Спирт как топливо для автомобиля?

Биоэтанол как альтернатива бензину

За последний год в России значительно вырос интерес к спирту в качестве замены бензину. Это видно даже по запросам в интернете, число которых выросло в полтора раза.

С середины 1970-х годов энтузиазм по поводу использования спиртов в качестве альтернативного топлива в ДВС увеличился. А пика он достиг к середине 1980-х годов. Спирт как альтернативное топливо из-за его минимального воздействия на атмосферу приобретает большое значение. Этанол — альтернатива горючему из нефти из-за меньших выбросов парниковых и выхлопных газов, повышения энергоэффективности. Кроме того, оно удобно для двигателей внутреннего сгорания большой мощности из-за высокого октанового числа, скорости горения. Спирты с низкой молекулярной массой подходят и вместо добавок для повышения октанового числа.

Что такое этанол?

Этанол (этиловый спирт), также содержащийся в алкогольных напитках, получают путем ферментации раствора сахара. В США его производят из кукурузного крахмала. Трава, древесина и сельскохозяйственные отходы также могут быть использованы для производства «целлюлозного» этанола.

Ферментация — это основной метод синтеза этанола, используемый в промышленности. Меласса сахарного тростника — важное сырье для производства этанола, который является побочным продуктом сахарной промышленности. Кроме того, в процессе ферментации зерновые крахмалы (пшеница и кукуруза), картофельное пюре, фруктовые соки, не содержащие сахара лигноцеллюлозные фракции сельскохозяйственных культур, таких как травы и растения, используются в качестве сырья. Как правило, меласса содержит до 50% простого сахара, который легко сбраживается в этанол. Это идеальное сырье для производства этанола с высокой доступностью и низкой стоимостью. Однако, как только сырье доставляется на завод по производству этанола, оно хранится на складе и кондиционируется для предотвращения раннего брожения и загрязнения. Более того, фермент, такой как микроскопические дрожжи, играет жизненно важную роль в процессе ферментации, превращая углеводы в этанол в отсутствие кислорода.

Особенности применения

Чистый этанол — 100% этанол или E100 — теоретически можно было бы использовать в автомобилях, но практически это нереализуемо по следующим причинам:

Этанол плох для холодного запуска, потому что он не горит так быстро, как бензин. Чистый этанол бесполезен в качестве топлива в зимние месяцы.
Нет легковых автомобилей, предназначенных для использования E100 (не считая некоторые гоночные автомобили), что может привести к повреждению двигателя. Даже авто, работающие на нескольких видах топлива (FFV), работающие как на бензине, так и на этаноле, могут использовать горючее до E85.
100% этанол трудно достать. Технически его можно употреблять как очень крепкий алкогольный напиток. Согласно правилам США, топливные спирты должны быть непригодными для питья и разбавленными до 95,5%. И, если этанол не смешан с бензином, он будет облагаться налогом на спиртные напитки / пошлиной на алкоголь.

85% этанола на 15% бензина или E85 — наиболее распространенное биотопливо в Штатах. Самый высокий процент этанольного топлива, продаваемого в США — это E85, а в Бразилии — E95, где запуск автомобиля в холодную погоду не является проблемой.

Считается, что E10 можно использовать в обычных автомобилях без модификации двигателя.

Зачем использовать этанол в качестве альтернативного топлива

Спиртовое топливо имеет больше преимуществ по сравнению с ископаемым топливом.

Спирт с более низким молекулярным весом может быть получен из местных энергетических ресурсов, таких как биомасса, уголь и природный газ, которые доступны по низкой цене.

Сжигание спирта в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) создает большее давление сгорания по сравнению с бензином. Это происходит из-за более высокого отношения местных продуктов к реагентам. Кроме того, это улучшает выходную мощность и тепловой КПД по сравнению с бензином.

Снижаются выбросы парниковых газов.

По сравнению с бензином спирты с более высоким средним октановым числом могут повысить мощность.

Уменьшается выделение токсичных газов в окружающую среду.

Утечки и разливы спиртового топлива из танкеров не так страшны. Спирты смешиваются с водой и могут быть смыты ею. Они легко распадаются при попадании в землю.

Спиртовое топливо имеет более низкие выбросы паров.

Сжигая спирт в ДВС мы выбрасываем незначительное количество золы из-за меньшего содержания углерода в спирте.

Общая энергоэффективность топлива улучшается.

Бразилия и этанол

Технология создания топлива на основе этанола существовала с 1920-х годов, но не получила широкого распространения до 1980-х годов. В поисках возобновляемых альтернативных источников энергии правительство Бразилии обнаружило, что в 80-х годах около 90% автомобилей страны работали на этаноле. Хотя это число снизилось одновременно с ценами на нефть, использование этанола в стране снова увеличилось. Теперь все используемые виды топлива должны содержать минимум 25% этанола. Бразилия является крупнейшим экспортером этанола в мире, занимая второе место в мире по количеству заводов-производителей подобного топлива. Около 87% зарегистрированных транспортных средств (2012 г.) работают на спирте. Потребление бензина в стране снизилось на 30%. Производятся оптовые поставки спиртового топлива в другие страны, однако, из объемы не сопоставимы с используемыми внутри страны.

Этанол дешевле бензина?

Производство этанола не самое дешевое, но, поскольку он поступает из возобновляемых источников, по прогнозам, вскоре он станет дешевле, чем традиционное топливо. И, в зависимости от того, где производится этанол, затраты на импорт могут перестать быть ключевым фактором ценообразования. Транспортировка оптовых партий сокращает цену в пересчете на литр топлива, по сравнению с розничными продажами.

Этанол более экологичен?

Это зависит от того, как был произведен этанол и как он используется. Как правило, использование E85 приводит к меньшим выбросам, чем при использовании обычного топлива. Этанол также вытесняет бензол, который вызывает рак и является нетоксичным, водорастворимым и биоразлагаемым веществом. Так как этанол производится из растений, он квази-возобновляемый.

Что касается расчетов «жизненного цикла» считается, что целлюлозный этанол производит на 86% меньше парниковых газов. Парниковые газы — двуокиси углерода, метана, закись азот. Жизненный цикл рассчитывается с учетом того, как топливо производится, транспортируется и т. д. Исследование Калифорнийского университета в Беркли показало, что для производства этанола не требуется больше энергии, чем он может произвести. Этанол, полученный из кукурузы, имеет положительный «энергетический баланс», особенно если учесть, что другие ценные продукты, такие как кукурузное масло, являются побочными продуктами процесса его производства.

Этанол полезен для планеты?

Горение E85 все еще выделяет загрязняющие вещества и производит выбросы выхлопных газов. Топливо с содержанием этанола от 6% до 20% выделяет наибольшее количество выбросов. Рекомендуется использовать чистый бензин или более высокие концентрации этилового спирта.

Расчет выбросов в течение всего производственного цикла проблематичен. Часто не принимаются во внимание изменения в использовании земель. Например, преобразование лесных земель в пахотные, что ускоряет глобальное потепление. Производство этанола из кукурузы в значительной степени зависит от ископаемого топлива и удобрений. Однако до тех пор, пока сельскохозяйственные угодья не используются для выращивания целлюлозных материалов, целлюлозный этанол довольно экологичен — для его создания требуется меньше удобрений, а побочные продукты могут использоваться для производства горючего топлива.

Почему на сегодняшний день России не выгодно переходить на биоэтанол?

В России широкое использование этанола в качестве топлива проблематично по нескольким причинам. В первую очередь, наше законодательство ограничивает оборот этанола. Кроме того, этому спирту необходимо как-то предать «непитьевое» состояние. Безопасный процесс такого перевода уже разработан на основе реакции дегидратации — отщепления воды от молекул спиртов. При нужных условиях получаем смесь углеводородов, близкую по составу к бензину. Этот способ разработан в Институте общей и неорганической химии РАН под руководством члена-корреспондента РАН Александра Гехмана.

Даже с учетом наличия земель для выращивания кукурузы или иных растений, служащих для производства биотоплива, и небольших тратах на транспортировку, конечный продукт выходит дороже привычного бензина. Дело в акцизах, накладываемых государством на спиртосодержащую продукцию.

Спирт в качестве топлива: Автомобили-алкоголики

Мировой топливный кризис, из-за которого подскочили цены на бензин и дизтопливо, вновь заставляет задуматься об иных источниках энергии для транспортных средств. Неплохая альтернатива традиционному топливу – спирт. Чем хорош такой заменитель и что сделать, чтобы автомобильный двигатель смог на нем работать?

Спирт обладает целым рядом преимуществ по сравнению с нефтяным топливом, и только большая стоимость, малая теплоотводность, высокая гигроскопичность и повышенное содержание альдегидов препятствуют его массовому применению в качестве топлива для ДВС. А достоинства спирта следующие.

	Высокие антидетонационные свойства (октановое число – более 100). Введение этанола в бензин обеспечивает повышение октанового числа. Каждые 3% этанола в смеси с бензином обеспечивают повышение октанового числа горючего в среднем на 1 единицу. То есть спирт может быть использован в качестве высокооктановой добавки к топливу. Он повышает и детонационную стойкость горючего, так как температура самовоспламенения чистого бензина составляет 290°С, а его смеси с этанолом – 425°С.
	Процесс испарения начинается во впускном трубопроводе и заканчивается в цилиндре при ходе сжатия, обеспечивая охлаждение деталей двигателя – поршней и клапанов – и более полное наполнение цилиндров свежим зарядом (компрессорный эффект с 5-процентным увеличением мощности).
	Надежное воспламенение от электрической искры при значительных изменениях состава горючей смеси (диапазон воспламеняемости по коэффициенту избытка воздуха для спирта составляет примерно 0,4…1,7).
	КПД двигателя, работающего на чистом спирте, выше, чем при использовании бензина.
	Меньшая токсичность отработавших газов.
	Низкая пожароопасность.

Адаптация ДВС

Существуют два способа применения спирта в качестве горючего для автомобильных моторов – при частичной (до 20%) и при полной замене бензина и дизельного топлива. Высокие антидетонационные качества определяют преимущественное использование спирта в двигателях внутреннего сгорания с принудительным (искровым) зажиганием. Стандартный двигатель не нужно переделывать для работы на бензо-спиртовой смеси.

На АО «АвтоВАЗ» были проведены испытания бензина АИ-95 с 10-процентным содержанием этанола на токсичность, расход топлива и обеспечение динамики автомобиля без перерегулировки двигателя. Было установлено, что добавка к бензину 10% спирта приводит к обеднению топливовоздушной смеси и незначительно ухудшает ездовые качества машины практически на всех режимах движения. При переходе на АИ-95Э с 10-процентным содержанием этанола требуется перерегулировка карбюратора.

Согласно результатам стендовых испытаний «АвтоВАЗа», применение бензина АИ-95Э с 5-процентным содержанием спирта не приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик автомобиля и не требует изменения исходных регулировок двигателя.

А вот для работы на чистом спирте требуется увеличение вместимости топливного бака и степени сжатия до 12 – 14 ед. (чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива) и перерегулировка карбюратора или перепрограммирование ЭБУ инжекторного двигателя. Горючую смесь необходимо немного обогатить: для сгорания 1 кг спирта требуется 9 кг воздуха, а для сгорания 1 кг бензина – 14,93 кг.

Низкое давление насыщенных паров и высокая теплота испарения спирта делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей уже при температуре окружающей среды ниже +10°С. Для улучшения пусковых качеств в спирт добавляют 4 – 6% изопентана (С5Н12) или 6 – 8% диметилового эфира (СН3-О-СН3 или С2Н6О), что обеспечивает нормальный пуск двигателя при температуре от –25°С и выше. Для этой же цели спиртовые моторы оборудуют специальными пусковыми подогревателями. В случае неустойчивой работы двигателя при повышенных нагрузках (из-за плохого испарения спирта) применяется дополнительный подогрев топливной смеси с помощью, например, отработавших газов.

Дизель и спирт

Адаптировать дизельный мотор для сжигания в его цилиндрах спирта гораздо сложнее. Венским техническим университетом были проведены экспериментальные исследования на 4-цилиндровом тракторном дизеле фирмы Steyr.

Ввиду того, что цетановое число этанола низкое, двигатель был дополнительно оснащен электронной системой зажигания, а головку цилиндров модернизировали для размещения свечей зажигания. Кроме того, была изменена геометрическая форма камеры сгорания в днище поршня, установлены новые топливный насос высокого давления, форсунки и топливоподкачивающий насос повышенной производительности. Исследования показали, что дизель работает на этаноле практически бездымно. По сравнению с работой на дизельном топливе выброс NOx снижается, что является результатом уменьшения температуры вследствие повышенной теплоты испарения этанола. Выброс СО такой же, как у бензинового ДВС, выброс СН относительно высок, однако может быть радикально снижен при применении простейшего окислительного нейтрализатора. При переходе на дизельное горючее дымность и расход топлива у переоборудованного дизеля значительно выше, чем первоначально. Объемный расход у этанола почти в 2 раза больше, чем у дизельного топлива, что является следствием его более низкой теплоты сгорания, а удельный приведенный расход лишь немногим выше.

Модернизировать двигатель могут не только автопроизводители, но и специализированные фирмы. Например, в США бензиновые двигатели и дизели для работы на альтернативном топливе переоборудует фирма Jasper Engines and Transmissions. Переделываются моторы от 8-цилиндровых V-образных до рядных 6- и 4-цилиндровых. После переоборудования двигатели могут работать на метаноле, этаноле, сжатом и сжиженном природном газах.

Идея использования спирта в качестве топлива не нова. Самый богатый опыт его применения в ДВС имеет Бразилия. После мирового нефтяного кризиса 1973 – 75 годов в этой стране в начале 80-х приняли программу «Топливо на основе этанола». В результате здесь до конца прошлого столетия этанол ежедневно заменял до 250 тыс. баррелей импортируемой нефти. В 90-х годах в Бразилии этиловый спирт служил горючим более чем для 7 млн. машин, а его смесь с бензином (газохол) – для еще 9 млн. авто. Этанол в этой стране изготавливают из сахарного тростника, а продают через заправочную сеть, насчитывающую 25 тысяч станций.

Вторым мировым лидером по использованию этанола в автотранспорте являются США. Здесь также реализуется программа замены бензина спиртом, который получают при переработке излишков кукурузы и других зерновых культур. Чистый этанол в этой стране используется как горючее в 21 штате, а на бензоэтаноловую смесь приходятся 10% топливного рынка США.

Раньше заинтересованность в использовании более дорогого этанола ($60 за баррель) в качестве моторного горючего за рубежом была обусловлена налоговыми льготами. В США они компенсируют продавцам убыток в случае, если те продают этанол по цене бензина. Сейчас, после скачка цен на нефть ($40 – 50 за баррель), с учетом переработки сырья для получения бензина, стоимость этих видов топлива практически сравнялась. Поэтому использование спирта оказалось еще целесообразнее.

Применение спирта в качестве топлива получило поддержку и в некоторых европейских странах – в частности, Франции и Швеции. 7 ноября 2001 года две комиссии ЕС приняли так называемые биодирективы относительно использования биотоплива в странах Евросоюза. Они предусматривают обязательное применение этого горючего как добавки к бензину в будущем.

Этанол (С2Н5ОН) – винный, или питьевой спирт, являющийся важнейшим представителем одноатомных спиртов. Эта бесцветная жидкость, которая смешивается в любых соотношениях с водой, спиртами, эфирами, глицерином, бензином и другими органическими растворителями, горит бесцветным пламенем. Этанол, обладая высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом. Для получения бензина АИ-95 требуется добавить в бензин АИ-92 около 10% этанола.

Метанол (СН3ОН), или древесный спирт – простейший представитель предельных одноатомных спиртов, бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом. Смешивается с водой во всех соотношениях, а также с другими спиртами, бензолом, ацетоном и другими органическими растворителями. Основной способ производства метанола – синтез из водорода и оксида углерода. Сырьем для этого служат природный, коксовый и другие газы, содержащие углеводороды (например, синтез-газ), а также кокс, бурый уголь, древесина, сланцы, биомасса и др.

Из приведенных данных хорошо видно, что введение спирта в дизельное топливо приводит к росту давления (Р) в ВМТ более чем на 20%. Резко увеличивается скорость нарастания давления, т. е. возрастает жесткость работы двигателя. Горение этанольного топлива начинается раньше. При этом момент на валу двигателя снижается. Иными словами, введение этилового спирта в дизельное топливо ухудшает его технико-экономические показатели. Однако при этом несколько улучшаются экологические показатели работы мотора. Для получения максимального эффекта от введения спирта в дизельное топливо необходимо провести регулировку двигателя.

В конце июня 2000 года Правительственный комитет по реформированию аграрного комплекса и проблемам экологии одобрил проект государственной программы «Этанол: 2000 – 2010», а также «Программу государственной поддержки развития нетрадиционных и возобновляемых источников энергии и малой гидро- и теплоэнергетики», разработанной в соответствии с Указом Президента Украины № 285 от 2 апреля 1997 года. Кабинет Министров Украины постановлением № 1044 от 4.07.2000 года программу «Этанол» утвердил. Документ предусматривает ускоренный перевод примерно трети автопарка на газохол и этанол.

Ресурсы по производству этанола в нашей стране практически неисчерпаемы: из отходов сельского хозяйства, главным образом свекловодства, и переработки импортного тростникового сахара-сырца ежегодно производится свыше 5,5 миллиона декалитров этанола и 300 – 310 тысяч декалитров технических спиртов. Мощности украинских предприятий позволяют выпускать 66 миллионов декалитров таких спиртов в год. В середине июня этого года Украина договорилась с Кубой об увеличении бартерных (в обмен на промышленные изделия) поставок тростникового сырца. По оценкам кубинских специалистов, около 25% этого сырья может использоваться исключительно для производства спиртового и спирто-нефтяного топлива. Программа «Этанол» предусматривает, в частности, перепрофилирование более трети мощностей украинских спиртовых и смежных (перерабатывающих сахарное сырье) заводов на выпуск высокооктановых кислородосодержащих добавок к бензину и техническому спирту – в основном из сельскохозяйственного сырья. Эксперты оценивают это как наиболее перспективное и экономически выгодное решение.

Подготовил Юрий Герасимчук
Фото Сергея Кузьмича

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Cпирт в бензобак

Многих автовладельцев беспокоит проблема накопления в бензобаке воды. Она попадает туда при самых различных обстоятельствах, контролировать которые практически невозможно. Особенно заметен процесс ее накопления во время межсезонья и дождливой погоды. Увидеть после очередного пасмурного дня слой жидкости на дне бензобака можно невооруженным взглядом. Зимой эта жидкость с легкостью превращается в лед и попросту закупоривает топливную систему. Ходит миф, что избавиться от подобной неприятности можно путем добавления в отсек для бензина некоторого количества спирта. Якобы он сможет обеспечить отток воды с помощью системы сгорания топлива. Разобраться в том, работает такой метод, или нет, поможет данная статья.

Выгодно ли добавлять спирт в бензин?

Выход из ситуации в виде похода в магазин и приобретения специальных жидкостей, выводящих воду, попросту нерентабелен. Ведь стандартные флаконы, литраж которых составляем около 500 миллилитров, предназначены скорее для регулярного профилактического применения. А в случае внезапной потребности едва ли смогут помочь. Стандартизированные тюбики автохимии смогут справиться с несколькими сотнями грамм воды, а на больший ее объем попросту не рассчитаны. Покупка таких средств для устранения локальной проблемы встанет в достаточно крупную сумму. Поэтому рассматривать такое решение проблемы не приходится.

Какие преимущества дает спирт?

Наиболее оптимальным и бюджетным средством для удаления воды из бензобака может стать добавление в бензин этилового спирта. Хорошим средством также может быть изопропиловый спирт, который, к сожалению, достаточно редко встречается в продаже. Также в интернете можно встретить советы по добавлению в бензобак ацетона. Их лучше сразу же игнорировать, ведь последствия будут крайне негативными: ацетон прекрасно растворит все пластиковые и резиновые детали топливной и двигательной системы, что, как уже понятно, самым плачевным образом скажется на их работе. Как уже говорилось выше, в случае появления в бензобаке лишней воды, проще всего использовать этиловый спиртовой раствор. Стоимость его не превышает и тысячи рублей за пятилитровую тару. А для удаления 500 миллилитров воды понадобится всего полтора литра обычного медицинского спирта.

Какие бывают последствия?

Несмотря на преимущества добавления спирта в бензин, он может также и негативно влиять на общее состояние автомобиля. Могут появиться такие проблемы:

Части топливной системы, состоящие из резины, подвергаются большей нагрузке и начинают быстрее приходить в негодность.
Заметное ускорение коррозии различных деталей двигательной системы.
При решении добавить спирт в бензобак стоит знать – это может вызвать появление конденсата. А в случае чрезмерного его добавления образовавшаяся вода может замерзнуть в случае минусовой температуры. Чревато это полным перекрытием системы подачи топлива. В худших же вариантах расширившаяся при замерзании вода попросту разорвет какую-либо деталь топливной системы.

Данные проблемы могут вызвать неприятные последствия, вынуждающие посетить автосервиса и потратиться на очистку системы подачи топлива. Или же вообще придется произвести полный ремонт и замена двигательной части. Если использование такого топлива запрещено производителем автомобиля, то при нарушении этого правила автовладелец теряете гарантию.

Недостатки спиртового бензина

Топливная система старых авто не рассчитана на работу со спиртосодержащим топливом. Среди других недостатков спиртового бензина также выделяют:

необходимость хранить такой бензин в специальных условиях, иначе его качество ухудшится;
невозможность использовать его в карбюраторных автомобилях (спирт просто разъедает карбюратор);
увеличение уровня потребления топлива;
слабая распространенность заправочных станций с бензином, содержащим спирт;
ухудшение ездовых качеств автомобиля вместе с высоким процентом спирта;
наличие большого количества негативных отзывов от тех, кто пользовался таким топливом;
в жаркую погоду мощность автомобиля теряется.

Также спиртовой бензин засоряет топливную систему. А его длительное использование в старом авто приводит к трещинам на шлангах. Здесь не обойтись без модернизации топливной системы.

На стандартных автозаправочных станциях в ассортимент входит бензин категории АИ-95 с маркировкой E5 или E10, которые как раз и представляют собой бензино-спиртовую смесь.

Однако не зря на канистрах с этой жидкостью указана надпись «Перед применением проконсультируйтесь со специалистом», и преимущества от использования такого вида бензина могут открыться далеко не всем автовладельцам. До того как будет решено использовать бензин с добавлением спирта, важно проконсультироваться с профессионалами по вопросу возможности ее применения в конкретной марке автомобиля.

Какова норма содержания спирта в бензине?

Как уже говорилось ранее, продажа на автозаправочных станциях топлива с биоэтанолом (добавлением спирта) стала абсолютной нормой, как в странах Европы, так и в России. Даже в обычном бензине, согласно постановлениям 2014 года, регламентировано порядка пяти процентов спирта. Если человек собирается использовать подобное топливо, ему необходимо знать маркировку, показывающую процентное содержание бензина. Общемировая норма по продаже спиртосодержащего бензина регламентирует наличие на таре с таким топливом аббревиатуры «Е», от слова этанол. Рядом с ней обязательно указывается процент содержания спирта. Если на канистре красуется надпись Е5, содержания спирта в таком бензине будет равно пяти процентам.

Как влияет спирт на октановое число бензина?

Этанол является углеводородным соединением, которое имеет высокое октановое число. Именно поэтому этанольный спирт может применяться для добавления в бензин. При смешивании спирта и обычного бензина октановое число последнего повышается. Производители бензина, использующие стандарты Е10 повышают суммарное октановое число на 2-3% одним лишь смешиванием топлива с этанолом. Мощность двигателя повышается с уровнем повышения результирующего октанового числа. При добавлении спирта в бензин стоит помнить о том, что каждому автомобилю производителем рекомендовано использовать топливо с конкретным октановым числом. Если следовать этим указаниям, то можно продлить жизнь двигателя до максимума.

Содержание бензола и ароматических углеводородов в спиртовом топливе

Как известно, веществами, которые могут нанести какой-либо вред системе подачи топлива, и даже привести к ее поломкам, являются бензол и ароматические углероды. К тому же, бензол считается веществом, которое деструктурирует масляную прослойку мотора, тем самым, ухудшая показатели износоустойчивости цилиндров двигателя. Все спиртовые бензины производятся по стандартам качества, которые регулируют содержание в нем этих веществ. К примеру, содержанию бензола в «девяносто пятом» не превышает 1%. В том же 95 бензине, согласно Гостам, содержание ароматических углеводородов не должно быть выше, чем 10%.

Образцы бензина КЛО не должны иметь в своем составе более четырех процентов бензола, а показатели ароматических углеводородов должны находиться в диапазоне, меньшем, чем 10%. Худшие показатели среди всего спиртового топлива показывает бензин марки «Авиас». Исследования показывают, что стандарты качества соблюдаются данной компанией крайне посредственно. Содержание ароматических углеводородов колеблется в районе целых 20-25%, а бензол составляет в среднем 5-7% от общего литража.

Какое влияние оказывает спиртовой бензин на двигатель и топливную систему?

Самой большой проблемой, связанной с использованием спиртового топлива, является его исключительно негативные показатели коррозийной активности. Этанол – мощный растворитель. Он деструктивным образом воздействует на резину и пластик, которые входят в состав топливной и двигательной систем.

Те счастливчики, транспортные средства которых все-таки позволяют использовать для заправки спиртовое топливо, получают ряд следующих преимуществ:

несомненная экономичность – в среднем, его цена ниже на 20-30%;
бензин с добавлением спирта является более экологически-чистым топливом – количество вредных веществ, которые выделяются в окружающую среду вместе с выхлопными газами, при использовании топлива с добавлением спирта, несомненно, меньшее, чем при заправке автомобиля обычным бензином.

Автовладельцы, использующие смесь спирта и бензина, отмечают улучшение показателей работы двигателя – запуск его становится легче, а количество издаваемого при работе шума меньше.

Спирты в качестве топлива

К спиртовым топливам можно отнести метанол и этанол. Они получили наибольшее распространение в качестве моторного топлива.

Метанол (метиловый спирт), или древесный спирт, представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым и чуть острым запахом. Хорошо смешивается с водой.

Этанол (этиловый спирт, метилкарбинол, винный спирт, спирт) C₂H₅OH, или CH₃-CH₂-OH, — второй представитель гомологического ряда одноатомных спиртов.

В настоящее время автомобильная и топливная экономика стимулирует развитие промышленного производства этанола из возобновляемых отходов лесоперерабатывающей и сельскохозяйственной отраслей, а также массовое внедрение двигателей внутреннего сгорания, работающих на смесях, содержащих более 50 % этанола.

Этанол можно получать из различных технических культур.

Выход этанола из некоторых культур следующий, л/т:

сахарный тростник — 70;
маниок — 180;
сладкое сорго — 86;
сладкий картофель —125;
зерновые (кукуруза) — 370;
плодовые — 160.

Кроме того, этанол можно вырабатывать из соломы, как это делают в Канаде, из опилок — технология, прижившаяся в Швеции. Существует два способа получения этанола. Известный с давних времен способ получения этанола — спиртовое брожение органических продуктов, содержащих сахар (свекла и т.п.). Аналогично выглядит переработка крахмала, картофеля, риса, кукурузы, древесины под действием фермента зимаза. Реакция эта довольно сложна, ее схему можно выразить уравнением

В результате брожения получается раствор, содержащий не более 20 % этанола, так как в более концентрированных растворах дрожжи обычно гибнут. Полученный таким образом этанол нуждается в очистке и концентрировании, обычно путем дистилляции.

В промышленности наряду с первым способом используют гидратацию этилена. Гидратацию можно вести по двум схемам:

— прямая гидратация при температуре 300 °C, давлении 7 МПа; в качестве катализатора применяют ортофосфорную кислоту, нанесенную на силикагель, активированный уголь или асбест:

— гидратация через стадию промежуточного эфира серной кислоты с последующим его гидролизом (при температуре 80…90 °С и давлении 3,5 МПа):

Эта реакция осложняется образованием диэтилового эфира.

Этиловый спирт можно получать из целлюлозы, которую предварительно гидролизуют. Образующуюся при этом глюкозу подвергают в дальнейшем спиртовому брожению. Полученный спирт называют гидролизным.

В настоящее время осахариванию подвергают также другой полисахарид — целлюлозу (клетчатку), образующую главную массу древесины. Для этого целлюлозу гидролизуют в присутствии кислот (например, древесные опилки при 150…170 °С обрабатывают 0,1…5%-ной серной кислотой под давлением 0,7…1,5 МПа). Полученный таким образом продукт также содержит глюкозу и сбраживается на спирт при помощи дрожжей. Из 5500 т сухих опилок (отходы лесопильного завода средней производительности за год) можно получить 790 т спирта (считая на 100%-ный).

Обезвоженный этанол — жидкость в интервале температур от –117 °С до 78 °С с температурой воспламенения 423 °С.

Важная особенность этанола — способность выдерживать ударные нагрузки без взрыва, т.е. он обладает антидетонационными свойствами, из-за этого этанол гораздо предпочтительнее добавок из тетраэтилсвинца.

Превосходные свойства этанола как горючего обеспечивают двигателям 20%-ное увеличение мощности по сравнению с чистым бензином. Массовая плотность и теплотворная способность этанола ниже, чем бензина, соответственно, теплота сгорания (24 МДж/м3) на 40 % ниже, чем бензина (39 МДж/м3). Однако лучшее горение этанола компенсирует это уменьшение теплотворной способности. При этом двигатели потребляют примерно одинаковое количество газохола и бензина.

Топливный биоэтанол почти не содержит воды (его концентрация 99,8 %). Поэтому в технологии используется дополнительное обезвоживание при помощи молекулярных сит.

Топливо из смеси бензина с этанолом уменьшает образование нагара и снижает количество вредных веществ в двигателе автомобиля, сохраняя двигатель чистым и обеспечивая оптимальную его работу.

В двигателях внутреннего сгорания может применяться 95%- ный и обезвоженный 100%-ный этанол. При сжигании 95%-ного этанола требуется некоторая модернизация карбюратора. Смесь бензина с 20…22 % обезвоженного этанола, называемую газохолом, используют в обычных карбюраторных двигателях. Добавки спирта освобождают от необходимости введения в бензин такого антидетонатора, как свинец.

Этанол прекрасно горит, выдерживает ударные нагрузки без взрыва. Его октановое число равно 108 (по исследовательскому методу).

Этанол способствует снижению образования парниковых газов, выбросов котельных и автомобильных выхлопов, токсических веществ и аэрозолей в атмосферу. Это эквивалентно исчезновению 1 миллиона автомобилей с дорог каждый год.

Использование 10 % смесей этанола снижает выброс парниковых газов на 12…19 % по сравнению с обычным бензином. Этанол снижает выброс оксида углерода на 30 % (даже в новых автомобилях), твердых частиц — на 50 %, уменьшает образование вторичной пыли, количество ароматических углеводородов в бензине. Токсичность отработавших газов снижается на 21 %.

Недостатком применения спиртов как топлива для дизелей являются их низкие цетановые числа (для метанола — 5, для этанола — 8) и теплота парообразования, более чем в 4 раза превышающая теплоту парообразования дизельного топлива, что приводит к большой продолжительности задержки воспламенения, а также к затруднению пуска дизеля. Помимо указанных выше недостатков использование спиртов в дизелях затрудняется из-за их плохих смазывающих свойств, что ведет к повышенному износу топливной аппаратуры. В связи с высокой коррозионной активностью элементы топливной системы двигателя, изготовленные из легких сплавов и неметаллических материалов, должны быть заменены. Так как низшая теплота сгорания спиртов ниже нефтяного топлива, то и расход его увеличится в 1,5 раза. В связи с облегчением топлива повышается шумность дизеля.

Просто заменить дизельное топливо на спирт в штатной топливной системе дизеля невозможно. Необходимо компенсировать изменение свойств этих топлив. В настоящее время найдены разнообразные способы применения спиртов в качестве топлив для дизелей: растворы и эмульсии спиртов в дизельном топливе; карбюрирование или впрыскивание спирта во впускную систему, а дизельного топлива — в цилиндр; впрыскивание спирта и запального топлива в цилиндр; конвертация дизеля в двигатель с внешним смесеобразованием и принудительным зажиганием; впрыскивание спирта с присадкой, повышающей цетановое число. При использовании эмульсии метилового спирта в дизельном топливе наблюдается снижение содержания сажи и твердых частиц в отработавших газах дизеля, что является следствием повышенного содержания кислорода в спирте. При использовании спирта температура отработавших газов снижается, соответственно, уменьшаются выбросы NO_x. Содержание СО остается на уровне работы на дизельном топливе. Наблюдается незначительное повышение СО₂ и C_nH_m. Также спиртам при сгорании свойственны повышенные выбросы альдегидов (формальдегиды для метанола и альдегиды для этанола). Но тем не менее спирты возможно получать из возобновляемых источников, и они расширяют спектр топлив для дизелей.

Спирт вместо бензина, можно ли заменить на автомобиле

СМОЖЕТ ЛИ БЕНЗИН ИЗ СПИРТА ЗАМЕНИТЬ ТОПЛИВО?

С каждым годом всё активней истощаются ресурсы природы. Бензин постоянно увеличивает свою стоимость, поэтому учёные всё чаще задумываются о создании альтернативного источника топлива. Сегодня мало кто знает, что такое спиртовой бензин, но этот продукт уже давно рассматривается в качестве замены классическому виду топлива.

ВАЖНОСТЬ ВОПРОСА

Необходимость в поиске замены горючего возникла из-за развивающего нефтяного кризиса. Но для этих целей рассматривается не только этиловый, но и метиловый спирт. Как известно, последний обладает повышенной ядовитостью, а его испарения крайне опасны для окружающей среды и человека. Соответствуя стандартам, концентрация этого вещества в воздухе не должна превышать 5 мг/м3. Но учёных не останавливает этот показатель и они продолжают исследования с метанолом.

Основной целью таких работ является компенсация исчерпывающих ресурсов нефтяного промысла. Согласно исследованиям, кризис топлива должен начаться уже через 50 лет. На практике было обнаружено много потенциальных альтернатив, но именно смесь спирта и бензина считается самым оптимальным вариантом.

ДОБАВЛЕНИЕ СПИРТОВ

Подобная идея замены бензина не считается новой. Впервые она была озвучена в Париже в 1902 году, когда были представлены 70 двигателей, работающих на основе этилов. С тех пора эта идея регулярно обсуждается.

На практике это было реализовано в 1906 году, когда добавление спирта в бензин стало основой для работы общественного транспорта Парижа. Многих сразу привлекла дешевизна новинки и её уменьшенная пожароопасность. Позже этот способ начали использовать и в Германии для обычных автомобилей. Исследования показали явную выгоду нового вида топлива, так как при 1 литре полученной смеси можно было проехать 7,5 км, а вот с чистым бензином — 5,8 км.

ВНИМАНИЕ К НОВИНКЕ

Такие исследования были проведены и в России в 1914 году. Тогда для этого был выпущен целый ряд новых двигателей. В работах Бриллина был сделан вывод, что использование этилов как альтернативы классическому бензину показывает существенную экономию топлива и прирост мощности. Позже даже было решено разработать специальные подогревающие проборы, которые улучшили бы пуск автомобиля и вывод выхлопных газов. Америка также не стала отставать, проводя большое количество исследований.

В наше время спирт в бензин добавляют в первую очередь не для повышения экологичности работы транспорта, а для экономии нефтепродуктов. В странах Америки больше всего распространено топливо на основе этила, ведь его можно получать из продуктов вторичной переработки (отходы от выращивания кукурузы, биомассы, древесные опилки и солома). На просторах же Европы первенство в выборе альтернативного топлива завоевал метанол, который можно добывать из газа.

ПРОИЗВОДСТВЕННАЯ БАЗА

Для создания топлива на основе спирта в России присутствует большая база, которая включает технологические и сырьевые преимущества. Даже на сегодняшнем этапе можно производить более 160 тысяч тонн этанола в год и 1,4 млн тонн метанола. На практике же только небольшое количество компаний действительно используют полученную технологию, добавляя в бензин 5% этанола.

В период 80-х годов были проведены масштабные испытания, которые показали высокую эффективность такого вида топлива, но для его полноценной работы потребуется изменение конструктивных особенностей автомобиля.

ВСЕ ЗА И ПРОТИВ

Несмотря на все особенности и преимущества, добавка спирта в бензин косвенно отличается от привычного топлива. В частности, это:

детонационная стойкость;
теплота испарения;
теплота сгорания.

Благодаря тому, что этиловые смеси обладают меньшим порогом детонации, они могут подвергаться более сильному сжатию. За счёт этого повышается мощность мотора, что является несомненным плюсом. Из-за этого свойства сегодня создают смеси бензина и спирта, чтобы улучшить его эксплуатационные особенности.

Также стоит отметить более низкую теплоту сгорания для спирта (40%), что позволяет экономить на ресурсах автомобиля. Теплота же испарения имеет высокие показатели, что улучшает наполнение цилиндров мотора и обеспечивает эффективное сгорание смесей, отчего двигатель становится на 10% мощнее.

ВОЗМОЖНЫЕ НЕДОСТАТКИ

На практике наблюдаются проблемы при холодном запуске мотора. Это вызвано повышенной теплотой испарения. Если добавить спирт в бензин, для автомобиля это может стать губительным. Именно поэтому при тестировании такого топлива было необходимо менять некоторые материалы в конструкции. При использовании смесей этиловых спиртов выделяется повышенная концентрация формальдегидов, которые имеют губительное действие на цветные металлы, пластмассу и некоторые виды резины. При обычных условиях эти материалы устойчивы к простому горючему.

Также значительным недостатком отмечают расслоение топлива, которое происходит при попадании в него воды. Для решения этой проблемы применяют специальные стабилизаторы в виде сложных спиртов. Регулярное использование топлива требует частой очистки внутренних механизмов от различных отложений. Также октановое число спирта и бензина имеет существенные различия (85 и 15%), а это вызывает трудности в его применении.

Исходя из перечисленного, можно сделать вывод, что развитие альтернативных источников топлива имеет большие перспективы. Это может стать реальным выходом из нефтяного кризиса, но подобная промышленность требует серьёзного совершенствования технологической базы, что сегодня активно проводится. В то же время производители продолжают добавлять небольшие пропорции спиртов в горючее, чтобы повысить их производительность.

С каждым годом на планете остаётся всё меньше полезных ископаемых. Поскольку совсем скоро запасы нефти исчерпаются, многие автомобилисты уже сегодня предпочитают переходить на альтернативные источники топлива. Самым выгодным считается использование спирта, но эта технология ещё недостаточно развита, поэтому редко применяется для полноценного использования.