Этиловый спирт известен нам как напиток, но были времена, когда его рассматривали как автомобильное топливо. В начале ХХ века спиртовые автомобили и электромобили не смогли выдержать конкуренцию с машинами на нефтяных топливах. Однако сегодня, на новом этапе развития, есть ли у них шанс взять реванш? Давайте разберемся.
Чем этиловый спирт лучше водорода?
Следует сразу уточнить, что этилированный бензин — это не смесь бензина с этанолом, а бензин с добавкой токсичного для человека тетраэтилсвинца. Сам топливный этанол представляет собой концентрированный технический спирт, который часто смешивают с бензином. Пить эту жидкость категорически запрещено, хотя я не сомневаюсь, что народные умельцы сумеют её очистить и употребить.
Большинство современных автомобилей могут свободно ездить на бензине с 10% добавкой спирта. Если соотношение будет больше, то потребуется замена резиновых уплотнителей и некоторых деталей двигателя.
Этанол является отличным аккумулятором энергии — он позволяет получить на 34% больше энергии, чем затрачено на его производство. Для сравнения, при производстве водорода на каждые 3-4 кДж энергии мы сможем вернуть только один килоджоуль.
Плюсы этанола
Главным преимуществом этанола является его неисчерпаемость. В отличие от нефти, ресурсы для производства этилового спирта почти не ограничены. Пока есть поля и вода, этанол можно получать в больших количествах.
Цены на спирт снижаются благодаря выведению новых сортов растений и дрожжей, а также совершенствованию технологии. Если увеличить масштабы производства, цены на спирт можно будет снизить ещё больше. Тем более, для производства топливного спирта можно смело применять жёсткий кислотный гидролиз и использовать в качестве сырья древесину, дикорастущие травы и водоросли.
В производстве спирта расходуются в основном углеводы. Спиртовую «барду», обогащенную дрожжевым белком, можно смело использовать на корм скоту.
Второе преимущество этилового спирта как альтернативного топлива заключается в том, что для его использования требуется минимальное изменение инфраструктуры.
Есть немало и других преимуществ:
- Спирт имеет высокое октановое число — 113. Для сравнения, октановое число прямогонного бензина составляет 43-60 единиц. Добавление 5-20% спирта к бензину повысит октановое число на 3-8 единиц.
Октановое число — это показатель, который характеризует способность топлива сдерживать сжатие в двигателе внутреннего сгорания без взрыва. Чем выше октановое число, тем большую мощность может развивать двигатель.
- Спирт обладает отличными моющими свойствами, что делает его полезным для двигателя.
- Этанол обеспечивает более полное сгорание топлива. Добавление всего 10% спирта к бензину позволяет сократить выбросы аэрозольных частиц на 50%, а угарного газа — на 30%.
- Этиловый спирт менее пожароопасен, чем бензин.
- Спирт — хороший бактерицид, что устраняет проблему биозаражения топлива.
Минусы этанола
Минусы топливного спирта во многом вытекают из плюсов.
Главный недостаток этилового спирта — его низкая энергетическая плотность по сравнению с бензином. Если сжечь литр спирта, то выделится 24,7 МДж, а если бензина — 43,7 МДж.
Даже с учётом повышения мощности, на одном литре бензина можно проехать в 1,3-1,5 раза больше, чем на спирте. Однако стоит учесть, что даже спирт-ректификат, изготовленный по ГОСТ 5962-2013, может содержать до 3,8% воды. Это количество дополнительно снижает запас хода.
Второй существенный недостаток особенно заметен в условиях холодного климата. Холодный пуск автомобилей, работающих на спирте, затруднён уже при температуре ниже 10 ˚С. Хотя спирт и не замерзает до - 114 ˚С, при снижении температуры он хуже испаряется. Именно поэтому в полностью «спиртовых» автомобилях устанавливают дополнительный бак с бензином для облегчения запуска.
- Спирт не обладает смазывающими свойствами, потому его почти всегда смешивают с бензином.
- Спирт стремится поглотить воду при каждом удобном случае. Система «спирт-вода-бензин» стремится к расслоению, потому нуждается в дополнительных присадках для стабилизации.
- Спирт коррозионно активен, что повышает стоимость двигателей машин, работающих на концентрированных спиртовых смесях.
Влияние этанола на экологию
При спиртовом брожении и сгорании спирта образуется немало углекислого газа. Ровно столько, сколько было извлечено из окружающей среды растениями при его производстве. То есть при использовании этанола, общее количество парниковых газов в атмосфере не меняется.
Также спирт сгорает без остатка и без запаха, в отличие от бензина не выделяя никаких токсичных побочных продуктов.
Как применяется топливный этанол
Учитывая вышеперечисленные свойства этилового спирта, он используется в качестве топлива двумя способами:
1. Как присадка, повышающая октановое число и моющие качества топлива. Её доля в общей массе топлива не должна превышать 10%.
2. В качестве основной составляющей (85% и более) с добавлением бензина для сохранения смазывающих свойств и улучшения запуска на холоде.
Топливный этанол в современном мире
История применения этанола
Первые автомобили, работающие на спиртовом топливе, появились в начале XX века. Доступное высокооктановое топливо привлекало внимание производителей. Особенно большое надежды на него возлагал основатель автомобильной промышленности Генри Форд.
Однако эта тенденция продолжалась недолго. Конкуренция и новые технологии в нефтяной промышленности позволили предложить более совершенные виды топлива. Точку в конкуренции поставила экономика. Литр бензина стоил 5 центов, а литр спирта 7 центов. При значительном отличии в энергоёмкости, ездить на бензине оказалось в два раза выгоднее чем на спирте.
Несмотря на появление новых технологий, использование спиртовых автомобилей не прекратилось. В Италии, которая не имела собственных месторождений нефти, они долгое время оставались популярными. В Германии, где также ощущался недостаток топлива, его получали из угля, а спирт использовали для баллистической ракеты Aggregat-4, более известной, как V-2.
Спиртовое топливо в США
Повторное внедрение спиртового топлива началось с 1973 года, когда ОПЕК повысили цены на нефть и ограничили её поставки. США извлекли урок из этого события и выделили субсидии на строительство спиртовых заводов.
Топливный этанол служит для стабилизации цен как на импортную нефть, так и для ограничения аппетитов американских нефтепромышленников. Цена спирта в Америке остаётся стабильной и поддерживается субсидиями: 0,5 доллара или 46,6 рублей.
Спирт в США производят из кукурузы, и в этом направлении сложилось лобби крупных агрохолдингов. Несмотря на растущую популярность электромобилей, спиртовая промышленность продолжает стабильно развиваться и занимает всё большую долю рынка. Сейчас на США приходится порядка 44% от мирового производства биоэтанола.
Спиртовое топливо в Южной Америке
В 1970-х годах в Бразилии произошёл резкий скачок цен на нефть, который совпал с падением стоимости сахара на мировых рынках. Это привело к банкротству множества фермеров, занимающихся выращиванием сахарного тростника.
В ответ на сложившуюся ситуацию правительство Бразилии приняло закон, согласно которому бензин должен содержать не менее 20% спирта. Цены на нефть растут, но для Бразилии это не является проблемой, ведь производство сахарного тростника, а, значит, и топлива из спирта, остаётся на высоком уровне. Биоэтанол обеспечивает работой до 700 тысяч человек и удовлетворяет более 50% спроса страны на топливо.
Бразилия производит 45% от всего мирового биоэтанола.
Автопроизводители были вынуждены адаптироваться к новым требованиям и начали выпускать автомобили, способные работать как на смеси бензина со спиртом, так и на чистом спирте — Flexible-Fuel (дословный перевод «гибкотопливные»). Подобные машины отмечаются желтой наклейкой на люке бензобака и могут полностью использовать преимущества повышенного октанового числа спиртовых топлив, располагая большей мощностью, чем их бензиновые аналоги.
Недорогой и не зависящий от ипорта спирт применяют и на электростанциях. Потребление энергии в Бразилии с каждым годом растёт, потому производителям спирта требуется всё больше пахотных земель и чистой воды. Однако, обладая крупнейшими запасами пресной воды в мире, Бразилия может себе это позволить.
В других странах Латинской Америки использование спирта не столь активно, однако его добавляют в топливо практически повсеместно.
Спиртовое топливо в Европе
Европейский союз также зависит от импорта нефти, поэтому рассматривал возможность использования спиртового топлива.
Широко распространены топлива Е10 — с добавкой 10% спирта. В Германии широкое внедрение Е10 вызвали поломки в примерно 10% потребляющих такое топливо автомобилей, потому в переходный период параллельно продаются как спиртовое топливо, так и обычное.
В Швеции более 200 тысяч гибкотопливных автомобилей и много маршрутов, которые обслуживают спиртотовые автобусы. Правда, дизельный автобус расходует в городском режиме около 40 л/100 км, а этанольный — все 50 л/100 км. Да и сам этанол в Скандинавии ненамного дешевле солярки: литр дизтоплива стоит около 1 евро, а этанола — около 1 доллара. Сейчас биоэтанольные автобусы заменяются электробусами и машинами на биогазе.
В настоящее время ЕС расширяет закупки спирта для топлива из Бразилии. Однако, учитывая глобальные вызовы, связанные с изменением климата, основной акцент делается на электромобилях.
Спиртовое топливо в России
В России использование спиртового топлива не получило широкого распространения, в первую очередь из-за доступности собственной нефти, больших расстояний и холодного климата.
В 1992 году в России работало 17 гидролизных заводов, способных производить до 220 кг спирта из тонны древесины для военных нужд. С сокращением потребностей армии в спирте заводы оказались на грани банкротства. Рынку непригодный для пищевых нужд гидролизный спирт в таких количествах был не нужен.
В попытке загрузить спиртовые заводы работой, в России появились люди, заинтересованные в применении спирта в качестве топлива. И их усилия нашли государственную поддержку.
Согласно ГОСТ 52201-2004 «Топливо моторное этанольное для автомобилей с принудительным зажиганием. Бензанолы» разрешено использование марок бензина БИ 80, БИ 92, БИ 95 и БИ 98 (цифра — октановое число по исследовательскому методу). Эти марки бензина содержат от 5 до 10% спирта. Требования к качеству этанольных бензинов в ГОСТе несколько мягче, чем к обычным, однако в двигателях военной и специальной техники такие бензины использовать запрещено. Заправки, где продают подобные бензины, существуют, хоть и достаточно редки.
Позже был принят ГОСТ 32513-2013, который является основным стандартом для автомобильного бензина в нашей стране. Согласно этому стандарту, разрешается добавлять в бензин до 5% этилового спирта. При этом наличие спирта в топливе обозначать не требуется.
Чтобы стимулировать производство топливного спирта, 13 ноября 2018 года был принят закон №171-ФЗ. Этот закон освободил топливный этанол от всех акцизов, и теперь его себестоимость составляет порядка 25-30 рублей.
Таким образом, уже сейчас в топливе для вашего автомобиля может содержаться спирт, пусть и в небольших количествах. Главное, чтобы не больше — старых автомобилей, которые могут этого не пережить у нас больше чем в Германии.
Нужно ли России спиртовое топливо?
Хотя в России существуют все необходимые предпосылки для использования топлива на основе спирта, в настоящее время это не является актуальным. Однако в будущем ситуация может измениться.
В стране идет потепление климата, активно развивается сельское хозяйство. По последним данным, рентабельных запасов нефти, пригодных для добычи (без учёта разведки), осталось примерно на 33 года. Возможно, запасы нефти могут восстанавливаться, но явно не с той скоростью, с которой её выкачивают последний век.
Кроме того, в соседних странах, таких как Европа и Китай, вводятся более строгие экологические нормы, касающиеся выбросов парниковых газов.
В какой-то момент топливо на основе этилового спирта может стать предпочтительным вариантом. Именно поэтому в России были приняты соответствующие законы, запущены заводы и ведётся обучение специалистов. Как показал опыт 90-х годов, значительно проще развивать уже существующие производства, чем создавать всё с нуля.
Что вы думаете по этому поводу?
Список использованных источников прилагается в закрепленном комментарии
