Как много нефти осталось в мире и какое у нее будущее

Угольные технологии

В качестве альтернативы топливу, которое добывают из нефти, выступает дизельное топливо, которое получается из угля. В начале 20-ого века ученые выяснили, что можно получать жидкие и твердые углеводороды, которые по своему составу близки к продуктам фракционирования нефти. В итоге смесь водорода и углерода стала называться синтез-газ, который получался посредством пропускания водяного пара над углем или природным газом. В дальнейшем в Германии было открыто массовое производство синтетического бензина.

Эта технология достаточно хороша, но может быть перспективной только до XXII века по мнению ученых. Т.к. именно к этому моменту запасы природного газа и угля могут истощиться.

Биогаз и водород

Биогаз на 55-75% состоит из метана и на 25-45% из углекислого газа. После очистки от водорода из биогаза получается биометан, который полностью аналогичен природному газу. Но пока биогаз не производится в крупных масштабах.

С экологической точки зрения в качестве топлива для автомобилей лучше всего подходит водород, который, к тому же, является самым теплотворным: из 1 кг водорода получается в 3 раза больше энергии, чем из такого же количества бензина. Но проблема в том, что производство водорода обходится значительно дороже. К тому же, хранить его достаточно сложно – нужны баки, в 4 раза превышающие емкости для бензина. Кроме того, водород взрывоопасен, его дорого заправлять. Поэтому для обычного потребителя водородное топливо практически недоступно на сегодняшний день.

49_raps1_

Рапсовое поле Рапсовое поле

Наши исследователи тоже не лыком шиты и не теряют времени даром. Ученые из Иркутского национального исследовательского технического университета и Сибирского института физиологии и биохимии растений СО РАН наглядно доказали, что можно не только сжигать солярку на полях во время посевной и уборочной, но и превратить зеленые нивы в возобновляемые экологически чистые источники биодизтоплива. В ходе экспериментов ученые сделали ставку на выращивание масличных растительных культур как наиболее подходящих, по их мнению, для производства биологического горючего. Горчица, рапс, масличная редька, крамбе, сурепица и рыжик — все эти растения (а точнее, масла, извлеченные из них) в скором времени могут превратиться в горючее, на котором поедут российские автомобили. По предварительным оценкам, стоимость такого топлива составит не больше 20 руб. за литр. Теперь дело за предпринимателями, которые смогут воплотить это изобретение в жизнь.

***

Многие страны могут похвастаться своими разработками альтернативного топлива. Так, в Латвии научились производить бутанол из борщевика, злостного и к тому же ядовитого сорняка, доставляющего массу проблем жителям сельской местности. Уникальность созданной латышскими учеными установки в том, что для расщепления биомассы они применяют не химические вещества, а энзимы, извлеченные из грибов. Во Вьетнаме придумали, как делать горючее из скорлупы кокосовых орехов. А еще можно вырабатывать топливо из водорослей, древесной щепы, отработанного пищевого масла, бытового мусора и много чего еще. Так что в случае истощения нефтяных запасов топливный коллапс человечеству точно не грозит.

Конец эры бензина: что будем заливать в баки в будущем — шесть альтернатив

1425573420Celtic_renewables_013

Шотландцы недолго думая решили использовать для получения биотоплива свой излюбленный алкогольный напиток, а точнее — основные побочные продукты его производства: жидкие дрожжевые отходы, так называемый «эль из чана» и остатки зерна. Благо ежегодно их набирается огромное количество — 1,6 млрд литров жидких и 500 тыс. тонн твердых отходов. Ведь в процессе изготовления виски 90% всех принимающих участие в этом священнодействии ингредиентов — вода, дрожжи и зерно — превращаются в биологический мусор, который в лучшем случае применяют как удобрение или корм для скота, а в худшем сваливают в море.

Водородное топливо в блокадном Ленинграде

О водороде вспомнили только в блокадном Ленинграде в конце 1941 года, благодаря военному технику Б. И. Шелищу, который предложил использовать отработанный водородный газ для заправки автотранспорта. От налетов вражеской авиации Ленинград защищался зенитными орудиями, а также заградительными аэростатами, наполненными водородом, чтобы помешать прицельной бомбардировке города.

Когда водородные аэростаты спускались на землю, их использовали в качестве альтернативного источника топлива. Всего лишь за неделю группа техников переоборудовала на водородное топливо 600 грузовиков ГАЗ. После войны об этом изобретении снова забыли, перейдя опять на бензин.

В 1970 годах, когда произошел энергетический кризис, люди опять оценили необходимость альтернативных источников энергии. Так, Украинским ИПМ был переоборудован весь свой автомобильный парк водородное топливо, отлично справившись с топливным кризисом. Об успешных экспериментах снова забыли после распада советского союза.

Современные автомобили на водороде находятся пока в стадии проектирования, а вернее выпускать серийно опытные модели пока не собираются из-за неразвитой инфраструктуры заправок автотранспорта водородным топливом. В промышленных масштабах получить водород электролизом воды недешево, поэтому автокомпании пока не спешат на него переходить, ожидая более дешевый и простой способ получения топлива.

Альтернативное топливо

Альтернативное топливо для автомобилей — это топливо из к го сырья и основной целью исследований в этой области является расширение сырьевой базы в энергоснабжении автотранспорта.
 

Альтернативное топливо, резко снижающее загрязнение окружающей среды — этиловый и другие спирты.
 

Среди альтернативных топлив видное место занимают такие кислородсодержащие продукты ( табл. 1), как спирты и эфиоы.
 

Среди альтернативных топлив видное место занимают такие кислородсодержащие продукты ( табл. 1), как спирты и эфиоы. Один из з фиров — метил-грег-бутиловый эфир — оказался эффективным компонентом автомобильных бензинов. Введение его в бензин улучшает важнейшее эксплуатационное свойство — детонационную стойкость. Этот эфир прошел все испытания с положительными результатами, и во многих странах сейчас строятся установки по производству метил-грет-бутилового эфира в промышленных масштабах.
 

Из газообразных альтернативных топлив для двигателей следует упомянуть водород.
 

К альтернативным топливам относятся продукты ненефтяного происхождения. Состав топлив, получамых из газоконденсатов и тяжелых нефтей, гидрогенизацией углей, близок к составу топлив из нефтяного сырья и может исследоваться теми же методами.
 

Однако многие альтернативные топлива плохо испаряются в условиях, характерных для процесса смесеобразования бензиновых двигателей; не всегда возможно их воспламенение в камерах сгорания этих двигателей при сравнительно невысоких температурах конца сжатия и низких значениях коэффициента избытка воздуха. Дизельные двигатели ( далее — дизели) более приспособлены к работе на топливах с различными физико-химическими свойствами. Сгорание альтернативных топлив в дизелях при высоких степенях сжатия и больших коэффициентах избытка воздуха более эффективно, чем в двигателях с принудительным воспламенением. Поэтому при использовании альтернативных топлив в дизелях, как правило, достигаются близкие к необходимым показатели работы двигателя.
 

Широкому внедрению альтернативных топлив в нашей стране способствует особенность энергетического рынка России, заключающаяся в значительно большей разнице цен на газ и уголь, с одной стороны, и на моторное топливо — с другой, по сравнению с мировыми ценами. Эта тенденция подтверждается и динамикой роста цен на основные энергоносители.
 

Для классификации альтернативных топлив применительно к автомобильному транспорту отличительные признаки могут быть сгруппированы по следующим составляющим цикла энергопотребления.
 

Представлены виды альтернативных топлив, которые могут быть использованы в транспортных дизельных двигателях, и проведен анализ их физико-химических свойств. Рассмотрены проблемы организации рабочих процессов, возникающие при работе дизельных двигателей на природном газе и других альтернативных топливах. Показаны возможность снижения токсичности отработавших газов дизельных двигателей при использовании альтернативных топлив и необходимость корректирования характеристик топливо-подачи в зависимости от режима работы дизельного двигателя и свойств топлива. Даны практические рекомендации по выбору характеристик такого корректирования топливоподачи. Представлены конструкции топливопо-даюгцих систем и устройств управления топливоподачей, применяемых в дизельных двигателях, работающих на альтернативных топливах.
 

Одними из наиболее реальных альтернативных топлив для дизелей являются спирты и их производные ( изомеры) — эфиры, получаемые при воздействии неорганических кислот на соответствующие спирты.
 

Хотя ВМС представляет собой перспективное альтернативное топливо для двигателей внутреннего сгорания, в литературе отсутствуют сведения о коррозионной стойкости конструкционных материалов в системе бензин-мстанол-вода.
 

Преимуществами этого вида альтернативного топлива являются высокое цетановое число, соизмеримое с цетановым числом штатных дизельных топлив, и хорошие экологические качества двигателей, работающих на димети-ловом эфире.
 

Метанол

Указанное в статье описание поможет получить метиловый спирт или, как его принято называть в своей отрасли метанол. В своем чистом виде эта жидкость применяется в виде растворителя, а так же в качестве высокооктановой добавки к моторному топливу. Метанол может применяться и в качестве бензина, при условии, что он будет высокооктановый, то есть октановое число будет равняться 150. В таких случаях это будет тот самый бензин, заправляются которым сегодня все баки автомобилей и гоночных мотоциклов. Таким образом, изготовив в домашних условиях метанол, человек получает качественный бесплатный бензин, сделанный собственными руками.

Стоит знать! Зарубежные исследования показали, что все двигатели, работающие на метаноле, служат намного дольше, чем такие же моторы, но работающие на обычном автобензине. Кроме всего прочего на 20% повышается и мощность двигателя, а так же вредные выхлопы в таких случаях практически отсутствуют, то есть применение метанола – это одни плюсы.

Биодизельное топливо

Представляет собой горючее на основе масел и жиров. Чаще всего – растительных, в некоторых случаях – и животных. В технической литературе встречаются даже описания биотоплива, произведенного из отходов жиров, использованных в кухнях ресторанов и кафе. Получается, фаст-фуд – не такой уж и вредный?!

Практически любой дизельный мотор можно «малой кровью» модернизировать под потребление биотоплива: как в чистом виде, так и в смешанном с «соляркой». Причем в последнем случае возможно использование такого горючего даже на неадаптированной машине.

Данный вид топлива получил несколько лет назад весьма широкое распространение в Европе, Бразилии и Аргентине. Не в последнюю очередь – за счет госсубсидий фермерам, согласившимся в промышленных масштабах выращивать необходимые для производства биодизеля культуры.

Примеры серийных моделей: на «биодизель» на основе жиров и масел переводят главным образом грузовики, автобусы, а также спецтехнику; легковые авто на биодизельном топливе – по большей части экзотика, но в Соединенных Штатах какое-то время назад они мелькали на дорогах довольно часто.

Что мешает массовому распространению: не поверите – конкуренция человека и автомобиля за пропитание! Ученые из Университета Миннесоты предостерегают: мода на биодизель вынудит фермеров засевать поля не продовольственными, а техническими культурами, и количество голодающих на планете (если так пойдет и дальше) вырастет до 1,2 млрд человек! Европа, вняв предупреждениям экспертов, от биодизеля постепенно отказывается.

Интересные особенности

Одним из необычных наблюдений была реакция между водородом и кислородом, после которой производились молекулу воды. Они же, в свою очередь, создавали небольшие заряды электричества. Благодаря этому были изобретены топливные ячейки. Увы, их перезаправка была не под силу рядовому пользователю и единственным способом использовать их была полная замена элементов. Такая технология несла за собой большие финансовые затраты.

Не так давно японскими учёными была предложена идея использовать в качестве горючего обычную воду. Процесс заключался в расщеплении её молекул с помощью электролиза, что и создавало топливо. Правда, такие транспортные средства показывали достаточно низкие результаты, проезжая всего 60 километров, расходуя большое количество энергии.

Как работает топливный элемент?

В статье уже упоминалось о топливном элементе, который планируется устанавливать в автомобилях нового типа. Давайте подробнее познакомимся с его принципом действия. 

Топливный элемент – электрохимическое устройство, которое преобразует энергию, хранящуюся в химической формуле, в электроэнергию, воду и тепло. Он состоит из двух электродов: анода и катода. Для их изготовления используют угольные пластины, покрытые платиной. На аноде подающийся гидроген распадается, при потере электрона. В это время кислород на катоде соединяется с пришедшим патроном.  По большому счету топливный элемент можно сравнить с батареей, у которой вырабатывается постоянный ток в результате химической реакции. Разница между ТЭ и батареей заключается в том, что он не накапливает электричество, не разряжается и его не нужно повторно заряжать. Он будет работать до тех пор, пока имеется запас топлива и воздуха. Отличительной особенностью еще можно назвать то, что элементы не сжигают топливо, как другие электрогнераторы.

Поэтому в нем нет шумных роторов с высоким давлением. Как следствие отсутствие громкого шума при выхлопе и отсутствие вибраций. 

Еще к плюсам углеводородных двигателей можно отнести их способность работать при низких температурах, что сокращает время запуска. Это происходит благодаря графитовым ячейкам, которые  дают возможность проходить реагентам с сохранением электрического контакта с электролитом. Благодаря этому в холода не придется прогревать двигатель.

Правда у таких элементов имеется одна особенность. Низкая плотность изотопа несет с собой трудности проектирования системы для его хранения в машине. Для хранения придется использовать бак, превышающий обычный в 800 раз. Но сегодня разработаны основные решения для его хранения:

• в сжатом виде, когда он находится в баллонах;
• на криогенных станциях, где газ хранится при низкой температуре;
• в виде сплавов (металл и гидрид), поглощающих водород.

Пока заправка авто с водородным двигателем весьма дорогой процесс, требующий гибкой связи между заправщиком и автомобилем, который обеспечивает запечатанную систему.

Особые сорта топлива

В последнее время некоторые автозаправочные станции все чаще стали предлагать более дорогое и лучшее топливо с соответствующими приставками Экто, Ultimate, GT и другими. Главное отличие такого горючего вещества от сопоставимого бензина по октановому числу в наличии большого числа мощностных присадок. По этой причине, производители часто ссылаются на увеличение КПД силового агрегата. Однако, верить в такие сказки не следует, так как это всего лишь очередной маркетинговый ход.

Здесь крайне важно принимать во внимание тот факт, что, если силовой агрегат сильно загрязнен или имеет определенные неисправности, то использование данных присадок может не улучшить ситуацию, а напротив усугубить все. При таких обстоятельствах с более дорогим топливом вся грязь начнет проникать в форсунки, после чего из-за насоса высокого давления они попросту засорятся и перестанут своевременно делать впрыск горючего в камеры сгорания. Если же использовать моющие присадки, то постепенно эта грязь из двигателя будет выводиться

По этой причине, автомобилистам стоит рассматривать моющие присадки для транспортных средств, как некие витамины для машины. Однако, если мотор в действительности доживает свой век, то здесь от присадок и вовсе толку не будет, напротив, они могут убить силовой агрегат гораздо быстрей, нежели это бы произошло по естественным причинам

Если же использовать моющие присадки, то постепенно эта грязь из двигателя будет выводиться. По этой причине, автомобилистам стоит рассматривать моющие присадки для транспортных средств, как некие витамины для машины. Однако, если мотор в действительности доживает свой век, то здесь от присадок и вовсе толку не будет, напротив, они могут убить силовой агрегат гораздо быстрей, нежели это бы произошло по естественным причинам.

Альтернативные виды топлива: сравнение

Потребление альтернативных видов топлива на 2011 год

Сравнение потребления альтернативных видов топлива и традиционных (бензин и дизель)

Виды топлива

Альтернативное топливо, несмотря на свое разнообразие, является дорогостоящим и скорее экспериментальным. Поэтому потребители используют привычное, относительно недорогое горючее: дизтопливо, бензин и т.д. А топливные карточки позволят водителю оптимизировать затраты используемого топлива и проконтролировать его потребление.

Ученые очертили следующие виды топлива.

• Природный газ. Такое топливо сгорает полностью и дает меньше выбросов, загрязняющих окружающую среду. Для использования газа в автомобиле специально перепроектируются двигатели. Природный газ, как топливо, может применяться в виде сжатого газа, так и в виде жидкого газа.
• Электричество. Автомобиль работает от батарей, заряжающихся при его подключении к обычному источнику питания. Электричество – самый дешевый вид топлива.
• Водородное топливо – эффективный аккумулятор энергии. Водород опасен, поэтому используется в сочетании с другими видами топлива.
• Сжиженный нефтяной газ (пропан). Такой газ используется в двигателе после небольших его модификаций. Газ полностью сгорает и его выбросы меньше загрязняют природу по сравнению с бензином.
• Биодизельное топливо, изготовленное на основе растительных масел (подсолнечное, соевое, рапсовое) и животных жиров. Любое транспортное средство с дизельным двигателем может работать на биодизельном топливе.
• Метанол (древесный метиловый спирт), который может использоваться в транспортных средствах с метаноловыми двигателями.
• Этанол (этиловый спирт), получаемый в результате брожения кукурузы, пшеницы, ячменя и дистилляции. Его смешивают с бензином, в результате чего выхлопные газы, полученного таким образом топлива, практически не загрязняют атмосферу.
• Виды топлива серии Р – это соединение этанола, природного газа и метилтетрагидрофурана. Относительно чистое топливо с высоким октановым числом.

Как альтернативное экспериментальное топливо используются жидкий азот, солнечная энергия, биогаз, газовый конденсат, водяной пар (паровые автомобили), аммиак, диметиловый эфир и т.д.

Некоторые виды альтернативного топлива уже применяются на автозаправочных станциях для заправки автомобилей наряду с бензином и дизтопливом. На АЗС осуществляется заправка по безналу и за наличные.

Компания «РусПетрол» предлагает услуги по оформлению топливных карт для возможности приобретения горючего на выгодных условиях и контроля расхода топлива.

Этанол

Использование спиртов в качестве топлива для автомобильных двигателей — давно не новость. Разработчики первых двигателей внутреннего сгорания уделяли спиртовым мотором не меньше внимания, чем бензиновым. Спирты можно изготавливать из различных сельскохозяйственных культур: сахарного тростника, пшеницы, кукурузы и даже картофеля. Спирты имеют высокие октановые числа — более 100 единиц, но меньшую по сравнению с нефтяными топливами теплоту сгорания (при сгорании топлива выделяется меньше энергии, мощность падает, а расход топлива увеличивается). Начало крупномасштабной добычи нефти сделало применение спирта в качестве моторного топлива не выгодным. Однако на спиртовом топливе работают двигатели мотоциклов для спидвея многих спортивных каров. Спиртовое автомобильное горючее пользуется популярностью в Бразилии, где нет больших запасов нефти, но зато есть идеальные условия для выращивания сахарного тростника и производства из него дешевого спирта.

Топливный элемент своими руками

Видео: Топливный водородный элементсвоими руками

К сожалению у нас нет фотографий, как должен выглядить этот топливный элекмнт, надеямся на вашу фантазию.

Маломощный топливный элемент своими руками можно изготовить даже в условиях школьной лаборатории. Необходимо запастись старым противогазом,  несколькими кусками оргстекла, щелочью и  водным раствором этилового спирта (проще, водкой), которое будет служить для топливного элемента «горючим».

Стационарная энергоустановка на базе химического топливного элемента

Прежде всего, необходим корпус для топливного элемента, изготовить который лучше из оргстекла, толщиной не менее пяти миллиметров. Внутренние перегородки (внутри пять отсеков)  можно сделать немного тоньше – 3 см. Для склеивания оргстекла используют клей такого состава: в ста граммах хлороформа или дихлорэтана растворяют шесть грамм стружки из оргстекла (проводят работу под вытяжкой).

В наружной стенке теперь необходимо просверлить отверстие, в которое вставить нужно через резиновую пробку  сливную стеклянную трубочку диаметром 5-6 сантиметров.

Все знают, что в таблице Менделеева  в левом нижнем углу стоят наиболее активные металлы, а металлоиды высокой активности находятся в таблице в верхнем  правом углу, т.е. способность отдавать электроны, усиливается  сверху вниз и справа налево. Элементы, способные при определенных условиях проявлять себя как металлы или металлоиды, находятся в центре таблицы.

Теперь во второе и четвертое отделение насыпаем из противогаза активированный уголь (между первой перегородкой и второй, а также  третьей и четвертой), который выполнять будет роль электродов. Чтобы через отверстия уголь не высыпался его можно поместить в капроновую ткань (подойдут женские капроновые чулки). В

Топливо циркулировать будет в первой камере, в пятой должен быть поставщик кислорода – воздух. Между электродами будет находиться электролит, а для того, чтобы он не смог просочиться в воздушную камеру, нужно перед засыпкой  в четвертую камеру угля для воздушного электролита, пропитать его раствором парафина в бензине (соотношение 2 грамма парафина на пол стакана бензина). На слой угля положить нужно (слегка вдавив) медные пластинки, к которым припаяны провода. Через них ток отводиться будет от электродов.

Топливный элемент готов к испытанию. Теперь нужно одновременно налить в первую камеру – топливо, а в третью – электролит. Присоединенный к электродам вольтметр должен показать от 07 вольт до 0,9. Чтобы обеспечить непрерывную работу элементу, нужно отводить отработавшее топливо (сливать в стакан) и подливать новое (через резиновую трубку). Скорость подачи регулируется сжиманием трубки. Так выглядит в лабораторных условиях работа топливного элемента, мощность которого, понятна мала.

Видео: Топливный элемент или вечная батарейка дома

Чтобы мощность была большей, ученые давно занимаются этой проблемой. На активной стали разработки находятся метанольный и этанольный топливные элементы. Но, к сожалению, пока на практику их выхода нет.