СО2 отловят в топливе

0

Вопрос перспективности различных видов топлива для двигателей внутреннего сгорания с точки зрения экологии продолжает беспокоить автопроизводителей. Главная на сегодня задача – значительно сократить выбросы углекислого газа в атмосферу. Идей в этом направлении не так уж много, хотя есть среди них и весьма интересные.

Вопрос перспективности различных видов топлива для двигателей внутреннего сгорания с точки зрения экологии продолжает беспокоить автопроизводителей. Главная на сегодня задача – значительно сократить выбросы углекислого газа в атмосферу. Идей в этом направлении не так уж много, хотя есть среди них и весьма интересные.

Кругооборот СО2 при использовании нефтяного и биотоплива

Существует несколько реальных способов снизить выбросы СО2: поощрять водителей ездить медленно; создавать более экономичные автомобили; применять альтернативные виды топлива или транспортные средства, которые обеспечивают меньшие или нулевые выбросы углекислого газа (СО2).

Наиболее разрекламированное направление – автомобили, использующие в качестве топлива водород. Но некоторые эксперты отдают предпочтение метанолу (CH3OH).

Необычные идеи

Существуют и весьма оригинальные идеи. Некоторые ученые изучают возможные пути улавливания углекислого газа в выпускном тракте автомобиля, перед тем как он оказывается в атмосфере. Еще одна уникальная идея – отделять углерод от углеводородного топлива до того, как оно попадет в двигатель, тогда при работе не выделяется СО2. Подобная технология разрабатывается в США профессором Андреем Федоровым. Углерод удаляется из топлива перед его поступлением в двигатель, а в камере сгорания сжигается оставшийся водород – в результате выделяются тепло, вода и азот. По словам Федорова, катализатор в этом случае легко справляется с небольшим количеством окиси азота, а сама система может работать как с бензином, так и с метанолом.

Сердце системы – специальный реактор, который отделяет водород от топлива и оставляет побочный продукт, богатый СО2. Затем СО2 сжимается до жидкого состояния (сжиженный газ) и хранится в отдельном баке. Эти отходы, по словам Федорова, могут извлекаться из машины на автозаправочной станции, пока водитель заправляет бак топливом, и храниться в подземных резервуарах или повторно преобразовываться в топливо метанол путем добавления в него водорода.

А вот идею улавливания соединения СО2 из состава выхлопных газов Федоров отклонил уже в начале своих исследований. Объяснение простое – для отбора СО2 нужно очень много энергии и большие резервуары для хранения этого соединения.

По утверждению Федорова, его разработка могла бы уже через 2-3 года внедряться в серийные автомобили, но пока недоступна из-за дороговизны установки для изъятия СО2 из топлива и необходимости создания новой сети газовых заправок с хранилищами углекислого газа.

Конструктивные особенности силовой установки Audi A5 2,0Т-CNG

Lotus – за метанол

В другом направлении работают в подразделении компании Lotus Engineering, которая занимается доводкой двигателей внутреннего сгорания, разработкой технологий использования альтернативных топлив и созданием электро- и гибридных силовых установок для автомобилей. Ее главный конструктор Джейми Тернер – сторонник использования метанола.

Преимущество метанола в том, что топливо может изготавливаться из отходов деревообрабатывающей промышленности (биотопливо), создаваться путем добавления водорода (Н) к углероду (СО2), собираемому в окружающем воздухе (синтетический метанол). У последнего направления большая перспектива, так как обеспечивается снижение содержания углерода в атмосфере. Используя синтетический метанол, автомобили могут быть углеродо-нейтральными, как и с топливными элементами. И в отличие от топливных элементов, для автомобилей на метаноле не нужно создавать новую инфраструктуру заправочных станций.

У метанола есть еще одно преимущество – после того, как в недрах нашей земли закончатся нефть и газ, все существующие автомобили с двигателями внутреннего сгорания могут быть легко модернизированы и оснащены установками по производству метанола непосредственно на борту.

На данный момент Lotus Engineering продолжает внедрять в жизнь трехтопливную концепцию. Первая ласточка в этом направлении – модель Exige 270E, оснащенная бензиновым мотором, который может работать на бензине, на метаноле и на этаноле. Для работы на трех видах топлива конструкция мотора лишь немного изменяется:

  • устанавливаются датчики обнаружения алкоголя (метанол – спирт);
  • в ЭБУ двигателя записано несколько программ для работы на разных видах топливах;
  • устанавливаются топливопроводы и бак, не боящиеся спирта, а также более производительный топливный насос и форсунки.

Все остальное – как в обычном автомобиле и даже топливный бак общий, так как бензин смешивается с метанолом и этанолом.

Синтетический метанол обладает лучшими характеристиками, соответственно, повышается КПД двигателей внутреннего сгорания. Это очень важно, так как прибавка энергии повышает эффективность работы нагнетателей воздуха (турбо- и механические компрессоры), что в итоге позволяет уменьшить рабочий объем и соответственно вес двигателей. А все это – экономия топлива.

Характеристики Lotus Exige 270E Tri-Fuel на бензине, этаноле и метаноле Самые крупные сети газовых заправок в Европе созданы в Швеции и Швейцарии.

Характеристики Lotus Exige 270E Tri-Fuel на бензине, этаноле и метаноле:
макс. мощность – 273 л. с. при 8000 об/мин;
разгон 0-94 км/ч – 3,88 с;
макс. скорость – 255 км/ч;

Самые крупные сети газовых заправок в Европе созданы в Швеции и Швейцарии.

Природный и биогаз

Еще одно направление внедрения и развития альтернативных видов топлива – природный (метан, сжатый) газ и биогаз, которые по сравнению с бензином при сгорании выделяют на 20% меньше СО2.

Наиболее «продвинуты» в использовании биогаза на автотранспорте такие страны, как Швеция и Швейцария, где создана сеть газовых заправок (compressed natural gas – CNG), большая часть из которых предлагает автовладельцам биогаз. В Германии и Австрии биогаз даже используют в бытовых газовых сетях.

В Германии автомобили, эксплуатируемые на природном газе, до 2018 года имеют самое низкое налогообложение. В перерасчете затрат на эксплуатацию автомобиля в Европе получается, что затраты на газообразное топливо ниже более чем на 50% по сравнению с бензином и приблизительно на 30% по сравнению с дизелем. Пока сеть метановых заправок в Европе не такая уж и большая, но уже ведутся работы по ее увеличению. Так, в ближайшее время в Германии планируют построить около 150 газовых заправок.

В Украине ГБО под сжатый газ позволяет снизить затраты на топливо на 50–60%.

Но на пути расширения массового использования метана и биогаза есть одна серьезная проблема – для его хранения на борту автомобиля в необходимом количестве ранее применяли большие и тяжелые стальные баллоны. Именно поэтому до недавнего времени данный вид системы питания чаще всего использовался в минивенах, где больше места для размещения баллонов.

Сдвинуться с мертвой точки решилась компания Audi, инженеры которой сделали модификацию седана A5 в газовом исполнении 2,0Т-CNG. Они нашли наиболее свободные объемы в кузове автомобиля, использовали место, где находились большой и средний глушители, и разместили в них четыре баллона общим объемом 130 л для заправки 21 кг газа CNG. Бензобак уменьшили в объеме до 14 литров, чего достаточно для пробега 180 км. Баллоны изготовлены из современного углеволоконного материала с добавками алюминия, поэтому их вес – всего 90 кг, что в несколько раз меньше, чем при использовании стальных баллонов. Запас хода с таким объемом газа составляет 420 км.

Для повышения КПД двигателя применили технологию TFSI (турбонаддув плюс непосредственный впрыск), которую внедрили в двухлитровый мотор, полученный путем модернизации 1,8-литрового. В результате 163-сильный агрегат выдает одинаковую мощность как при работе на бензине, так и на газе. Более того, после газификации не ухудшились динамические характеристики машины, разгон до «сотни» занимает всего 8,9 с, а максималка достигает 228 км/ч. Максимальный крутящий момент 260 Нм мотор развивает при 1500 об/мин. Выбросы СО2 у газовой модификации TFSI также на 20% ниже, чем у бензинового TFSI.

Справка

Биогаз – газ, получаемый в результате брожения (разложения) биомассы под под воздействием нескольких видов бактерий, в том числе и метанообразующих. Биомассой могут служить навоз, зерновая и меласная послеспиртовая барда, водоросли, пивная дробина, свекольный жом, отходы рыбного и забойного цехов, трава, бытовые отходы, отходы молокозаводов и производства биодизеля, соков, картофеля, и т. д.

В состав биогаза входят метан (55–75%), углекислый газ (25–45%) и некоторые примеси. В процессе очистки биогаза от СО2 получают биометан – аналог природного газа, который отличается только происхождением. Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмосферу, который еще сильнее (в 21 раз) способствует парниковому эффекту.

История

Человечество применяет биогаз очень давно. Во II тысячелетии до н. э. в Европе уже работали примитивные биогазовые установки. Алеманы, населявшие заболоченные земли бассейна Эльбы, полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах, – это дыхание Дракона. Они шили из кожи тенты, накрывали болото, а по кожаным трубам отводили газ к жилищам, используя его для обогрева и приготовления пищи.

В XVII веке Ян Баптист Ван Гельмонт обнаружил, что разлагающаяся биомасса выделяет горючий газ. А в 1776 году Алессандро Вольта пришел к выводу, что есть зависимость между количеством разлагающейся биомассы и количеством выделяемого газа. В 1808 году Хэмфри Дэви в биогазе обнаружил метан.

Первая задокументированная биогазовая установка была построена в Индии, в городе Бомбее, в 1859 году. В 1895 году биогаз использовался для освещения английских улиц. А в 1930-м были найдены бактерии, участвующие в процессе производства газа.

Преимущества метанола и этанола

  • Восстанавливаются из отходов сельского хозяйства.
  • Синтезируются из СО2 путем соединения с водородом.
  • Представляют собой жидкости при атмосферных температурах и давлениях.
  • Выделяют меньше энергии, чем бензин, но больше, чем водород.
Баллоны для водорода претендуют на значительную часть полезных для автовладельцев объемов автомобиля.

Баллоны для водорода претендуют на значительную часть полезных для автовладельцев объемов автомобиля.

Недостатки водородного топлива

  • Водород очень легкий, поэтому для транспортировки и хранения его необходимо сжимать или охлаждать до –253°С.
  • На сжатие водорода затрачивается 10% энергии, а на превращение его в жидкость требуется тратить еще 30–40%. Эта энергия безвозвратно теряется при обратном превращении жидкого водорода в газообразный.
  • При сжигании 1 литра бензина выделяется в 2900 раз больше энергии, чем при сжигании литра газообразного водорода при 1 атм.

 

Подготовил Юрий Дацык
Фото фирм-производителей

Подписывайтесь на наши ленты в Facebook, Viber, Telegram и Messenger: все самые важные автомобильные события в одном месте.