Альтернативные виды топлива

Альтернативные виды топлива могут быть ископаемым топливом, которое производится из угля, сырой нефти или природного газа, и реге­неративным топливом, которое создается из возобновляемых источников энергии, таких как биомасса, энергия ветра или солнечная энергия.

Альтернативное топливо включает сжиженный нефтяной газ, при­родный газ, синтетическое жидкое топливо, созданное из природного газа и водород, произведенный из природного газа. Уголь - исходный материал для получения метанола или синтетического жидкого топлива.

Регенеративное топливо включает метан, метанол и этанол, если это топливо создано из биомассы. Кроме того, на биомассе осно­вано регенеративное топливо, называемое биодизелем, а также гидрогенизируемые растительные масла (биопарафины). Изготовление синтетического жидкого то­плива из целлюлозы (BtL - преобразование биомассы в жидкость) все еще находится на ранней стадии развития технологии.

Водород, извлекаемый электролизом, классифицируется как регенеративное то­пливо, если используемый для получения водорода электрический ток создается воз­обновляемыми источниками (энергия ветра, солнечная энергия). Также может произво­диться регенеративный водород, получае­мый из биомассы.

За единственным исключением водорода, все регенеративные и ископаемые виды то­плива содержат углерод и поэтому при их сгорании образуется диоксид углерода СO2. Однако в случае с топливом, производимым из биомассы, СO2, поглощаемый растениями во время их роста, возмещается в эмиссии, производимой во время сгорания.

Биоэтанол

Биоэтанол, получаемый из продуктов, содер­жащих сахар и крахмал, является наиболее широко производимым биотопливом во всем мире. На заводах, выпускающих сахар путем добавления дрожжей вызывается брожение, в результате чего образуется эта­нол. Когда биоэтанол получают из крахмала, зерновые, пшеница или рожь обрабатыва­ются вместе с ферментами, для того чтобы частично расколоть длинноцепные молекулы крахмала. Во время последующего осаха­ривания происходит расщепление на моле­кулы декстрозы при помощи глюкоамилазы. Дальнейшим шагом создания биоэтанола яв­ляется процесс брожения с использованием дрожжей.

Ферменты могут также использоваться для производства биоэтанола из лигноцеллю­лозы. Она формирует структуру растительной клетки и содержит главный лигнин элементов, гемицеллюлозу и целлюлозу. Преимущество этого процесса состоит в том, что может использоваться всё растение, а не только его часть, содержащая сахар или крах­мал. Процесс, названный «процессом logen», обещает высокие выработки и хорошую эко­номическую эффективность. Получаемый по этой новой технологии продукт также упоми­нается как биоэтанол 2-го поколения.

Биоэтанол обладает свойствами, которые очень подходят для того, чтобы его добав­лять в бензины, особенно для увеличения октанового числа чистого бензина. Именно поэтому фактически все стандарты бензина разрешают добавление этанола как компо­нента смеси.

Метанол

Метанол производится не ре­генеративными средствами, а из источников энергии в виде окаменелостей, таких как ка­менноугольный и природный газ, и поэтому не вносит вклад в сокращение эмиссии СO2. Такие страны как Китай, которые планируют покрыть высокие топливные запросы за счет угля, будут все активней использовать метанол в будущем.

С тем же самым содержанием спиртов то­пливо из метанола имеет значительно боль­шую коррозийную активность, чем топливо из этанола. При этом намного быстрей про­исходит расслоение, если топливо содержит воду. Из-за негативного опыта использова­ния метанола в качестве топлива во время нефтяного кризиса 1973 года, а также из-за его токсичности, применение метанола как компонента смеси было практически прекращено.

Сжатый природный газ

Главный элемент природного газа - метан (СН4), его содержание составляет 83-98%. Другие элементы - инертные газы, такие как углекислый газ, азот и короткоцепные угле­водороды.

Природный газ доступен во всем мире и, после добычи, требует относительно низ­ких затрат на подготовку. В зависимости от его происхождения изменяется его состав, что приводит к колебаниям плот­ности, теплотворной способности и сопротивления детонации.

Метан также может быть получен из био­массы, то есть из жидкого удобрения или твердых отходов. Этот метод обеспечивает закрытый кругооборот СО2 при очень низкой полной эмиссии СО2.

Природный газ сохраняется или в виде сжатого природного газа (CNG) в баллонах при давлении 200 бар, или в виде сжиженного природного газа (LNG) при -162 °С в стойком к холоду резервуаре. LNG занимает только одну треть объема хранения CNG, од­нако хранение LNG требует высоких расходов энергии для того, чтобы превратиться в жид­кость. Поэтому природный газ продается на бензозаправочных станциях в виде CNG.

Отношение водород/углерод у природного газа составляет примерно 4:1, этот же пока­затель для бензина равен 2,3:1. В результате, из-за более низкого количества углерода в природном газе, при сжигании он произ­водит меньше СО2 и больше Н2О, чем бензин. Двигатель с искровым зажиганием, работая на сжатом природном газе, без дальнейшей оптимизации, уже создает приблизительно на 25% меньше эмиссии СО2, чем при работе на бензине (при сопоставимой выходной мощности).

Сжиженный нефтяной газ

Сжиженный нефтяной газ (LPG) получают при добыче сырой нефти и во время различ­ных процессов очистки. LPG представляет собой смесь главных компонентов - пропана и бутана. Он может быть сжижен при комнат­ной температуре под сравнительно низким давлением.

Поскольку сжиженный нефтяной газ имеет более низкое содержание углерода, чем бен­зин, при сгорании LPG эмиссия СО2 примерно на 10% меньше. Октановое число LPG составляет приблизительно 100-110 RON.

Водород

Водород может быть получен химическим про­цессом из природного газа, угля, сырой нефти или биомассы, либо электролизом из воды. Сегодня водород, в основном, получают из природного газа при его каталитическом взаи­модействии с водяным паром. При использо­вании водорода в качестве топлива эмиссия СО2 не обязательно является преимуществом по сравнению с бензином, дизельным топли­вом или прямым использованием природного газа в двигателе внутреннего сгорания.

Сокращение эмиссии СО2 достигается тогда, когда водород регенеративно по­лучают из биомассы или электролизом из воды, при условии, что для этого использу­ется регенеративно генерируемый электриче­ский ток. При сгорании водорода в двигателе эмиссия СО2 локально не происходит.

Биодизель

В настоящее время биодизель - самое важ­ное альтернативное топливо для дизельных двигателей. Термин «биодизель» охватывает сложные эфиры жирных кислот, представ­ляющие собой трансэстерифицированные метанолом или этанолом масла, или смазки. В результате образуются метилэфиры жир­ных кислот (FAME) или этилэфиры жирных кислот (FAEE). Молекулы биодизеля, с точки зрения размера и свойств, намного более по­добны структуре дизельного топлива, чем растительного масла. Поэтому биодизель не может ни при каких обстоятельствах прирав­ниваться к растительным маслам. Однако, свойства биодизеля значительно отличаются от свойств нефтяного дизельного топлива, поскольку эфиры жирных кислот являются полярными и химически реагирующими. Обычное дизельное топливо - инертная и неполярная смесь парафинов и ароматических соединений.

В качестве исходного материала для био­дизеля могут использоваться растительные масла или животные жиры. В Европе используется, прежде всего, рапсовое масло, в Северной и Южной Америке - соевое масле, в Азии - пальмовое масло и на индийском субконтиненте - масло ятрофы. Также ис­пользуются производимые во всем мире ме­тилэфиры, получаемые из отходов.