Передовые виды топлива. Развенчание мифов об альтернативных видах топлива

Традиционные виды топлива, по сути, получают из невозобновляемых ресурсов, а это значит, что рано или поздно они закончатся. Поэтому человечество нашло им альтернативу. Однако у каждой такой альтернатива могут быть свои преимущества и недостатки, рассмотрим их на конкретных примерах.

Возможно вас заинтересует - Солнечная энергетика в Беларуси .

Еще Рудольф Дизель, создатель дизельного двигателя, в 1900 году предложил получать топливо из растительного сырья, он даже продемонстрировал проект двигателя, который мог работать на арахисовом масле. Сегодня подтверждено, что в основу для такого топлива можно положить: рапс, сою, хлопок, ятрофу (бутылочное дерево). Кстати, использовать для производства можно даже пищевые отходы, которые скапливаются в предприятиях общественного питания.

«+»

1. сырье возобновляемое,
2. выбросы СО 2 в атмосферу ниже на 50–80% по сравнению с традиционными видами топлива,
3. в процессе получения такого биотоплива производят еще несколько полезных побочных продуктов,
4. государства, где нет собственных запасов нефти, могут за счет этого обеспечить себе топливную независимость.

«–»

1. пока что высокая себестоимость производства,
2. меньшая мощность двигателей на таком топливе, больший расход,
3. необходимость больших площадей под выращивание нужных культур.

В 2003 году корпорация DaimlerChrysler разработало первое в мире синтетическое дизельное топливо из древесных отходов. Назвали его BIOTROLL. Когда оно сгорает, углекислый газ не попадает в атмосферу. Изготавливать подобное топливо можно не только из отходов деревообработки, но и из бытового мусора, сельскохозяйственных отходов. Только пока такое своеобразное биотопливо используют в смеси с соляркой, улучшая тем самым экологические показатели двигателей.

«+»

1. низкие выбросы вредных веществ,
2. переработка отходов,
3. неисчерпаемые запасы сырья.

«–»

1. необходимы значительные финансовые вложения, чтобы организовать весь процесс: сбор и подготовку сырья, производство синтетического горючего, создание системы распространения.

Водород

Как оказалось, водород может быть альтернативным топливом, например, для тех же автомобилей. Причем использовать его можно по-разному: смешивать с традиционными видами, применять только его, использовать водород в топливных элементах.

«+»

1. высокие энергетические свойства,
2. относительная экологичность сгорания, по сравнению с бензином,
3. нелимитированная сырьевая база

«–»

1. сегодня производство водородного топлива в 4 раза дороже, чем бензина,
2. несмотря на то что углекислый газ при сгорании водорода не выделяется, некоторые ученые указывают на образование других газов, которые вредят озоновому слою,
3. сложно будет организовать «водородную инфраструктуру.

ВИДЫ ТОПЛИВА. КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВА

По определению Д.И.Менделеева, «топливом называется горючее вещество, умышленно сжигаемое для получения теплоты».

В настоящее время термин «топливо» распространяется на все материалы, служащие источником энергии (например, ядерное топливо).

Топливо по происхождению делят на:

Природное топливо (уголь, торф, нефть, горючие сланцы, древесина и др.)

Искусственное топливо (моторное топливо, генераторный газ, кокс, брикеты и др.).

По своему агрегатному состоянию его делят на твёрдое, жидкое и газообразное топливо, а по своему назначению при использовании – на энергетическое, технологическое и бытовое. Наиболее высокие требования предъявляются к энергетическому топливу, а минимальные требования – к бытовому.

Твёрдое топливо – древесно-растительная масса, торф, сланцы, бурый уголь, каменный уголь.

Жидкое топливо – продукты переработки нефти (мазут).

Газообразное топливо – природный газ; газ, образующийся при переработке нефти, а также биогаз.

Ядерное топливо – расщепляющиеся (радиоактивные) вещества (уран, плутоний).

Органическое топливо, т.е. уголь, нефть, природный газ, составляет подавляющую часть всего энергопотребления. Образование органического топлива является результатом теплового, механического и биологического воздействия в течение многих столетий на останки растительного и животного мира, откладывающиеся во всех геологических формациях. Всё это топливо имеет углеродную основу, и энергия высвобождается из него, главным образом, в процессе образования диоксида углерода.

ТВЁРДОЕ ТОПЛИВО. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Твёрдое топливо. Ископаемое твёрдое топливо (за исключением сланцев) является продуктом разложения органической массы растений. Самое молодое из них – торф – представляет собой плотную массу, образовавшуюся из перегнивших остатков болотных растений. Следующими по «возрасту» являются бурые угли – землистая или чёрная однородная масса, которая при длительном хранении на воздухе частично окисляется («выветривается») и рассыпается в порошок. Затем идут каменные угли, обладающие, как правило, повышенной прочностью и меньшей пористостью. Органическая масса наиболее старых из них – антрацитов – претерпела наибольшие изменения и на 93 % состоит из углерода. Антрацит отличается высокой твёрдостью.

Мировые геологические запасы угля, выраженные в условном топливе, оцениваются в 14000 млрд.тонн, из которых половина относится к достоверным (Азия – 63%, Америка – 27%). Наибольшими запасами угля располагают США и Россия. Значительные запасы имеются в ФРГ, Англии, Китае, на Украине и в Казахстане.

Всё количество угля можно представить в виде куба со стороной 21 км, из которого ежегодно изымается человеком «кубик» со стороной 1,8 км. При таких темпах потребления угля хватит примерно на 1000 лет. Но уголь – тяжёлое неудобное топливо, имеющее много минеральных примесей, что усложняет его использование. Запасы его распределены крайне неравномерно. Известнейшие месторождения угля: Донбасский (запасы угля 128 млрд.т.), Печорский (210 млрд.т.), Карагандинский (50 млрд.т.), Экибастузский (10 млрд.т.), Кузнецкий (600 млрд.т.), Канско-Ачинский (600 млрд.т.). Иркутский (70 млрд.т.) бассейны. Самые крупные в мире месторождения угля – Тунгусское (2300 млрд.т. – свыше 15% от мировых запасов) и Ленское (1800 млрд.т. – почти 13% от мировых запасов).

Добыча угля ведётся шахтным методом (глубиной от сотен метров до нескольких километров) или в виде открытых карьерных разработок. Уже на этапе добычи и транспортировки угля, применяя передовые технологии, можно добиться снижения потерь при транспортировке. Уменьшения зольности и влажности отгружаемого угля.

Возобновляемым твёрдым топливом является древесина. Доля её в энергобалансе мира сейчас чрезвычайно невелика, но в некоторых регионах древесина (а чаще её отходы) также используется в качестве топлива.

В качестве твёрдого топлива могут быть также использованы брикеты – механическая смесь угольной и торфяной мелочи со связующими веществами (битум и др.), спрессованная под давлением до 100 МПа в специальных прессах.

ЖИДКОЕ ТОПЛИВО. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Жидкое топливо. Практически всё жидкое топливо пока получают путём переработки нефти. Нефть, жидкое горючее полезное ископаемое, представляет собой бурую жидкость, содержащую в растворе газообразные и легколетучие углеводороды. Она имеет своеобразный смоляной запах. При перегонке нефти получают ряд продуктов, имеющих важное техническое значение: бензин, керосин, смазочные масла, а также вазелин, применяемый в медицине и парфюмерии.

Сырую нефть нагревают до 300-370 °С, после чего полученные пары разгоняют на фракции, конденсирующиеся при различной температуре tª: сжиженный газ (выход около 1%), бензиновую (около 15%, tª=30 - 180°С). Керосиновую (около 17 %, tª=120 - 135°С), дизельную (около 18 %, tª=180 - 350°С). Жидкий остаток с температурой начала кипения 330-350°С называется мазутом. Мазут, как и моторное топливо, представляет собой сложную смесь углеводородов, в состав которых входят, в основном, углерод (84-86 %) и водород (10-12%).

Мазут, получаемый из нефти ряда месторождений, может содержать много серы (до 4.3%), что резко усложняет защиту оборудования и окружающей среды при его сжигании.

Зольность мазута не должна превышать 0,14 %, а содержание воды должно быть не более 1,5 %. В состав золы входят соединения ванадия, никеля, железа и других металлов, поэтому её часто используют в качестве сырья для получения, например, ванадия.

В котлах котельных и электростанций обычно сжигают мазут, в бытовых отопительных установках – печное бытовое топливо (смесь средних фракций).

Мировые геологические запасы нефти оцениваются в 200 млрд. т., из которых 53 млрд.т. составляют достоверные запасы. Более половины всех достоверных запасов нефти расположено в странах Среднего и Ближнего Востока. В странах Западной Европы, где имеются высокоразвитые производства, сосредоточены относительно небольшие запасы нефти. Разведанные запасы нефти всё время увеличиваются. Прирост происходит в основном за счёт морских шельфов. Поэтому все имеющиеся в литературе оценки запасов нефти являются условными и характеризуют только порядок величин.

Общие запасы нефти в мире ниже, чем угля. Но нефть более удобное для использования топливо. Особенно в переработанном виде. После подъёма через скважину нефть направляется потребителям в основном по нефтепроводам, железной дорогой или танкерами. Поэтому в себестоимости нефти существенную часть имеет транспортная составляющая.

ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО. ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

Газообразное топливо. К газообразному топливу относится, прежде всего, природный газ. Это газ, добываемый из чисто газовых месторождений, попутный газ нефтяных месторождений, газ конденсатных месторождений, шахтный метан и т.д. Основным его компонентом является метан СН 4 ; кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества азота N 2 , высших углеводородов СnНm , диоксида углерода СО 2 . В процессе добычи природного газа его очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) может оставаться.

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты.

В промышленности и особенно в быту находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной обработке нефти и попутных нефтяных газов. Выпускают технический пропан (не менее 93% С 3 Н 8 + С 3 Н 6), технический бутан (не менее 93% С 4 Н 10 + С 4 Н 8) и их смеси.

Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140-170 триллионов м³.

Природный газ располагается в залежах, представляющих собой «купола» из водонепроницаемого слоя (типа глины), под которым в пористой среде (песчаник) под давлением находится газ, состоящий в основном из метана СН 4 . На выходе из скважины газ очищается от песчаной взвеси, капель конденсата и других включений и подаётся на магистральный газопровод диаметром 0,5 – 1,5 м длиной несколько тысяч километров. Давление газа в газопроводе поддерживается на уровне 5 МПа при помощи компрессоров, установленных через каждые 100-150 м. Компрессоры вращаются газовыми турбинами, потребляющими газ. Общий расход газа на поддержание давления в газопроводе составляет 10-12% от всего прокачиваемого. Поэтому транспорт газообразного топлива весьма энергозатратен.

В последнее время в ряде мест всё большее применение находит биогаз – продукт анаэробной ферментации (сбраживания) органических отходов (навоза, растительных остатков, мусора, сточных вод и т.д.). В Китае на самых разных отбросах работают уже свыше миллиона фабрик биогаза (по данным ЮНЕСКО – до 7 млн.). В Японии источниками биогаза служат свалки предварительно отсортированного бытового мусора. «Фабрика», производительностью до 10-20 м³ газа в сутки. Обеспечивает топливом небольшую электростанцию мощностью 716 кВт.

Анаэробное сбраживание отходов крупных животноводческих комплексов позволяет решить чрезвычайно острую проблему загрязнения окружающей среды жидкими отходами путём превращения их в биогаз (примерно 1 куб.м в сутки на единицу крупного рогатого скота) и высококачественные удобрения.

Весьма перспективным видом топлива, обладающим в три раза большей удельной энергоёмкостью по сравнению с нефтью, является водород, научно-экспериментальные работы по изысканию экономичных способов промышленного преобразования которого активно ведутся в настоящее время как в нашей стране, так и за рубежом. Запасы водорода неистощимы и не связаны с каким-то регионом планеты. Водород в связанном состоянии содержится в молекулах воды (Н 2 О). При его сжигании образуется вода, не загрязняющая окружающую среду. Водород удобно хранить, распределять по трубопроводам и транспортировать без больших затрат.

Сейчас практически в каждой промышленно развитой стране проводятся значительные исследовательские работы среди производителей и научных организаций в области создания наиболее оптимальных с точки зрения экологичности, высокой эффективности, низких издержек производства и значительных запасов, новых видов моторных топлив. Целью этих работ является разработка национальных топливных концепций и создание соответствующих двигателей, отвечающих самым жестким мировым стандартам.

В отличие от развитых зарубежных стран, в России до сих пор не существует концепции производства и использования альтернативных моторных топлив, что в значительной степени усложняет решение задач развития отечественного моторостроения и экологизации автотранспорта.

Очевидно, что первым шагом в решении этой проблемы является учет всех видов возможных альтернативных моторных топлив и анализ перспективности их использования в условиях России.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ)

В широком обиходе под СУГ понимают бутан-пропановую смесь. СУГ является наиболее высококачественным продуктом переработки нефти и нефтяного попутного газа (ПНГ).

Как моторное топливо СУГ обладают важным преимуществом перед другими видами газовых моторных топлив (например, природного газа, биогаза и т.д.): бутан-пропановая смесь при нормальной температуре и давлении в 1,6 МПа переходят в жидкое состояние. Следует отметить и более низкую себестоимость производства этого топлива по сравнению с традиционными моторными топливами- бензинами.

При рассмотрении перспектив применения СУГ в качестве моторного топлива в России следует иметь ввиду, что эти газы являются химическим сырьем для производства целого ряда важных продуктов и незаменимым технологическим материалом в ряде производств. Необходимо также учитывать, что СУГ широко используется для бытовых нужд в местах, удаленных от газопроводов природного и попутного газа (отопление, приготовление пищи).

Таким образом, ресурсы СУГ, которые могут быть выделены для использования в качестве моторного топлива, ограничены. Затраты на добычу попутного нефтяного газа в 6-8 раз выше, чем на природный газ. Сегодня себестоимость добычи ПНГ составляет от 200 до 300 руб. за 1000 м 3 ПНГ, транспортирование добавляет еще до 400 руб. за 1000 м 3 ПНГ.

По мнению специалистов, чтобы сделать добычу ПНГ рентабельной в настоящее время, цена на СУГ должна приблизиться к 40 долл. США за 1000 м 3 . Ввиду этого, уже в ближайшее 10-15 лет использование СУГ как альтернативного моторного топлива станет неперспективным.

Синтетический бензин

Сырьем для производства синтетического (не нефтяного) бензина может быть уголь, природный газ и другие вещества.

Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа. При этом природный газ окисляется в присутствии катализатора в синтез-газ, содержащий СО и Н 2 . Моторные топлива из синтез-газа производятся или с использованием процесса Фишера-Тропша, или с помощью так называемого Мобил-процесса через промежуточное получение метанола.

Из 1 м 3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы «Мобил» из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т моторных топлив.

Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза дороже нефтяных (в зависимости от технологии получения). Учитывая тяжелое финансовое положение России и высокую стоимость создания производства синтетического бензина, в ближайшие 20-30 лет данный вид моторного топлива, не будет широко использоваться в РФ.

Метанол, как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают широкое применение метанола на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки- метилтретбутилового эфира (МТБЭ).

В 1998 г. в США произведено около 12,5 млрд. л МТБЭ, при этом бензин с МТБЭ составляет примерно 30% от всего объема продаж бензина в США. В результате, в настоящее время МТБЭ замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.

В России метанол производят для газовой промышленности: его закачивают в магистральные трубопроводы для снижения температуры конденсации примесей природного газа.

В качестве моторного топлива метанол ввиду его высокой стоимости (500 долл. США за 1 т) в России не используется.

Электромобили

Интерес к электромобилю, работающему на электричестве от аккумуляторных батарей, в начале XXI в. обеспечен, прежде всего, развитием технологий хранения энергии, которые позволили увеличить срок работы батарей между подзарядками и сократить время самой подзарядки, увеличить срок жизни аккумуляторов и снизить их стоимость.

Пока источником энергии в электромобиле служат в основном свинцово-кислотные батареи. Это — наименее дорогой из всех типов батарей. Стандартный комплект свинцово-кислотных аккумуляторов для электромобиля средней массы стоит порядка 3000 долл. США. Однако на подобных батареях без подзарядки нельзя проехать более 150 км, и менять их приходиться минимум раз в три года.

Существуют и более продвинутые технологии хранения энергии, позволяющие увеличить срок работы батарей, но они пока слишком дороги. В целом, как и прежде, цена электромобилей значительно превышает цену бензинового аналога. В России работы по созданию современных электромобилей практически не ведутся.

Автомобили на топливных элементах

Топливные элементы- это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства, за счет процесса обратного электролизу, то есть в процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический ток.

В качестве водородосодержащего топлива, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить стоимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть.

В настоящее время стоимость зарубежного экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 100 тыс. долл. США. Ввиду этого, в России, обладающей значительными запасами первичных энергоносителей и низким уровнем благосостояния основной части населения, в ближайшие 30 лет это направление в автомобилестроении является не актуальным.

Этанол (спирт питьевой) обладает высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом.

Серьезность отношения в мире к спиртовым топливам определяется уровнем их применения в транспортных средствах. Так, Бразилия ежедневно с 70-х по 90-е гг. прошлого столетия замещала этанолом до 250 тыс. баррелей импортируемой нефти. В этой стране, начиная с 1976 г., 140 млн. м 3 бензинового эквивалента было замещено этанолом, что оценивается в 50 млрд. долл. США. В 90-х гг. в Бразилии чистый этанол в качестве моторного топлива использовали в более 7 млн. автомобилей и еще в 9 млн. ед.- его смесь с бензином (газохол). Однако в последние годы наметился спад в использовании этанола как моторного топлива.

США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. В 1994 г. производство этанола оценивалось в 5,3 млрд. л и дополнительно строились новые предприятия для производства еще 900 млн. л в год. Этанол используется как «чистое» топливо в 21-м штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и используется более чем в 100 млн. двигателей.

Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. По некоторым оценкам, этанол становится глобально конкурентоспособным при цене нефти в 60 долл. США за баррель.

Всплеск интереса к использованию этанола в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами. Так, в США эти льготы компенсируют продавцам убыток в случае, если они продают этанол по цене бензина. Срок действия льгот- до 2007 г. Цель проведения такой политики в США и Западной Европе- снизить зависимость от импорта нефти.

Для России, которая ежегодно вынуждена импортировать зерновые культуры, идея использования автомобиля на этаноле не актуальна и маловероятна.

Биодизельное топливо

В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из рапса.

В Австрии биодизельное топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/г.; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/г.; в Италии — 60 тыс. т/г. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях.

В России, как и в случае с этанолом, практически отсутствует сырьевая база для производства биодизельного топлива, что позволяет скептически оценивать возможность его широкого использования в автомобильном транспорте РФ.

Шахтный метан

В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. К такому подходу есть серьезные основания. В настоящее время в мире уже достаточно много автомобилей используют шахтный метан как моторное топливо.

К 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны.

Сущность такого промысла заключается в извлечении газа из скважин, пробуренных с поверхности, с применением методов стимулирования газоотдачи, при этом шахтный газ имеет в своем составе 95-98% метана, 3-5% азота и 1-3% диоксида углерода.

Например, в США за 10 лет (с 1988 по 2000 гг.) добыча угольного метана из специальных скважин возросла от 1 млрд.м 3 до 40 мрлд.м 3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд.м 3 .

Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют по различным источникам 48-65 трлн. м 3 с учетом восточных и северо-восточных бассейнов. На территории России наиболее газоносными являются пласты угля Воркутинского месторождения и Кузнецкого бассейна.

Сегодня газообильность выработок составляет около 40 м 3 метана на тонну добываемого угля. Прогнозируемые ресурсы метана в угольных пластах только в Кузбассе до глубины 1,8 км составляют 14% мировых ресурсов метана в угольных пластах и около 6% прогнозных ресурсов традиционного природного газа в России.

В связи с этим шахтный метан уже в настоящее время может рассматриваться как наиболее перспективный источник альтернативного моторного топлива для угольных регионов России.

Биогаз представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения.

Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для производства моторных топлив из местного сырья достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов.

Особенно это актуально для России, 2/3 территории которой расположено в зоне умеренно холодного климата, а финансово-экономическое состояние оставляет желать лучшего. Пищевые культуры, как потенциальное сырье для производства моторного топлива, для России исключаются из баланса, поскольку являются не менее дефицитными сегодня для производства продуктов питания. Технические сельскохозяйственные культуры, в отличие от экваториальных стран, в России- сезонное сырье и их выращивание требует больших земельных площадей. Например, для производства в США 3,8 млрд. л в год этанола нужно собрать урожай технических культур с 2 млн. га.

Поэтому в России практически отсутствует сырьевая база для получения этанола и биодизельного топлива (необходимо отметить, что наиболее эффективными продуцентами для таких топлив являются представители тропической и субтропической флоры). Из всех видов моторных топлив, получаемых из местного сырья, только биогаз, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств, представляет серьезный практический интерес для России.

Природный газ

Уникальные физико-химические свойства природного газа (ПГ), значительные естественные запасы, развитая сеть его доставки от месторождений во многие регионы страны по магистральным газопроводам и экологические преимущества в сравнении с традиционными видами топлив позволяют рассматривать ПГ как наиболее перспективное и универсальное моторное топливо России в XXI в.

Природный газ является наиболее дешевым видом моторного топлива, поскольку согласно постановлению Правительства России от 15 января 1993 г. № 31 даже в условиях свободного рынка, стоимость 1 м 3 природного газа для транспортных средств не будет превышать 50% стоимости 1 л бензина А-76, эквивалентного ему по энергосодержанию.

Использование природного газа как моторного топлива- интенсивно развивающееся направление, которое уже в ближайшее время превратится в самостоятельную высокорентабельную подотрасль газовой промышленности.

Имеются все предпосылки к тому, чтобы через 7-10 лет годовые объемы использования ПГ на автотранспорте достигли 5-6 млрд. м 3 , а в более отдаленной перспективе- 20-25 млрд.м 3 .

Очевидно, что в России по экономическим и потребительским показателям только углеводородные газовые топлива представляют реальную альтернативу традиционным видам нефтяного топлива.

Основными преимуществами газовых топлив являются:

• экономичность эксплуатации автотракторной техники, благодаря более низкой их стоимости по сравнению с нефтяными топливами,
• увеличению срока службы двигателей и сроков замены свечей зажигания, масла,
• более высокое октановое число топлива,
• безнагарное сгорание.

Наверное, нам давно надо признать, что , но и для того чтобы остаться среди нас навсегда.

В настоящий момент во многих странах мира на уровне государство регулируются различные законодательные инициативы и проводятся программы, чтобы уменьшить использование нефти, которая идет на автомобильное топливо.

Как правило, многие страны стимулируют автомобильные компании производить более экономичные автомашины, снижают налоги на транспортные средства, которые работают на альтернативных источниках энергии.

Рано или поздно мир будет вынужден перейти на другие виды топлива и почти отказаться от бензина. Но на данный момент быстрый переход автопромышленности на альтернативные виды мешает различные мифы и неправильные знания о других видах топлива, которые образовались в мире за долгие годы потребления нефти.

Многие мифы об альтернативном топливе коренятся из-за дезинформации нефтяных компаний, которые не заинтересованы в развитии других источников топлива. К примеру, недавно в США в автомобильный прокат поступили водородные . Знаете какой самый распространенный вопрос о машине у клиентов? Люди спрашивают, не опасно ли пользоваться автомобилем и не взорвется ли в нем водород?

Чтобы у автолюбителей не возникали подобные опасения, которые основаны на распространенных мифах, наше интернет-издание предлагает вам рассказ об альтернативных источниках : водород, электричество, сжатый природный газ и дизельном топливе. Надеемся что благодаря нашему материалу, вы не будете больше дезинформированы об этих видах топлива.

Водород

Миф: Водород является взрывоопасным, и гораздо опаснее, чем бензин.

Это правда, что водород является легковоспламеняющимся. Но , с его парами, которые тяжелее чем воздух, скорее всего, быстрее станет причиной пожара или взрыва, когда заключен в ограниченном пространстве.

Все дело в том, что водород это газ, который в 14 раз легче воздуха . При воспламенении водорода пламя огня, прямое и очень похоже, как горит газ бутан. При возгорании бензина из-за того, что пары топлива тяжелее воздуха распространяются на различные поверхности, что в итоге приводит к более обширному распространению огня, и к более кардинальным повреждениям при возгорании.

Несколько лет назад один исследователь провел эксперимент, чтобы доказать, что водород менее опасен, чем бензин. Для этого он поджег водород, который утекал из топливной системы машины и сделал аналогичную процедуру с бензиновым автомобилем. При воспламенении водорода автомобиль практически не повредился, когда, как бензиновый автомобиль быстро был охвачен большим огнем и был полностью уничтожен.

Также в отличие от легкого водорода, пары бензина не могут быстро выйти из замкнутого топливного бака, если открыть крышку бензобака. Накапливаемые пары бензина могут сдетонировать и привести к взрыву.

Так почему же страх перед водородным топливом по-прежнему очень силен в сознании многих людей?

Все дело в катастрофе дирижабля Гинденбург в 1934 году. В тот год произошла самая крупная катастрофа дирижабля в мире. Многие связывают эту трагедию с взрывом водорода, хотя на самом деле водород не взрывался.

Миллионы кубических литров водорода при утечке сгорели всего за 60 секунд. То, что весь мир видел из кинохроники аварии дирижабля, где пламя охватывает всю конструкцию летательного аппарата и далее на кадрах виден черный едкий дым, не говорит о том, что это связано с водородом. На самом деле причина дыма и пламени в горении дизельного топлива.

Правда если использовать водород не надлежащим образом, то он может стать опаснее бензина. Но при .

Электричество

Миф: Множество электроэнергии в нашей стране генерируется за счет сжигания угля, дым от которого засоряет нашу природу и атмосферу. Также распространен миф о том, что электрические автомобили могут быть грязнее и вреднее чем бензиновые транспортные средства.

Если вы будете измерять уровень загрязняющих веществ на угольной электростанции на территории завода, то вышеуказанное мнение о загрязнении будет справедливым. , практически не увеличивает нагрузку на угольную электростанцию, даже если в одном районе одновременно к электрической сети подключат все электроавтомашины мира.

Дело в том, что угольная электростанция сжигает огромное количество угля в течение суток и генерирует колоссальное количество энергии сразу. Автомобиль же потребляет энергию постепенно в процессе своей эксплуатации.

Более справедливее сравнивать вред угольной электростанции с помощью замеров воздуха замерить уровень выбросов, которые производит электрический автомобиль. Но вы не замерите этот уровень, так как у электрических автомашин нет выхлопной системы. Поэтому уровень загрязнения электроавтомобилем равен нулю.

Для того чтобы мир понял, что приносят меньше вреда, чем бензиновые транспортные средства группа Американских исследователей проводила длительное изучение этого вопроса.

Специалисты изучали уровень вреда электрического автомобиля (учитывается количество энергии, необходимое для зарядки аккумулятора, а также количество вредных веществ, которые поступили в окружающую природу при создании аккумуляторной батареи для электрической машины).

Также параллельно изучался вопрос, насколько загрязняется природа при добыче нефти, при его транспортировке на нефтяной завод, уровень загрязнения при производстве бензина, его транспортировке на АЗС, а также уровень загрязняющих веществ при рабочем двигателе.

В итоге ученые установили, что при создании для электроавтомобилей и при их зарядке природа получает больше загрязняющих веществ, чем при добыче нефти и производстве бензина на заводе.

Но суть не в этом. Дело в том, что . Так для достижения определенной скорости электрическому автомобилю необходимо гораздо меньше энергии, чем бензиновой машине.

То есть, несмотря на повышенный уровень загрязнения в процессе зарядки и создания аккумуляторной батареи, электрический автомобиль в процессе своей эксплуатации будет требовать гораздо меньше энергии, чем бензиновый аналог. В итоге бензиновый автомобиль наносит природе больший вред.

Например, современные бензиновые двигатели используют только 25-30 процентов получаемой от сгорания бензина энергии, когда как электрические автомобили используют 85-90 процентов энергии, которая поступает в двигатель из аккумулятора. То есть 70-75 процентов бензина, который сгорает в камере сгорания традиционного двигателя, используется впустую.

Природный газ

Миф : Россия купается в природном газе. С помощью газа можно решить многие экологические проблемы, связанные с использованием бензина. Для этого нужно просто использовать газ в качестве альтернативы бензина.

Наша страна имеет огромные запасы природного газа, которые одни из самых больших в мире. Многие запасы пока что недоступны для добычи, так как глубина их залегания слишком большая. Но технологии по извлечению газа глубокого залегания у нас есть. Но проблема на самом деле не в этом. Даже если мы сможем обеспечить всю страну огромным количеством газа, это не решит проблему экологии, в случае если мы вместо бензина будем использовать газ.

Да, частично мы можем перевести весь России на газ. Но, массово перевести весь автопарк страны с бензина на газ, опасно. Дело в том, что природный газ имеет основу в виде углерода. При сгорании газа в двигателе образуется метан, диоксид углерода и другие парниковые газы, которые, как известно, влияют на климат планеты.

Для примера, если перевести весь общественный транспорт страны на газ, отказавшись от бензина, то снизить количество вредных выхлопов в нашей стране получится только на 40 процентов.

Дизельное топливо

Миф: Дизельное топливо имеет неприятный запах и имеет грязные выбросы.

Конечно долгое время сильно загрязняло природу во всех странах, до тех пор пока в 1990 годах во многих странах мира не ужесточили требования к конструкции дизельных автомобилей (особенное внимание было уделено грузовой и сельскохозяйственной техники), а также требование к содержанию серы в дизельном топливе.

После ужесточения к минимальному содержанию серы в дизельном топливе количество вредных выбросов СО2 дизельных машин приблизилось к бензиновым двигателям.

Благодаря технологии очистки дизельного топлива от серы избавило дизель от неприятного и ужасного запаха. Также внедрение на современные автомобили нескольких типов очистки выхлопных газов от сгорания топлива (катализатор - сажевый фильтр) позволило избавить транспортные средства от грязного и черного дыма из выхлопной системы.

Единственный минус дизельного топлива, это его цена. Как правило, во многих странах дизельное топливо стоит дороже обычного бензина или стоит также как премиальная марка бензина. Особенно это заметно в зимний период.

Все дело в том, что дизельное топливо производится на том же заводе, где выпускается топочный мазут для отопления. Из-за того, что один вид топлива на производстве связан с другим видом топлива, на который в зимний период времени наблюдается огромный спрос, дизельное топливо дорожает.

Плюс дизельное топливо в Европе пользуется огромным спросом, который превышает спрос на бензин в несколько раз. Нашим производителям дизельного топлива намного выгоднее экспортировать дизельное топливо в Евросоюз, чем на внутренний рынок. В итоге объем запасов дизельного топлива в России снижается, что и приводит к увеличению цены.

Но, несмотря на стоимость дизельного топлива, оно более выгоднее, чем бензин. . Кроме того, дизельные моторы более экономичные, чем бензиновые.

Но есть проблема. Дизельные автомобили выгоднее только до тех пор, пока стоимость дизельного топлива не превышает бензин на 30 процентов. Как только этот порог пройдет бензиновый автомобиль становится выгодней.

Этанол

Миф: Этанол дешевле, чем бензин.

Да, этанол дешевле. По крайней мере, если он произведен из кукурузы. Но это если сравнивать стоимость одного литра этанола и бензина.

Проблема с этанолом в другом. Дело в том, что по сравнению с бензином, при сгорании этанола двигатель получает на 33 процента энергии меньше по сравнению со сгоранием бензина.

Так, что заправив автомобиль 20 литрами этанола, вы не проедете столько, сколько сможете проехать на этом же объеме бензина. Так стандартные исследования показали, что, заправляя автомобиль этанолом, вы будете тратить гораздо больше денег на АЗС чем при использовании бензинового автомобиля. Правда, если в бензин добавлять немного этанола, то можно все-таки немного снизить потребление автомобилем топлива.

В Европе и в США в настоящий момент, как правило в бензин добавляют 10 процентов этанола, который используется в качестве оксигенатора, что способствует снижению .

Также в Европе и в США есть марка бензина, в котором содержание этанола составляет 85 процентов.

Но такое топливо можно использовать только при модернизации двигателя. Многие автопроизводители уже с завода выпускают свою продукцию, которая изначально настроена на работу на таком топливе.

Да, работа двигателя на этаноле более эффективнее, но в итоге в конечном итоге из-за более низкой энергии при сгорании, вы будете чаще заезжать на заправку, что в конечном итоге приведет к более большим тратам по сравнению эксплуатацией автомобиля на традиционном топливе.

Как видите, многие альтернативные виды топлива сталкиваются с большими трудностями, что мир их стал использовать массово. И дело не только в мифах и нежеланием нефтяных компаний в распространении альтернативных источниках энергии. Все дело в том, что большинство не традиционных источников энергии по себестоимости значительно дороже, чем бензин.

Только один вид топлива, который может быть более выгоден по сравнению с бензином. Это дизельное топливо . Большинство альтернативных источников энергии направлены на уменьшение выбросов парниковых газов. Но мир не может перейти массово на них, так как даже сегодняшняя цена нефти слишком дорога для многих стран мира.

Но, несмотря на это, альтернативные виды топлива имеют будущее и будут развиваться по своему особому пути.

1. Почему в структуре потребляемого топлива резко увеличились доли нефти и газа (рис. 23)?

Топливом называют горючие вещества, при сжигании которых получают тепло­вую энергию. Основная составная часть этих веществ — углерод.

По происхождению топливо делится на природное (нефть, уголь, природный газ, горючие сланцы, торф, древесина) и ис­кусственное (кокс, моторное топливо, ге­нераторные газы и др.); по агрегатному состоянию — на твердое, жидкое и газооб­разное.

Основная характеристика топлива — теплота сгорания. Для сопоставления раз­личных видов топлива и суммарного учета его запасов принята единица учета — условное топливо. Его низшая теплота сгорания составляет 29,3 МДж/кг (7000 ккал/кг). Для удобства перевода пыли введены тепловые коэффициенты.

Таблица 11 Максимальная теплота сгорания, МДж/кг или м 3 Тепловой коэффи­циент Каменный Бурый уголь Природный 32,7 и выше Торф Горючие сланцы

Как видно из таблицы 11, нефть и газ — наиболее эффективные источники энер­гии, поэтому, когда были открыты круп­ные месторождения этих видов топлива, они легко заняли ведущие позиции в топ­ливно-энергетическом балансе.

2. Каковы особенности размещения угледобываю­щей промышленности (рис. 25)?

В размещении угледобывающей про­мышленности ведущим является сырье­вой фактор, поэтому ее предприятия нахо­дятся непосредственно в районах уголь­ных бассейнов. Добыча угля в Российской Федерации в 2003 г. составила 277 млн т, 71% из которых пришелся на каменный уголь (табл. 12). Большая часть угля (68%) добывается открытым способом.

3. Почему в Сибири развивается Канско-Ачинский угольный бассейн, а не Тунгусский (рис. 25)?

Тунгусский бассейн находится в мало­освоенном, редконаселенном районе на значительном расстоянии от основных потребителей. Трудности в транспорти­ровке и добыче угля Тунгусского бассейна оставляют этот богатейший ресурс прак­тически нетронутым.

Канско-Ачинский бассейн находится в густонаселенной и освоенной в хозяйственном отношении части Восточной Сибири, где расположены и основные его по­требители. Кроме того, уголь этого бас­сейна благодаря открытой добыче являет­ся самым дешевым в России по себестои­мости.

4. Назовите и покажите на карте крупнейшие место­рождения нефти (рис. 26).

Большая часть (90%) всей российской нефти добывается в трех нефтегазоносных провинциях:

— Западно-Сибирской (70%) — Самотюрское, Усть-Балыкское, Нижневартовское, Сургутское, Шаимское, Мегионское и другие месторождения;

Волго-Уральской — Ромашкинское, Альметьевское, Бугурусланское (Татарстан), Шкаповское, Туймазинское, Ишимбаевское, Арсланское (Башкирия), Мухановское (Самарская обл.), Яринское (Пермская обл.) месторождения;

— Тимано-Печорская — Ухтинское, Усинское, Текубское, Яргенское, Пашинское, Возейское месторождения.

Старейшим нефтедобывающим районом России является Северный Кавказ (место­рождения Чечни, Дагестана, Ставрополь­ского и Краснодарского края). Здесь са­мое высокое качество нефти, но и самая высокая степень выработанности место­рождений (до 80%). Для сравнения: сте­пень выработанности Волго-Уральской нефтегазоносной провинции составляет 50%, а Западно-Сибирской — 33%.

Сейчас интенсивно ведутся работы по подготовке к эксплуатации месторожде­ний на шельфе (на островах Колгуев и Са­халин) и поиску новых. Геологоразведоч­ные работы на 78% связаны с поиском новых месторождений нефти и газа. Не­сколько новых перспективных месторож­дений открыто в Лено-Вилюйской впади­не, на Камчатке, Чукотке, в Хабаровском крае и Охотском море.

5. Каковы особенности размещения предприятий нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности? Сопоставьте рисунок с картой плотности населения. Сделайте выводы (рис. 26).

Нефтедобывающая промышленность связана с размещением нефтегазоносных площадей, т. е. с источниками сырья.

Нефтеперерабатывающая же промыш­ленность, благодаря удобной транспорти­ровке по нефтепроводам, больше тяготеет к потребителю и поэтому ее география совпадает с густонаселенными регионами.

Россия — один из крупнейших экспор­теров угля на мировой рынок. Традицион­ные покупатели — страны Европы (Великобритания, Финляндия, Словакия, Ру­мыния и др.) и Азии (Япония, Турция). И л стран СНГ — Украина.

Самый крупный угольный бассейн России по размерам добычи — Кузбасс. На него приходится более 40% всей добычи. Здесь добывают самые разные виды угля, в том числе коксующиеся и антрациты.

Уголь Кузбасса поставляется в различ­ные районы страны. Несмотря на удаленность от мировых рынков этот бассейн является наиболее крупным экспортером российского угля.

Канско-Ачинский бассейн дает самый дешевый, но низкокалорийный уголь, что в сочетании с удаленностью от мировых рынков делает неэффективной его транс­портировку, кроме того, он может само­возгораться. Поэтому уголь КАТЭКа ис­пользуют в основном на месте для произ­водства электроэнергии на мощных ГРЭС.

Печорский уголь из-за высокой цены неконкурентоспособен на мировом рынке, его используют на Череповецком метал­лургическом комбинате.

Южно-Якутский бассейн, где антраци­товые высококалорийные угли разраба­тываются открытым способом (крупней­ший разрез — Нерюнгринский) экспорти­рует уголь в Японию.

7. Как вы думаете, какие проблемы существуют в нашей стране в связи с концентрацией топливных ресурсов на востоке, а потребителей — на западе России?

Удаленность потребителей от мест до­бычи топливных ресурсов требует значи­тельных затрат на доставку последних — развитие железнодорожных магистра­лей, строительство специализированных трубопроводов. Перевозка топлива на большие расстояния существенно увели­чивает его стоимость для потребителя.

Другая проблема — организация добы­чи этих ресурсов в районах с тяжелыми климатическими условиями и неразвитой инфраструктурой. Это требует принятия специальных мер для привлечения насе­ления: различные льготы, более высокая зарплата и пр.

8. Почему одни виды топлива со временем усту­пают свои передовые позиции другим видам? Для построения более полного ответа используйте рису­нок 3 (циклы Кондратьева).

В таблице циклов Кондратьева нет спе­циальной графы — виды топлива. Тем не менее, по ключевому фактору и ядру тех­нологического цикла вы можете воссоз­дать картину смены видов топлива.

В первом цикле — использование топ­лива в качестве источника энергии мини­мально. Во втором — основным видом топлива является уголь. В третьем — мо­жет использоваться любой вид топлива, в четвертом — нефть. В пятом цикле с развитием высоких технологий и огромными потребностями в энергии все большее значение приобретает атомная энергети­ки.

9. Сравните, используя карты учебника, геогра­фию трех отраслей топливной промышленности: нефтяной, газовой, угольной. Какая из этих отрас­лей наиболее сконцентрирована, а какая наиболее рассредоточена? Выделите типы экономических районов с различными сочетаниями топливных ре­сурсов: а) присутствуют все три вида; б) один вид;в) ни одного.

География топливных (как, впрочем, и любых других видов) ресурсов обусловле­на особенностями тектонического стро­ения территории.

Угольная промышленность более рас­средоточена, чем нефтяная или газовая. Основная часть угольных месторождений находится на значительном удалении от мировых рынков, и лишь высокое качест­во угля и низкая себестоимость добычи (в некоторых угольных бассейнах) позволя­ют российскому сырью выдерживать кон­куренцию. Угольные месторождения из­давна становились основой формирования крупных промышленных районов с раз­витой энергетикой, металлургией и хими­ческой промышленностью.

По сравнению с угольной промышлен­ностью, нефтяная наиболее сконцентри­рована. Месторождения нефти более при­ближены к потребителю. Около 65% неф­ти добывается в Западной Сибири, при­мерно 25% добычи приходится на Волго-Уральской регион. Перевозка нефти зна­чительно дешевле, чем угля, поэтому ее переработка производится в районах по­требления.

География газовой промышленности в основном совпадает с размещением нефтя­ной. 90% российского газа добывается в Ямало-Ненецком АО (Западная Сибирь).

Для выделения типов экономических районов продолжите заполнять таблицу

Таблица 13 Экономи­ческийрайон Месторождения Типрайо­на нефти Централь­ный в) Центрально­чернозем­