Биэтанол в бензине или что такое спиртовой бензин

Вс, 12/14/2014 - 18:36

Завод по производству биоэтанола в Германии.
Мощность: 240 млн литров. Сырье: рожь, пшеница, ячмень

Биотопливная заправка в США. Цифры возле марки биотоплива (напр. В20) показывают процентное содержание этанола в обычном топливе. Проверки показали, что часто эти проценты не соответствуют нормам, что наносит вред двигателю

Все хорошие вещи в жизни приходят
не поодиночке, а вместе с другими вещами
Чарльз Лэмб

Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

Несмотря на это, в ООН считают, что развитие рынка экологически чистого топлива (в том числе и смесевого) является одной из первоочередных задач мирового сообщества. Многие мировые державы взяли курс на активное внедрение биотоплив в автомобилестроение. Так, соответственно стратегии развития Европейского Союза, к 2010 г. в Европе 5,75% потребности в топливе для двигателей внутреннего сгорания будут покрываться продукцией на биогенной основе; к 2017 году поставки биотоплив в США должны составить 100 млн. т; а в Бразилии долю биотоплив в суммарном потреблении топлив планируется поднять до 5% в 2013 г.

Но все это лишь голые цифры, оставляющие в тени понимание и анализ. Для объективного восприятия определенного процесса или явления стоит вначале разобраться с самой проблематикой, подковаться теоретически, понять причины, вызвавшие его появление, историю развития, превосходства и недостатки, реалии и перспективы. Таким образом, целью написания этой обзорной статьи была систематизация и структуризация накопленных знаний относительно темы смесевых биоэтаноловых бензинов. Выводы делайте сами, опираясь на прочтенные аргументы и свои внутренние убеждения.

Для начала более детально ознакомимся с основными действующими лицами:

Бензин (франц. benzine, от лат. benzoe — ароматический сок) — смесь углеводородов различного строения, которая получается в процессе переработки нефти и используется в качестве растворителя или горючего с низкими детонационными характеристиками.

Бензиновая фракция является самой легкой из жидких фракций нефти. Ее получают в ходе разных процессов возгонки нефти. Поэтому от фракционного состава бензинов зависят легкость и надежность пуска двигателя, полнота сгорания, длительность прогрева, приемистость автомобиля и интенсивность износа деталей двигателя. К основным качественным показателям моторных бензинов можно отнести: испаряемость и смесеобразование; коррозионную активность; склонность к неуправляемому воспламенению (калильное зажигание); детонационная стойкость (октановое число); нейтральность по отношению к окружающей среде; нагарообразование и склонность к отложениям; химическую стабильность (индукционный период); токсичность и др. Улучшить некоторые из них (особенно октановое число и безопасность для человека и природы) стараются с помощью различных добавок, в том числе и биоэтанола.

Биоэтанол (от греч. βίος — жизнь и этанол) — по сути, обычный этиловый спирт, а приставка био- как бы подчеркивает его происхождение из растительной сырьевой базы и щадящее отношение к природе и человеку.

Смесевые бензины (моторные) — это бензины, для повышения октанового числа и экологической безопасности которых были использованы добавки биоэтанола.

Термин, примененный сотрудниками Украинского научно-исследовательского института нефтеперерабатывающей промышленности «МАСМА» при разработке ДСТУ 320.001.49943.015-2000 для марок А-80-Ек, А-92-Ек, А-95-Ек, А-98-Ек с добавками биоэтанола.

Сразу хочется отметить то, что любой бензин является в той или иной мере смесевым, ведь в его производстве так или иначе используются присадки (вещества, добавляемые в количествах 0,05-0,1% к топливам, минеральным и синтетическим маслам для улучшения их эксплуатационных свойств): различные антидетонаторы, антиокислители, ингибиторы коррозии и др. Так что, если Вы встретите человека, который будет с неистовством критиковать идею смесевого бензина в любом ее проявлении, можете смело усомниться в компетентности этих высказываний!

Детонацией называют такой характер горения, при котором воспламенение горючей смеси происходит в нескольких точках цилиндра или по всему объему сразу

Первый двигатель, работающий на этаноле и скипидаре, был изобретен и запатентован еще в далеком 1826 году Самуэлем Мори (1762-1843). С тех пор этанол начал постепенно завоевывать мировой рынок топлива. Хотя длительное время потребление классического нефтяного топлива в автотранспортных средствах занимало лидирующую позицию в связи с тем, что крупные нефтяные и автомобильные компании создали барьер на пути проникновения новой конкурентоспособной промышленности. Такое положение дел продолжалось до нефтяного кризиса начала 1970-х годов, который поспособствовал использованию этилового спирта в качестве добавки к бензину.

Одним из важных свойств бензина есть его октановое число (детонационная стойкость). Чем оно выше, тем лучше. Так, октановое число бензина после первичной перегонки нефти обычно не превышает 70. Именно повышением этого числа и заняты специалисты в области смесевых топливных технологий.

Кроме того, ужасающими темпами прогрессирует негативное влияние бензиновых выхлопов на экологию и здоровье человека, что также пытаются исправить с помощью внедрения биоэтанола. Так, на сегодняшний день автомобильный транспорт выделяет в воздух около 30% всех загрязнений, а в городах эта цифра доходит до 80%. Применение этанола в смеси с бензином помогает снизить выделение угарного газа, который в 20% случаев вызывает образование смога. Хотя в процессе эксплуатации подобных двигателей и происходит выделение CO2 в атмосферу, он в достаточной мере поглощается в процессе роста биомассы, что фактически дополняет углеродный цикл круговорота веществ в природе. Добавка 10% биотоплив к традиционным моторным топливам уменьшает содержание вредных веществ в выхлопах автомобилей на 30%.

Но тернистый путь модернизации бензина был не без проб и ошибок. «Первым скомканным блином» в поиске эффективных добавок к бензину стало применение соединений свинца: тетраэтилсвинца (ТЭС) или тетраметилсвинца (ТМС). Эти соединения увеличивают октановое число бензина, не влияя при этом на другие его свойства, в том числе на давление насыщенного пара. Но ТЭС оказался очень ядовитым химическим соединением, поскольку даже небольшие концентрации его паров могут привести к патологии и летальному исходу. Вследствие такой опасности уже в 60-х годах руководство США и Агентство по защите окружающей среды объявили о постепенном снижении содержания свинца в бензине. С 2000 года в странах — членах Европейского Союза бензины, содержащие свинец, не используются вообще.

Следующим этапом стало применение оксигенатов — полностью сгораемых кислородосодержащих добавок, к которым относятся некоторые эфиры и спирты. Эти добавки повышают октановые характеристики топлив, регулируют их испаряемость. При этом в бензине растет содержание кислорода, способствующего дожигу оксида углерода в диоксид. К ним относится и этанол.

Главным конкурентом биоэтанола был еще один оксигенат — метилтретбутиловый эфир (МТБЭ), который превалировал на топливных рынках США. Так, в Штатах с целью улучшения экологической ситуации в мегаполисах и в штате Калифорния стал выпускаться специальный вид бензина (реформулированный бензин), содержащий добавки 5-15% МТБЭ. В период с 1992 г. по 2001 г. потребление МТБЭ в США возросло с 4,0 до 10,5 млн. т. Однако скоро выяснилась токсичность этого соединения, что не позволило ему длительно удерживать доминирующие позиции. Было обнаружено, что МТБЭ разлагается с выделением метанола, и его попадание в грунтовые воды может поставить под угрозу эффективное обеспечение населения водой. Вскоре противостояние биоэтанола и МТБЭ изменило свой вектор в кардинальном направлении: теперь на первый план безоговорочно вышел биоэтанол, что было утверждено законодательством США. По данным Ассоциации возобновляемого топлива, около 900 000 американских фермеров являются членами кооперативов по производству этанола.

Результатом таких реформ стал выпуск порядка 20 000 автомобилей, потребляющих бензин с примесью 85% этанола. На 2007 год около 3 миллионов таких автотранспортных средств находилось в эксплуатации. Многие известные автомобилестроители — такие, как «Ford», «General Motors» и «Daimler-Chrysler» — создают сотни тысяч автотранспортных средств, работающих как на обычном бензине, так и на бензине с примесью до 85% об. этанола. В этом же, 2007 году, производители или продавцы топлива, работающие в странах ЕС, обязаны были добавлять (blending-fuel) в бензины до 5% этанола (Директива 98/70/ЕС о качестве моторного топлива), что лишний раз подчеркивает актуальность и значимость данного направления в глазах мировой общественности.

Основными преимуществами биоэтанола перед конкурентами являются: высокая антидетонационная стойкость; улучшение процесса горения бензина (в связи с наличием кислорода в молекуле); полнота сгорания топлива и отсутствие токсичных и канцерогенных продуктов горения. Также облегчает его использование и простота получения этанола. Спирт научились делать из различного сырья с минимальными затратами.

Правда, существуют и незначительные недостатки спиртового топлива, в том числе: легколетучесть однородной жидкости; влияние на фракционный состав бензина; низкая теплота сгорания. Но это все мелочи по сравнению с его неоспоримыми достоинствами. Также следует упомянуть и о таком минусе, как гигроскопичность (довольно легкое смешивание с водой), благодаря которой смесь биоэтанола с бензином при наличии воды расслаивается. При правильном приготовлении и использовании смесевого топлива этот фактор также не доставит хлопот. Так, добавка стабилизаторов препятствует расслоению спиртосодержащего бензина до температуры -40 — -23°С. Хорошим и при этом дешевым стабилизатором являются сивушные масла, обеспечивающие гомогенность топлива при температуре выше -25°С.

Еще одним спорным моментом использования биоэтанолового топлива являются высказывания некоторых ученых относительно возможного негативного влияния продуктов горения смесевого бензина на парниковый эффект. Якобы при использовании этого топлива выбросы газов в атмосферу за следующие 30 лет удвоятся.

В противовес их пессимизму можно выставить такие доводы:

1) выделяющийся в атмосферу при эксплуатации подобных двигателей CO2 в достаточной мере поглощается растущей зеленой биомассой, дополняя углеродный цикл круговорота веществ в природе;

2) явление парникового эффекта и сопутствующие погодные катаклизмы, по мнению некоторых специалистов, могут быть вызваны не столько антропогенным (человеческим) фактором, сколько природными процессами смены магнитных полюсов Земли, которые неоднократно имели место в истории нашей планеты.

Единственный аргумент, который объективно препятствует безоговорочному лидированию смесевого топлива — это то, что оно несколько дороже своих классических аналогов. В частности, в США цены на автобензин в 2007 г. были на уровне 39 ц/л, биоэтанол — 66 ц/л, поэтому 1 л смесевого бензина (с 10% биоэтанола) стоил с учетом смешения почти на 18% дороже. Новые разработки, в том числе и в области промышленных биотехнологий, безусловно решат эту проблему в пользу смесевых биоэтаноловых бензинов.

Аргументов, которые способствуют внедрению этого топлива в производства, чуть больше: 1) спрос на потребление энергоресурсов в мире стремительно растет (по прогнозам одной из крупнейших мировых нефтегазовых компаний British Petroleum, прирост спроса на энергоресурсы к 2030 г. составит 50% в сравнении с уровнем 2005 года); 2) мировые запасы нефти и газа все быстрее сокращаются, оставляя для эксплуатации месторождения, зачастую отличающиеся сложными геолого-экономическими условиями и отдаленностью от мест потребления; 3) экологическая ситуация планеты ухудшается головокружительными темпами (во многом из-за бензиновых выхлопов), что крайне негативно отображается на здоровье людей и других живых организмов.

Другие материалы рубрики


  • Теперь уже никто не сомневается, что в расстрельные 30-е годы прошлого века ничего прогрессивного в России существовать не могло. Старшее поколение стыдливо молчит, поскольку высказывать иную точку зрения ныне считается непатриотичным. А постперестроечное вообще не ведает, что в основе многих модных сейчас инновационных проектов лежат неосуществленные мечты почти восьмидесятилетней давности. Примером может служить история со сгущенным бензином.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Еще в 212 году до н. э. древнегреческий ученый Архимед использовал светоотражающие свойства бронзовых боевых щитов для того, чтобы сосредоточить солнечный свет и поджечь вражеские деревянные суда римлян, осаждающих его родной город Сиракузы. Но прошло почти полтора тысячелетия, за время которых люди продолжали греться на солнышке, не задумываясь, какой мощный источник представляет собой это божественное дневное светило. И лишь в 1600 г. во Франции был создан первый солнечный двигатель, работавший на нагретом воздухе и использовавшийся для перекачки воды. В конце XVII в. ведущий французский химик Антуан Лоран Лавуазье создал первую солнечную печь, в которой достигалась температура в 1650°С и нагревались образцы исследуемых материалов в вакууме и защитной атмосфере, а также были изучены свойства углерода и платины. В 1833 г. в США Дж. Эриксон построил солнечный воздушный двигатель с параболоцилиндрическим концентратором размером 4,8х3,3 м. Первый плоский коллектор солнечной энергии был построен французом Ш.А. Тельером. Он имел площадь 20 м2 и использовался в тепловом двигателе, работавшем на аммиаке.

    В 1866 г. французский математик Август Мушо построил в Алжире несколько крупных солнечных коллекторов, ставших прообразами современных, и использовал их для дистилляции воды и приводов насосов. На всемирной выставке в Париже в 1878 г. А. Мушо продемонстрировал солнечную печь для приготовления пищи, в которой 0,5 кг мяса можно было сварить за 20 минут. Первая крупномасштабная установка для дистилляции воды была построена в Чили в 1871 г. американским инженером Ч. Уилсоном. Она эксплуатировалась в течение 30 лет, поставляя питьевую воду для рудника. В 1890 г. профессор В.К. Церасский в Москве осуществил процесс плавления металлов солнечной энергией, сфокусированной параболоидным зеркалом, в фокусе которого температура превышала 3000°С. Однако только в 1980-е годы были созданы первые крупномасштабные солнечные электрогенераторы.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Экспоненциальный рост населения и истощение природных ресурсов заставляют ученых придумывать самые невероятные проекты по спасению планеты. Один из них — космические электростанции, передающие на Землю энергию Солнца посредством микроволнового излучения. Технология эта не столь фантастична, как может показаться на первый взгляд.
    Вполне возможно, что лет через тридцать на геостационарной орбите обоснуется группировка объектов, каждый из которых будет подозрительно напоминать «Звезду смерти». Необъятные зеркальные крылья, нечто вроде электромагнитной пушки и наземная приемная антенна километров десять в диаметре — так будет выглядеть система глобального энергоснабжения.
    Вернее, такой ее представляли конструкторы еще в 1970-х. И уже тогда это не было научной фантастикой! В связи с энергетическим кризисом американское правительство выделило $20 миллионов агентству NASA и компании Boeing на проработку проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).



  • Ветры бывают самые разнообразные: это и дующий десятки минут легкий бриз, и глобальные ветра — но все они существуют за счет солнечного нагрева планеты. Важными факторами влияния на атмосферную циркуляцию воздуха являются разность обогрева между экватором и полюсами, а также вращение нашей планеты, называемое эффектом Кориолиса. Сезонные колебания в скорости и направлении ветра являются результатом сезонных изменений из-за относительного наклона оси вращения Земли к Солнцу, которое, в свою очередь, изменяет паттерны разности обогрева. Ежедневные различия в обогреве атмосферы вызваны различным нагревом локальных областей поверхности земли, например, суши и океана. Еще движение воздуха осложняется целым рядом факторов глобального масштаба, таких как вращение Земли, а также сушей, горными хребтами и холмами, растительностью, океанами, морями и озерами. Из-за трения о поверхность земли, растительность и здания скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В начале нового тысячелетия почти весь мир столкнулся с новой, весьма болезненной проблемой — истощением топливных запасов планеты. Ученые с каждого угла кричали, что через 30 лет на земле не останется ни капли нефти. Но прошло уже 10 лет, и эти крики понемногу улеглись. Были найдены новые месторождения в Саудовской Аравии, в России разведали новые, огромные запасы сибирской и заполярной нефти. Единственная проблема — добраться до них, но учитывая сегодняшнюю стоимость «черного золота» на мировом рынке, это не будет составлять особого труда.
    Но беда, как известно, не приходит одна. С топливной проблемой пришла проблема загрязнения окружающей среды обитания человека. Продукты сгорания бензина и дизтоплива стали настолько насыщать атмосферу Земли, что экологи забили тревогу. Их главный девиз — «Парниковый эффект!» К сожалению, они до сих пор не могут определиться, чем он грозит нашей планете — глобальным потеплением или новым ледниковым периодом. Впрочем, одно не исключает другое. Сначала довольно сильно потеплеет, арктические льды растают, опять понизят температуру, но настолько сильно, что 2/3 суши (по самым пессимистическим прогнозам) покроется снегом и льдом.
    Что же делать? Отказаться от автомобильного транспорта и вообще от использования нефти и нефтепродуктов? В данный исторический отрезок времени это даже не теория, а какая-то фантазия Гринписа, если не сказать больше. Но нам надо как-то сберечь природу и при этом не нанести вреда экономике, как в мировом масштабе, так и в масштабе отдельной страны. И тут, к огромной радости почти всех экологов (почему почти — будет сказано ниже) на мировую топливную арену семимильными шагами выходит новое горючее — биодизель.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...После более чем столетия нескончаемых усовершенствований двигатель внутреннего сгорания все еще имеет коэффициент полезного действия около 16%. КПД всех тепловых двигателей ограничено циклом Карно. Теоретически, даже при идеальных условиях тепловой двигатель, используемый для приведения в движение автомобиля или электрогенератора, не может преобразовать всю тепловую энергию в механическую. Некоторая часть тепла теряется. В двигателе внутреннего сгорания тепло подается от источника с высокой температурой (Т1), часть энергии преобразуется в механическую и оставшаяся часть выбрасывается при низкой температуре (Т2). Чем больше разность между этими температурами, тем выше КПД двигателя...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Ситуация с термоядерной энергетикой сегодня довольно любопытна и имеет общие черты с начинавшейся некогда «космической гонкой». Открытие способа, открывающего доступ к неограниченному источнику энергии, казалось бы, уже «витает в воздухе». Уже всерьёз проектируются термоядерные электростанции. Уже почти видна финишная ленточка и вопрос лишь в том, кто успеет раньше. Руководители развитых государств ревностно следят за «успехами» конкурентов в этой области и боятся остаться «не солоно хлебавши». Эти страхи умело эксплуатируют крупные исследовательские центры, работающие по данной проблеме, добиваясь щедрого финансирования. Вот-вот и пресса возвестит об открытии века...



  • Непредельные углеводороды в небольшом количестве (около 5%) являются практически единственным не содержащимся в природной нефти классом соединений, образующимся в заметных количествах при проведении процесса на кобальтовых катализаторах. Их содержание в нефти не нормируется, а их получение является одной из основных целей нефтехимической переработки природной нефти.
    Таким образом, по всем показателям, определяемым стандартом, СЖУ (синтетические жидкие углеводороды) могут быть отнесены к наиболее ценным сортам нефти. С экономической точки зрения наиболее рациональным использованием СЖУ была бы их раздельная транспортировка с промыслов как более ценного и дорогостоящего продукта, особенно с точки зрения отсутствия серосодержащих соединений и высокой концентрации легких (светлых) фракций.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Недавно в новостях услышал информацию о том, что весной 2010 г. городское население планеты превысило сельское и составляет 51%. В 2020 г. городское население уже будет составлять 57%.
    Вроде бы ничего интересного. Сухая статистика.
    Но за этой статистикой просматривается очень настораживающая тенденция, если учесть, что за этот период население Земли вырастет с 6,8 до 8 миллиардов человек.
    Урбанизация растет огромными темпами.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • ...В современных ВЭС воплощено множество технических идей, отвечающих последним достижениям науки. Вот далеко не полный перечень уникальных систем и механизмов, обеспечивающих эффективную и безопасную работу ветроэлектростанций: система динамического изменения угла атаки (изменяет угол заклинивания лопастей, удерживая тем самым нужный угол атаки); система динамического регулирования скорости вращения ветроколеса в зависимости от нагрузки и скорости ветра (выбирает оптимальный режим работы); система управления рысканием  — электронный флюгер (поворачивает гондолу с ВЭУ по особому закону с учетом доминирующего направления ветра, его порывов и турбуленции); система оперативного регулирования магнитного скольжения асинхронного генератора (используются усовершенствованные асинхронные генераторы с ротором «беличья клетка»)...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5