БИОЭТАНОЛ ДЛЯ ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ:

ЧЕМ БОЛЬШЕ, ТЕМ ЛУЧШЕ

Попытки использовать этанол — а проще говоря, этиловый спирт — в качестве топлива для ДВС начались едва ли не со времен изобретения этого самого двигателя. Какие-то из них были более успешными, какие-то — менее; как бы там ни было, всемирно распространенным видом топлива этанол так и не стал. Тем не менее, учитывая постоянное удорожание топлива на основе ископаемых углеводородов и возросшее значение экологии в жизни людей, такой поворот вполне возможен если не завтра, то послезавтра. Вспомним достоинства и недостатки этанола как топлива, а также выясним, как обстоят дела с производством и использованием этого горючего в разных странах мира.

Биоэтанол — тот же этиловый спирт

В современных статьях, посвящен-ных альтернативным источ никам энергии, чаще всего фигурирует термин «биоэтанол», который употребляется для обозначения спирта, полученного путем переработки сельскохозяйственной продукции с содержанием сахара или крахмала. Тем не менее это все тот же этанол — жидкое спиртовое топливо, способное при соблюдении ряда условий (о которых мы скажем ниже) обеспечить эффективную и экономичную работу двигателя. Несмотря на то, что для производства этанола чаще всего используются вполне съедобные культуры — зерновые, кукуруза, сахарный тростник, — пить этанол нельзя: в отличиие от спирта, применяемого для производства алкогольных напитков, топливный этанол не содержит воды и производится укороченной дистилляцией, при которой используются две ректификационные колонны вместо пяти. По этой причине в нем имеются такие составляющие, как метанол, сивушные масла и ряд других, делающих его категорически непригодным для питья, даже несмотря на часто добавляемую приставку «био». А вот для езды, в качестве экологичного топлива — сколько угодно, учитывая, что процесс производства этанола вреда окружающей среде практически не наносит.

Экологичное топливо

Биоэтанол — экологически чистый продукт. Он нетоксичен, легко растворяется в воде и не вызывает загрязнения грунтовых вод. В то же время бензин является источником канцерогенных веществ и его разлив в больших количествах неизбежно наносит серьезный вред окружающей среде.
Многие эксперты называют производство этанола самым перспективным промышленным направлением. И вот почему. В то время как езда на чистом этаноле в мировом масштабе пока остается явлением не очень распространенным, благодаря высокому октановому числу и содержанию кислорода его активно используют в качестве составляющей для бензина. Именно этанол является наилучшим средством для борьбы с газами, вызывающими пресловутый парниковый эффект. И конечно же, сам процесс его производства позволяет создавать в сельской местности новые рабочие места, решая таким образом проблему, имеющуюся у многих стран на разных континентах.

В то время как чистый этанол годится в качестве основного топлива лишь в странах со стабильно теплым климатом, его смеси с бензином в разной пропорции имеют большую популярность во всем мире. Этанол в таких смесях повышает детонационную стойкость топлива, препятствует перегреву двигателя и загрязнению топливной форсунки, а также играет роль антифриза для топливопровода. И конечно же, минимизирует вред от выхлопа. При добавлении даже 5% этанола токсичность выхлопных газов значительно уменьшается, содержание углеводородов в выхлопе уменьшается на 4,5%, окиси азота — на 5,7%, окиси углерода — на 26,3%.

Этанол vs. бензин

Но прежде чем говорить о смешанных видах топлива, вернемся к биоэтанолу в чистом виде и сравним его с самым распространенным видом жидкого топлива, получаемым на основе природных углеводородов, — бензином. Этанол в меньшей степени смывает масло со стенок цилиндра; его пары горят быстрее и при этом с меньшей температурой, что благотворно сказывается на работе выпускных клапанов.
Кроме уже упомянутого высокого октанового числа 105 этанол позволяет существенно увеличить мощность двигателя — за один ход этанола в цилиндре сгорает наполовину больше по массе, чем бензина, что обеспечивает прирост мощности ДВС около семи процентов, а крутящего момента — до двадцати процентов. Но еще важнее, что при сгорании этанола не образуется соединений серы и нагара, что вдвое и больше увеличивает срок службы масла и свечей, а также существенно продлевает ресурс работы самого двигателя. Для замены литра бензина требуется 1,15 литра этанола, однако стоит последний вид топлива почти вдвое дешевле, обеспечивая владельцу транспортного средства экономию в 40%, а то и в 50%.

На заправках в Бразилии можно приобрести топливо Acool E100, азеотроп этанола, состоящий из 96% этанола и 4% воды (либо 96,5% этанола и 3,5% воды). Формально это чистый этанол, но по причине гигроскопичности этого вещества его получение в более высокой концентрации путем дистилляции невозможно, а использование без остаточной концентрации воды — невыгодно. Подходит Е100 для машин с двигателем типа flex-fuel, рассчитанным на работу как с этанолом, так и с бензином, а также с их разнообразными смесями. Наиболее же распространенным топливом для автомобилей с таким двигателем является Е85 — смесь 85% этанола и 15% бензина.

Преимущества и ограничения использования

Казалось бы, экономическая выгода очевидна и переход на этанол неизбежен. Однако есть у этого вида топлива и ряд недостатков. Для запуска двигателя, работающего на этаноле, при температуре воздуха ниже плюс десяти градусов топливу потребуется подогрев (впрочем, если мотор при этом хоть немного теплый, то нет). Да и сам двигатель для работы на этаноле потребует некоторых затрат на модернизацию, позволяющую обогатить смесь топлива и воздуха: для карбюратора понадобятся жиклеры большого сечения, для инжектора — специальная настройка или установка адаптера. Второй вариант предпочтительней, так как позволяет в одно нажатие переходить с бензина на этанол или наоборот.

Раз уж мы коснулись вопроса переоборудования транспортного средства, сравним этанол и с газовым топливом. Стоимость пробега на километр пути в случае на спирту окажется несколько выше, чем на пропане или тем паче метане. Однако затраты на модернизацию автомобиля в том и другом случае просто несоизмеримы. Адаптация ДВС «под спирт» затрагивает лишь систему питания двигателя и в нынешних ценах вряд ли превысит десять тысяч рублей — само же топливо при этом заливается в штатный бак автомобиля. В случае же перехода на газ на машину потребуется установка газобалонного оборудования, связанная с уменьшением пространства в багажнике — или того, что использовалось под запаску, — а также особая регистрация в органах автоинспекции. Но даже после всех этих манипуляций машина на этаноле тянет лучше, а клапана ее двигателя не прогорают дольше, чем у той, что использует газовое топливо.

Но вернемся к вопросу запуска двигателя, работающего на этаноле, при температуре окружающей среды ниже +10°С. Проблема решается просто — добавкой к спирту небольшого количества бензина. Добавив 15% бензина, владелец транспортного средства обеспечит легкий пуск двигателя при температурах до -10°С; добавление 25% бензина позволит завести машину и при -25°С.

Наиболее распространенными в наше время являются смеси с низким содержанием этанола Е5, Е7 и Е20 — содержание интересующего нас вещества составляет в них 5, 7 и 20 процентов соответственно. Этанол в этих смесях не только замещает более дорогостоящий бензин, но и удаляет из него вредную оксигенерирующую добавку МТБЭ. Такие смеси могут использоваться автомобилями с обычным бензиновым двигателем.

Таким образом, езда на чистом этаноле идеально подходит для стран с теплым климатом, где температура в холодное время года не опускается ниже плюс десяти по шкале Цельсия. Возможно, отчасти именно этим обстоятельством объясняется тот факт, что мировыми лидерами производства топливного этанола являются такие страны, как Бразилия и США (на две эти страны приходится около 90% мирового производства этанола). С другой стороны, государственная программа по производству биоэтанола существует и в не столь теплой Канаде.

В Старом свете объем производства топливного этанола год от года растет в таких странах, как Италия, Испания, Франция и Германия. В Африке лидером производства выступает Южноафриканская республика — тот самый случай, когда индустрия изготовления биотоплива (в 70% случаев — из мелассы) помогает успешно создавать новые рабочие места в сельскохозяйственных районах страны. Два других государства из числа стран BRICS — Индия и Китай — имеют схожие по сути программы, направленные на рост производства как этанола в частности, так и других видов биотоплива.

Впрочем, национальные регуляторы роста производства экологически безвредных видов топлива во всем мире имеют много общего и включают в себя государственные субсидии и налоговые льготы для предприятий, специализирующихся в этой сфере. На сей день главными потребителями этанола в мире выступают производящие его страны — однако в среднесрочной перспективе, учитывая ежегодный рост объемов производства, ситуация здесь может измениться, а биоэтанол — стать весьма выгодной статьей экспорта, во всяком случае для некоторых из вышеназванных стран.

Прежде всего это касается стран-лидеров производства биоэтанола. В Соединенных Штатах действует более сотни таких предприятий, производящих более 150 миллионов литров этого топлива каждое — при этом активно строятся новые. Группируются такие объекты, как правило, в штатах, имеющих выраженную сельскохозяйственную «специализацию»; открытие каждого нового завода дает работу в среднем 700 местным жителям и приносит 1,2 миллиона долларов в местный и федеральный бюджеты. Производство этанола открыло новые горизонты для американских производителей пшеницы и кукурузы, обеспечив им более высокую прибыль, чем та, которую они получали раньше, что, в свою очередь, привело к подъему в агропромышленном секторе страны и позволило правительству уменьшить издержки на поддержку фермеров, которая традиционно осуществляется за счет собранных налогов. Американская национальная ассоциация производителей зерновых отмечает тенденцию роста кооперативов, приобретающих оборудование для производства биоэтанола — в этой индустрии уже трудятся более миллиона фермеров. В целом же вклад американских производителей этанола в экономику страны ежегодно составляет не менее шести миллиардов долларов.

И в США, и в других странах, где вырабатывают этанол, его производство справедливо считается не только экологичным, но и высокорентабельным — и вот почему. В среднем из тонны кукурузы, а вернее из содержащегося в ней крахмала, удается получить 410 тонн биоэтанола. При наличии соответствующего оборудования кроме собственно спиртового топлива можно выработать целый ряд других полезных продуктов: кукурузное масло, сиропы-подсластители, протеиновый корм для животных, сухую барду и двуокись углерода. Реализация этих продуктов часто приносит производителям этанола дополнительную прибыль, и немалую. Это касается не только США, но и их прямого конкурента в области производства биоэтанола — Бразилии, где для получения спиртового топлива традиционно используют не кукурузу, а сахарный тростник.

И наконец, о том, что касается энергозатрат на производство этанола. Согласно подсчетам, которые в свое время обнародовал Департамент сельского хозяйства США, этанол в ходе своего жизненного цикла вырабатывает 134% (если за 100% взять затраты энергии при получении — выращивании, уборке и переработке). А вот бензин способен вернуть лишь 80% энергии, затраченной на его производство. Другими словами, если перечислять виды альтернативных источников энергии, не только безвредных для окружающей среды, но и высокорентабельных, такой привычный этанол явно будет вверху этого списка — а то и вообще на самом первом месте.

Этанол может использоваться в виде смеси не только с бензином, но и с дизельным топливом. Еще в середине 80-х годов компания Scania начала разработку дизельного двигателя для автобуса, работающего на смеси Е95 — 95% этанола и 5% топливной присадки. Появилась особая программа испытаний городского пассажирского транспорта, работающего на 95%-м этаноле.

Распечатать
Категории
Наука и инновацииСтатьи

Комментировать

*

*

Похожие