пропан) 10-20 50-70 30-80 немає немає 3-10
Природний газ 5-10 1-10 25-50 немає немає 3-10

Аналіз перспективності використання альтернативних видів моторного палива буде не повним без урахування такого показника як екологічність палива. Емісія токсичних компонентів у вихлопних газах двигунів, що працюють на різних видах палива, при оптимальній регулюванню паливної апаратури (у%), наведена в табл. 3. Викиди при спалюванні бензину прийняті за 100% (використовується неетилований бензин).

Кількісне уявлення про екологічну небезпеку токсичних компонентів, що потрапляють в атмосферу при використанні різних видів палива, можна отримати з нормативів плати за забруднення атмосфери (Постанова РМ РФ від 9.01.91 р. № 13). Прийнявши коефіцієнт екологічної небезпеки для СВ рівним 1, для CxHy отримаємо - 2, для NOx - 70, для сажі - 60, для оксидів свинцю - 10 000, для тетраетилсвинцю (при витоках і розливі бензину) - 1 000 000, а для бензпірен - 3000000.

6 Єлісєєв В.Г., Куніс І.Д. Екологічні аспекти застосування зрідженого природного газу як альтернативного палива / / Конверсія в машинобудуванні, № 2, 2001. С. 21-23.

При оцінці перспективності того або іншого виду моторного палива за кордоном обов'язково беруть до уваги і екологічну компоненту. Іншими словами, у вартість палива включають не тільки ринкову складову, але і «зовнішню», еквівалентну розміру компенсації шкоди, завданої здоров'ю населення і навколишнього середовища. Це дозволяє враховувати ті витрати і втрати, які заповнюються товариством за рахунок платників податків (витрати на медицину, реновацію об'єктів, втрати робочого часу і т.д.). На жаль, у Росії такі розрахунки до уваги поки не приймаються, але після введення в дію Федерального закону «Про екологізації автотранспорту» екологічна компонента у вартості палива буде присутній. З урахуванням «зовнішньої» складової істотно змінюється співвідношення народногосподарської та соціальної вартості різних видів палива. Досвід показує, що при обліку соціальної «зовнішньої» вартості заміна нафтового палива на альтернативне істотно скорочує термін окупаемості6.

В даний час серед безлічі різних варіантів альтернативних видів палива найбільш високі шанси вступити в конкуренцію з нафтовими видами палива в Росії має природний газ. Але ця тема - предмет окремої розмови.

Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Стаття
48кб. | скачати


Схожі роботи:
Економіка Франції 90 х рр. XX століття та початку XXI століття
Тероризм - війна XXI століття
Україна на рубежі XXI століття
Бухгалтерський облік XXI століття
Ключ до фізики XXI століття
Маркетинг на порозі XXI століття
Данило Кашин погляд з XXI століття
Віртуальна компанія реальність XXI століття
XXI століття початок безсмертя людей
© Усі права захищені
написати до нас