Использование экологически безопасных видов топлива

Принципиально новым направлением в части снижения воздействия транспорта на окружающую среду является переход на экологически чистые виды топлива. В настоящее время существует несколько распространенных видов альтернативного, экологически более чистого топлива — сжиженный нефтяной газ, природный газ, биодизельное топливо, водород и др.

Применение сжиженного нефтяного газа требует не кардинального изменения конструкции автомобиля, а только его приспособления к установке газового оборудования, оставляя возможность использования как бензина, так и газа в качестве топлива. Сжиженный нефтяной газ — это экологически более безопасный вид топлива. При его использовании количество основных вредных веществ в выбросах снижается в 2 и более раза, износ основных деталей цилиндропоршневой группы уменьшается в 1,5—2 раза, срок службы моторного масла становится выше, затраты на топливо сокращаются в 2 раза. Экологичность и экономичность работы двигателя на сжиженном газе зависит от оборудования, устанавливаемого на автомобиль. Наибольшей эффективностью обладают инжекторные системы впрыска газа^[1].

Природный газ в качестве топлива для транспортных средств подразделяется на компримированный, т. е. сжатый (КПГ), и сжиженный (СПГ). Компримированный природный газ в качестве основного компонента содержит метан и в небольшом количестве примеси других газов. Особенностью метана является то, что при нормальной температуре и даже высоком давлении он не переходит в сжиженное состояние. Чтобы иметь достаточный энергетический запас, сжатый газ хранится в высокопрочных металлических баллонах под давлением 200 МПа. Баллоны имеют большую массу. Калорийность природного газа ниже калорийности бензина на 10—15%, поэтому при работе на КПГ мощность бензинового двигателя снижается на 18—20%. Рынок газовых автомобилей в эксплуатации расширяется медленно, а экологические показатели эксплуатируемых газовых систем не обеспечивают выполнения требований современных норм по токсичности.

Сжиженный природный газ с точки зрения техникоэкономической эффективности значительно выгоднее, чем КПГ. В сжиженном состоянии природный газ находится при температуре -160°С; для сохранения его в этом состоянии требуются криогенные емкости. Сжижение природного газа обеспечивает снижение его объема примерно в 600 раз. Это позволяет получить преимущества по сравнению с использованием сжатого природного газа: уменьшить массу газового оборудования на транспортном средстве в 3—4 раза, а объем — в 1,5—3. Переход на использование СПГ в нашей стране тормозится отсутствием инфраструктуры, обеспечивающей его получение. По мнению отечественных специалистов, применение СПГ является наиболее перспективным направлением использования природного газа в качестве моторного топлива.

Применение газа на транспортном подвижном составе позволяет существенно снизить токсичность: по СО в 3—4, NO_v — в 1,2—2,0, C_VH_;/ в 1,2—1,4 раза. При работе дизеля по газодизельному циклу дымность в режиме свободного ускорения уменьшается в 2—4 раза, шумность снижается на 8—10 дБ А, двигатель работает мягче и без специфического запаха.

Наряду с очевидными преимуществами, газовое топливо имеет недостатки: у газобаллонных грузовиков по сравнению с бензиновыми снаряженная масса повышается на 400— 600 кг, соответственно, снижается грузоподъемность, а запас хода сокращается почти вдвое. Кроме того, слабо развита сеть газонаполнительных и заправочных станций.

Работы по использованию газового топлива проводятся на многих видах транспорта, но наибольшее применение оно нашло на автомобильном транспорте.

Биодизельное топливо — это альтернативный вид топлива, получаемый из растительных масел. Сырьем для производства биодизельного топлива могут быть различные растительные масла (рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковое масла, а также животные жиры).

Биодизельное топливо может использоваться в обычных ДВС как самостоятельно, так и в смеси с дизельным топливом, без внесения изменений в конструкцию двигателя. Обладая примерно одинаковым с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизельное топливо имеет ряд существенных преимуществ — не токсично, практически не содержит серы и канцерогенного бензола, разлагается в естественных условиях, обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании.

Однако при всех положительных моментах биотоплива необходимо отметить, что культивирование растений, которые служат компонентами биодизеля, может крайне негативно сказаться на окружающей природной среде. В частности, территория Европы не позволяет обеспечивать многолетний севооборот при увеличении темпов потребления биодизельного топлива. В итоге может случиться, что решение задачи снижения загрязнения атмосферы отработавшими газами транспортных средств усугубит другие проблемы — деградации почв, производства продовольствия, вымирания различных видов животных.

Абсолютно экологичным видом альтернативного топлива для автомобилей считается водород, при сгорании которого не образуется никаких вредных веществ, только вода. Учитывая, что выбросы вредных веществ с отработавшими газами автотранспорта в мегаполисе могут составлять более 90%, использование водорода в качестве топлива позволит устранить эту экологическую проблему.

Многие автомобильные компании мира пытаются перейти на водородное топливо в своих конструкциях. Однако, несмотря на экологические и энергетические преимущества применения водорода, его использование в качестве автомобильного топлива в настоящее время носит экспериментальный характер из-за проблем, связанных с хранением и экономической целесообразностью применения.

Утилизация, или нейтрализация, вредных выбросов. Снижение количества вредных выбросов от транспортных средств в настоящее время достигается за счет оборудования двигателей системами нейтрализации и очистки выпускных газов. Известны жидкостные, термические, каталитические, комбинированные нейтрализаторы и сажеуловители.

Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов отработавших газов при пропускании их через жидкость определенного состава — воду, водный раствор сульфита натрия, водный раствор двууглекислой соды. Пропускание отработавших газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются с эффективностью 0,5, а эффективность очистки от сажи достигает 0,6—0,8, при этом несколько уменьшается содержание бензапирена.

К недостаткам жидкостных нейтрализаторов относятся большая масса и габариты, необходимость частой смены рабочего раствора, неэффективность очистки СО, малая эффективность по отношению к NO_r

Термический нейтрализатор (дожигатель) представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива. При этом отмечается снижение выбросов углеводородов в отработавших газах примерно в два, а монооксида углерода — в 2—3 раза. К недостаткам термических нейтрализаторов в экологическом отношении следует отнести повышенное содержание NO в отработавших газах.

В каталитических окислительных нейтрализаторах с катализаторами из благородных металлов — платины, платины и палладия, платины и родия — достигается достаточно высокая скорость окисления СО и С_гН,_у. Основным недостатком этого вида катализатора является интенсивное истирание дорогостоящей поверхности сажей с адсорбированными на ней абразивными частицами нерастворенных солей металлов, что приводит к снижению эффективности и ресурса эксплуатации устройства.

Для комплексной защиты окружающей среды от выбросов сажи и золы, снижения токсичности отработавших газов и шума автомобиля используются фильтры-нейтрализаторы-глушители, в качестве рабочих элементов которых используются изделия из литого пористого алюминиевого сплава.

Уменьшение массы транспортного средства. Перспективным направлением снижения загрязнения атмосферы является уменьшение массы транспортного средства за счет использования алюминиевых сплавов, керамики, титана, пластмассы, композитных материалов и улучшения его аэродинамики. Исследования показывают, что эти мероприятия позволят обеспечить снижение расхода топлива на 15—30%.

Снижение собственной массы транспортных средств может осуществляться за счет изменения конструкции агрегатов, совершенствования технологических процессов изготовления автомобилей и замены материалов на более легкие.

При создании новых типов подвижного состава снижение собственной массы закладывается уже в процессе проектирования, когда предусматривают новые компоновочные схемы и облегченные конструкционные материалы. Все мировые производители транспортных средств увеличили долю пластмасс в конечной продукции, поскольку они имеют малый вес, упрощенную технологию и минимальную трудоемкость изготовления. Разработано множество материалов на основе полимеров, полиуретанов, поликарбонатов, полипропиленов, ПВХ-пластикатов, полиамидов и т. д.

• [1] См.: Гапонов В. Л., Бадалян Л. X., Курдюков В. Н., Куренкова Т. И. Современные методы снижения вредных выбросов с отработавшимигазами автотранспорта.