За последние двадцать лет автомобильная промышленность достигла огромных результатов по снижению содержания вредных веществ в отработавших газах. Запрет на использование этилированных бензинов, применение каталитических нейтрализаторов отработавших газов и современных систем питания ДВС, позволили существенно уменьшить вредное воздействие автомобильного транспорта на окружающую среду и здоровье человека.
При работе автомобильных ДВС в атмосферу выбрасываются не только токсичные газы, но и двуокись углерода (СО 2).
Двигатели современных автомобилей стали более экономичными, а это привело к уменьшению выбросов двуокиси углерода. Применение альтернативных видов топлива также способствует как снижению вредных веществ в отработавших газах, так и снижению количества двуокиси углерода.
Сжиженные нефтяные газы (LPG - Liquefied Petroleum Gas) дают возможность снизить содержание вредных веществ в отработавших газах и одновременно примерно на 10% уменьшить количество СО 2 , выделяемого при работе ДВС.
Сжатый природный газ (CNG - Compressed Natural Gas) - это альтернативное топливо, которое может использоваться в ДВС с искровым зажиганием и в дизелях. Для использования в качестве топлива в ДВС он должен быть сжат до высокого давления, чтобы занимать меньший объем. Этот газ может транспортироваться в баллонах высокого давления. При его использовании в качестве топлива, обеспечивается снижение выбросов вредных веществ в атмосферу.
Метанол (Methanol) - спиртовое топливо, получаемое в процессе переработки нефти или каменного угля. При использовании метанола в качестве топлива для ДВС обеспечивается снижение уровня двуокиси углерода в отработавших газах на 5% по сравнению с бензином. Однако для получения той же мощности требуется вдвое большее количество топлива, чем при использовании бензина.
Этанол (Ethanol) - спиртовое топливо, получаемое из растений, таких как кукуруза, сахарный тростник и др., имеет примерно такие же свойства, как метанол и производит при сгорании меньшее количество оксидов азота и снижение содержания двуокиси углерода на 4% по сравнению с бензином. Отработавшие газы ДВС, работающего на этаноле, содержат вредные альдегиды, которые обладают неприятным запахом, вызывают раздражение слизистых оболочек организма человека и не могут быть устранены с помощью каталитических нейтрализаторов.
Водород (Н 2) - горючий газ, который при сгорании соединяется с кислородом образуя воду. Водород является наиболее перспективной альтернативой углеводородным видам топлива. Водород также является перспективным топливом для использования в силовых установках на топливных элементах.
Перечисленные альтернативные виды топлива могут в отдельных случаях, использоваться для автомобильных двигателей. Многие производители автомобилей имеют в своей программе выпуск автомобилей, которые могут использовать альтернативные виды топлива. Наиболее распространены автомобили, которые могут использовать наряду с бензином сжиженный газ или природный сжатый газ.

Автомобиль Mini Cooper, с двигателем, работающем на водороде

Двигатели опытных автомобилей BMW 750hL и Mini Cooper Hydrogen оборудованы системой впрыска жидкого и охлажденного водорода, смешивающегося с воздухом во впускном трубопроводе. Такой подход дает возможность улучшить наполнение цилиндров ДВС топливновоздушной смесью и свести до минимума загрязнение окружающей среды.
Использование альтернативных видов автомобильного топлива может несколько замедлить перспективу исчерпания мировых запасов нефти, но полностью не решает данной проблемы. Поэтому большинство ведущих мировых производителей автомобилей сейчас вплотную занимаются разработкой силовых установок, где используются альтернативные источники энергии.

Перспективы альтернативного топлива таковы, что уже сегодня мировые автопроизводители говорят о внедрении к 2010 году порядка 50 различных моделей, работающих на альтернативном виде горючего. В Европе особенно активны в этой области компании Mercedes-Benz, BMW, MAN. А к 2020 году, согласно резолюции ООН, нацелившей страны Европы на переход автомобилей на альтернативные виды моторного топлива, ожидается увеличение ТС на альтернативных видах топлива до 23% всего автопарка, из них 10% (порядка 23,5 млн. единиц) - на природном газе.

ТС на биотопливе

Биотопливо - использование биотоплива, например этанола (этилового спирта) или дизельного топлива (биодизеля), полученного из специально выращенных растений, обычно рассматривают как важный шаг к сокращению выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу. Конечно, при сжигании биотоплива углекислый газ попадает в атмосферу совершенно так же, как и при сжигании ископаемого топлива (нефти, угля, газа). Разница в том, что образование растительной массы, из которой было получено биотопливо, шло за счет фотосинтеза, то есть процесса, связанного с потреблением СО2. Соответственно, использование биотоплива рассматривается как «углерод-нейтральная технология»: сначала атмосферный углерод (в виде СО2) связывается растениями, а потом выделяется при сжигании веществ, полученных из этих растений. Однако стремительно расширяющееся производство биотоплива во многих местах (прежде всего в тропиках) ведет к уничтожению природных экосистем и утере биологического разнообразия.

Двигатели, работающие на биотопливе, используют энергию солнечного света, запасенную растениями. Энергия ископаемого топлива - это связанная энергия солнечного света, а выделяющийся при сжигании ископаемого топлива углекислый газ когда-то был изъят из атмосферы растениями и цианобактериями. Биотопливо ничем не отличается от обычного ископаемого топлива. Но разница есть, и определяется она временной задержкой между связыванием СО2 в ходе фотосинтеза и выделением его в процессе сжигания углеродосодержащих веществ. Кроме того, если связывание углекислого газа происходило в течение очень длительного времени, то высвобождение происходит очень быстро. В случае же использования биотоплива временной лаг совсем небольшой: месяцы, годы, для древесных растений - десятилетия.

При всех плюсах использования биотоплива быстрое увеличение его производства чревато серьезными опасностями для сохранения дикой природы, особенно в тропиках. В последнем номере журнала Conservation Biology появилась обзорная статья, посвященная вредным последствиям использования биотоплива. Ее авторы, (Martha A. Groom), работающая в рамках Междисциплинарной программы наук и искусств Вашингтонского университета в Ботелле (США), и ее коллеги Элизабет Грэй и Патрисия Таунсенд, проанализировав большой массив литературы, предложили ряд рекомендаций по тому, как сочетать получение биотоплива с минимизацией отрицательного воздействия на окружающую среду, с сохранением биоразнообразия окружающих природных экосистем.

Так, по мнению Грум и ее коллег, вряд ли заслуживает одобрения принятая во многих странах, и прежде всего в США, практика использования кукурузы как сырья для получения этанола. Культивирование кукурузы само по себе требует большого количества воды, удобрений и пестицидов. В результате, если учесть все затраты на выращивание кукурузы и производства из нее этанола, то окажется, что в сумме количество СО2, выделяющегося при изготовлении и использования такого биотоплива, почти такое же, как при использовании традиционного ископаемого топлива. Для этанола из кукурузы коэффициент, оценивающий выделение парниковых газов на определенный энергетический выход равен 81-85. Для сравнения, соответствующий показатель для бензина (из ископаемого топлива) составляет - 94, а для обычного дизельного топлива -83. При использовании сахарного тростника результат уже существенно лучше - 4-12 кг СО2/МДж.

Настоящий положительный скачок наблюдается при переходе к использованию многолетних трав, например одного из видов дикого проса - так называемого проса прутьевидного, обычного растения высокотравных прерий Северной Америки. Благодаря тому, что значительная часть связанного углерода запасается многолетними травами в их подземных органах, а также накапливается в органическом веществе почвы, территории, занятые этими высокими травами, функционируют как места связывания атмосферного СО2. Показатель эмиссии парниковых газов при получении биотоплива из проса характеризуется отрицательной величиной:

24 кг СО2/МДж (то есть СО2 становится меньше в атмосфере).

Еще лучше удерживает углерод многовидовой растительный покров прерий. Показатель эмиссии парниковых газов в этом случае также отрицательный:

88 кг СО2/МДж. Правда продуктивность таких многолетних трав относительно низкая. Поэтому и количество топлива, которое может быть получено с естественной прерии, составляет всего около 940 л/га. Для проса эта величина достигает уже 2750-5000, для кукурузы - 1135-1900, а для сахарного тростника - 5300-6500 л/га.

Очевидно, что замещая ископаемое топливо и снижая таким образом рост СО2 в атмосфере, биотопливо на самом деле может угрожать многим природным экосистемам, прежде всего тропическим. Дело, конечно, не в самом биотопливе, а в неразумной политике его производства. В уничтожении богатых видами природных экосистем и заменой их крайне упрощенными экосистемами сельскохозяйственных угодий. Большие надежды разработчики возлагают на использование в качестве сырья для биотоплива массы микроскопических планктонных водорослей, которые можно выращивать в специальных биореакторах. Выход полезной продукции на единицу площади при этом значительно выше, чем в случае наземной растительности.

В любом случае, необходимо оценить тот риск, который возникает для природных экосистем при культивировании растений, используемых в качестве сырья для биотоплива.

Достигнув более 30 рублей за литр бензина марки Аи-92 на подавляющем большинстве АЗС. Кроме того, эксперты прогнозируют, что новые повышения цен на бензин неизбежны, и это естественно заставляет задаться вопросом, какие альтернативы могут быть бензиновым (и дизельным) автомобилям.

Давайте взглянем на некоторую статистику по ценам на топливо из продуктов переработки нефти:

Динамика роста цен на бензин Аи-92

Динамика роста цен на дизельное топливо

Статистика цен на бензин в различных странах

Ну, как выясняется, есть много таких альтернатив. И многие из них находятся на дороге к созданию или даже в дилерских центрах прямо сейчас. В то время как некоторые альтернативы займут некоторое время, прежде чем выйдут в круг широкого использования, всё же довольно интересно знать, в каких направлениях работают на сегодняшний день компании, которым не всё равно, на чём будут ездить машины в будущем... В обозримом будущем.

Итак, какие альтернативные виды топлива существуют на сегодняшний день?

Водород

Использование водорода в качестве топлива Вашего автомобиля может вызвать в воображении образы Гинденбурга, но это на самом деле вполне безопасно. Водород может на самом деле присутствовать в виде топлива как такового в двух различных типах автомобилей: автомобилей с топливными элементами в виде водорода и автомобилей, которые имеют двигатель внутреннего сгорания , который спроектирован, чтобы использовать водород вместо бензина.

В первом случае водород используется для выработки электроэнергии, которая затем используется для питания электродвигателя. Так водородный автомобиль использует топливный элемент для выработки собственной электроэнергии. В химическом процессе в топливном элементе водород и кислород объединены, чтобы создать электричество, и единственным побочным продуктом этого процесса является водяной пар. Эту технологию уже используют в автомобиле Honda FCX Clarity, и в настоящее время автомобиль получает всё больший рейтинг.

В двигателе внутреннего сгорания водород является источником топлива вместо привычного бензина или дизельного топлива. Вместо вредных выбросов CO 2 , которые производит бензин, опять же, водородные автомобили производят только водяной пар. Много автопроизводителей в настоящее время испытывают водородные автомобили. В настоящее время BMW Hydrogen 7 является, пожалуй, самым известным из них - компания сдала в аренду несколько опытных таких машин в Германии и США, и некоторые тесты даже показали, что автомобиль на самом деле очищает воздух вокруг себя во время работы.

Тем не менее, водородные автомобили пока не получили широкого распространения в значительной степени, потому что сегодня нет необходимой инфраструктуры водородных заправочных станций. А вот следующий вид альтернативного топлива несколько легче найти - и по сути, Вы используете его прямо сейчас.

Электричество

Может показаться, что электрические автомобили - это долгожданный прорыв в использовании альтернативных видов топлива. Но дело в том, что некоторые из самых ранних автомобилей уже использовали электродвигатели. Тем не менее, только из-за последних событий, включая широкое распространение как следствие активной PR-кампании автомобилей Тесла, электрические автомобили стали более жизнеспособным методом для повседневной езды.

Но что сдерживает технологию от проникновения в широкие массы? Технология батареи и электродвигателя. Перемещение автомобиля требует много энергии, и, чтобы делать это на высоких скоростях и на большие расстояния, требуется очень много энергии. В прошлом электрические автомобили не могли проезжать большие расстояния (более нескольких километров), и как только их батареи садились, требовались долгие часы, чтобы их перезарядить. Дело в том, что электродвигатель сам по себе достаточно прожорлив в плане потребления электроэнергии. Добавьте к этому огромный вес самого аккумулятора (в современном электромобиле он может составлять половину массы всей машины), и недостатки такого вида альтернативного топлива станут достаточно весомыми.

Тем не менее, с новыми технологиями аккумуляторных батарей некоторые автопроизводители преодолели такие ограничения. Новые батареи (литий-ионные батареи, если быть точным) являются такими же, какие установлены в Ваш сотовый телефон или ноутбук. Они заряжаются достаточно быстро и работают дольше. А автомобили, такие как Tesla Model S, используют их не просто для перемещения в физическом понимании этого слова, а для получения производительности, достойной суперкаров. Другие автомобили, которые также укрепляются на рынке, такие как Chevy Volt и Toyota Prius, например, используют эти типы батарей в сочетании с двигателем внутреннего сгорания, чтобы создать новый класс автомобиля с расширенным диапазоном использования источника передвижения. Батареи можно заряжать, подключив машину к обычной розетке; однако, когда заряд батареи начинает иссякать, включается бензиновый генератор, чтобы перезарядить её и не допустить остановки автомобиля.

Биодизель

Мы надеемся, что Вы прислушались к совету, что обезжиренная диета с ограниченным количеством жареной пищи хороша для Вашего здоровья. Впрочем, то же самое не обязательно справедливо для Вашего автомобиля.

Биодизель является одним из видов топлива, который производится из растительного масла. Любой автомобиль с дизельным двигателем может работать на нём, но не пытайтесь запустить двигатель, выжав перед этим в топливный бак салфетку, оставшуюся с Вашего последнего визита в Макдональдс. Для того, чтобы привести в движение машину, масло должно быть преобразовано в биодизельное топливо через определённый химический процесс.

Сам процесс можно реально сделать в домашних условиях. На самом деле, много любителей биодизеля делают своё собственное топливо с использованием растительного масла из местных ресторанов. Однако, существует небольшой риск, связанный с этим процессом. Если Вы сделаете это неправильно, Вы можете наделать много вреда для Вашего автомобиля (не говоря уже о своём доме и собственной безопасности). Прежде чем пытаться сделать биодизель по какому-либо найденному рецепту, убедитесь, что это хорошая идея, потренировавшись некоторое время с кем-то, кто уже успешно делал это.

Однако, энтузиасты по биодизелю по-настоящему довольны такой идеей. Такое топливо не только значительно дешевле и чище, чем ископаемое дизельное топливо, оно также придаст выхлопам Вашего авто запах картофеля-фри... Без шуток!

Этанол

Теперь Вы знаете, что можете запустить автомобиль даже на растительном масле, но что, если Вам критично не нравится ездить по городу, пахнущему фри или у Вас вовсе аллергия или неприятные ассоциации с этим запахом? Каковы другие варианты? На самом деле, есть и другие варианты заставить автомобиль работать на овощах.

Этанол также является одним из наиболее распространённых видов альтернативного топлива. Его часто добавляют в бензин в летнее время, чтобы помочь сократить вредные выбросы. Этанол, на самом деле, является одним из видов алкоголя (но даже не думайте пытаться его пить), произведённого из растительного материала. В Соединенных Штатах он обычно производится из кукурузы, в то время как в других странах, например, в Бразилии, его делают из сахарного тростника.

Сегодня достаточно немало автопроизводителей предлагают свои автомобили с многотопливными двигателями. Эти двигатели могут работать на традиционном бензине или этаноле E85 в топливной смеси, когда топливо состоит на 15 процентов из бензина и на 85 процентов из этанола. Этанол получил широкое признание как хороший способ удешевить бензин в странах, где нефть закупается из других стран - яркий пример этому - США. Тем не менее, требуется довольно много энергии, чтобы произвести этанол, поэтому там, где нефть стоит дешевле, так как добывается внутри страны (Россия и относится к таким странам), этанол не особо то и выгоден. Кроме того, существует необычное мнение, что, поскольку фермеры могут заработать больше денег, выращивая сельскохозяйственные культуры для производства этанола, они перестанут выращивать эти культуры для производства продуктов питания, что могло бы резко поднять цены на продовольствие.

Несмотря на эти опасения, этанол сегодня предлагает много преимуществ в качестве альтернативного топлива, а сеть этаноловых заправочных станций в ряде стран продолжает расти.

Сжиженный природный газ

Продолжая кулинарную тему, отметим следующий альтернативный вид топлива, который, впрочем, производится не из пищевых продуктов, но его также можно встретить на кухне. В отличие от этанола и биодизеля, это не то, что Вы могли бы съесть или выпить в исходной его субстанции, но это то, что топ-повара используют для приготовления пищи: природный газ.

Природный газ является ископаемым топливом. Да, это не совсем экологически чистый продукт, но в результате его использования в автомобилях производится несколько меньше вредных выбросов. Природный газ, который Вы часто используете, чтобы готовить пищу и согреть Ваш дом, является природным газом в виде очень низкого давления таким образом, чтобы он стал сжиженным, чтобы давать намного больше энергии и занимать при этом меньше места. Когда сжиженный природный газ (СПГ) сжигается, он освобождает гораздо больше энергии. Так, например, вместо того, чтобы просто нагревать суп - несжатый природный газ справляется с этим просто отменно, сжиженный природный газ может питать крупногабаритное оборудование, такое как грузовик. В общем-то это основная цель, для которой он используется - питание тяжёлых грузовиков, путешествующих на дальние расстояния.

Сжиженный нефтяной газ

Если Вы недавно были на пикнике, то Вы, вероятно, знакомы с нашим следующим альтернативным видом топлива: сжиженным нефтяным газом (или просто сжиженным газом). Всё ещё не уверены, что Вы видели это когда-либо? Ну, тогда вспомните газовые горелки с баллончиками с пропаном или грузовые "газельки" с красным баллоном пропана вместо бензобака!

Пропан является общим названием для сжиженного нефтяного газа, хотя это не совсем верно. Сжиженный нефтяной газ представляет собой углеводородный газ под низким давлением. Он состоит в основном из пропана, но также включает в себя другие углеводородные газы, и, прежде всего, это бутан. Сжиженный нефтяной газ хранится под давлением для того, чтобы находиться в жидком виде. Подобно сжиженному природному газу, сжиженный нефтяной газ (СНГ) даёт гораздо больше энергии, будучи плотным, и, следовательно, становится более полезным для питания легковых автомобилей и грузовиков.

Сжиженный газ работает в обыкновенном двигателе внутреннего сгорания после совсем небольших модификаций (правильно это называть установкой ГБО на автомобиль - адаптация машины под использование "пропана"). В то время как этот вид топлива не используется широко для автомобилей во многих странах, таких как США, к примеру, всё же в ряде стран до 10 процентов использования автомобильного топлива приходится на сжиженный нефтяной газ, и наша страна в этом плане - один из лидеров использования СНГ.

Сжатый природный газ

Последний из трёх видов альтернативного топлива, имеющих схожие названия и которые легко перепутать - это сжатый природный газ (СПГ), в котором преобладает метан.

Сжатый природный газ - это то же самое топливо, которое можно использовать в Вашем доме для приготовления пищи и отопления, и оно работает в Вашем доме. В случае транспортного средства СПГ также хранится в баллонах высокого давления. И это очередная модификация газообразного ископаемого топлива, которая является самой экологичной, производя меньше всего выбросов CO 2 в атмосферу при аналогичных показателях производительности, но при этом также является одним из самых громоздких - менее всего сжимается при его охлаждении под низким давлением, занимая гораздо большее пространство в машине, чем предыдущие два вида альтернативного топлива.

Сжатый воздух

Воздух есть везде, так почему бы не использовать его в качестве топлива для автомобиля? И, хотя это кажется бредовой идеей, ведь воздух попросту не горит, всё-таки автомобили могут работать на сжатом воздухе.

В таком типе машины воздух сжимается в трубах высокого давления. В то время, как типичный двигатель использует воздух, смешанный с бензином (или дизельным топливом), который затем зажигается искрой (или высоким давлением в случае дизеля) для выработки энергии, двигатель на сжатом воздухе использует расширение сжатого воздуха, поступающего из трубки высокого давления для привода поршней двигателя.

Тем не менее, автомобили на сжатом воздухе не работают полностью на этом самом воздухе. Электродвигатели также присутствуют на борту машины для сжатия воздуха, только потом отправляя его в трубки высокого давления автомобиля. Однако, эти машины не могут считаться полностью электрическими автомобилями, главным образом, потому что электродвигатели здесь не непосредственно питают авто, приводя в движение его колёса. Электродвигатели намного меньше, чем те электродвигатели, используемые в электроавтомобилях, где основной функцией двигателя является приведение в движение машины. Поэтому автомобили на сжатом воздухе потребляют гораздо меньше энергии, чем электромобили.

Жидкий азот

Жидкий азот является ещё одной альтернативой продуктам нефтепереработки. Как и водород, азот находится в изобилии в нашей атмосфере. Кроме того, как и водород, автомобили под питанием азота делают гораздо меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо. Но, в то время как водород используется в топливных элементах автомобилей, а также двигателях внутреннего сгорания, автомобили на жидком азоте требуют совсем другой тип двигателя в целом.

В самом деле, жидкий азот использует двигатель, подобный двигателю, используемому в пневматической машине. В таком двигателе азот хранится в сжиженном состоянии под огромным давлением. Для питания автомобиля азот выделяется в двигатель, где он нагревается и расширяется, чтобы создать энергию. В то время как типичный бензиновый или дизельный двигатель использует горение, чтобы заставить двигаться поршни, двигатель на жидком азоте использует расширение азота для питания энергетических турбин.

Являясь экологичным и эффективным способом питания транспортного средства, жидкий азот сталкивается с теми же препятствиями, как и многие другие альтернативные виды топлива: отсутствие общенациональной сети заправочных станций для доставки его потребителям.

Уголь

Очередное альтернативное топливо в нашем списке, вероятно, является неожиданностью, и многие могут подумать, что это достаточно устаревший вид топлива.

Технически, уголь является относительно новым альтернативным топливом для автомобилей - косвенно, так или иначе, ведь всё новое - это хорошо забытое старое, хотя, некоторые поезда всё ещё приводятся в движение углём. Однако, в 21 веке владельцам не придётся бросать лопатой из ведра уголь в установки для сжигания, если это то, о чём Вы сразу подумали.

В то же время, как и электродвигатель в случае питания авто сжатым воздухом, уголь не питает двигатель напрямую. Давайте рассуждать: электрические транспортные средства (по большей части), не производят своё собственное электричество. Они несут в себе энергию в их заряженных батареях. А батареи получают свой ​​заряд от стандартной розетки, которая получает потенциальную энергию от электростанции, которая, в свою очередь, получает питание... от горящего угля в большинстве случаев. На самом деле, 50 процентов всей электроэнергии в мире происходит от угольных электростанций. Это означает, что, когда Вы проходите последовательно весь путь энергетической цепочки, много электрических машин на самом деле являются по сути машинами с питанием от угля.

В то время как уголь имеет аналогичные недостатки бензину, он также имеет некоторые преимущества. В пересчёте на километр поездки, электричество от угля является более дешёвым способом для питания автомобиля, чем бензин. Кроме того, во многих странах есть большие запасы угля - гораздо больше, нежели бензина. Кроме того, люди, которые получают электроэнергию из других источников, таких как гидроэлектростанции или атомные электростанции, ещё меньше загрязняют атмосферу.

Солнечная энергия

Только произнесите вслух это прекрасное название: "солнечный автомобиль"! Солнечный автомобиль является по сути обычным электромобилем с питанием от солнечной энергии, получаемой от солнечных батарей на автомобиле. Однако, солнечные батареи не могут в настоящее время быть использованы для прямого единоличного питания двигателя машины из-за недостаточности мощности, но они могут быть использованы для расширения диапазона питания и экономии электроэнергии от аккумуляторов таких электромобилей.

Диметиловый эфир

Диметиловый эфир (ДМЭ) является перспективным видом альтернативного топлива в дизельных двигателях, бензиновых двигателях и газовых турбинах, благодаря своему высокому цетановому числу (аналог октанового числа у бензина, определяющий качество сгорания топлива при его сжатии), которое составляет 55 единиц по сравнению с 40-53 единицами у дизельного топлива. При этом, совсем небольшие изменения необходимы для преобразования дизельного двигателя в диметилоэфирный двигатель. За счёт низкого количества вредных выхлопов, ДМЭ отвечает самым строгим нормам токсичности в Европе (Евро-5).

ДМЭ разрабатывается как синтетическое биотопливо второго поколения (BioDME), которое может быть изготовлено из лигноцеллюлозной биомассы, и в настоящее время наиболее активно его использует автоконцерн Volvo.

Аммиак

Двигатели, работающие на аммиачном газе, использовались ещё во время Второй мировой войны для приведения в движение автобусов в Бельгии. Жидкий аммиак также питает ряд ракетных двигателей во всём мире. Хотя он и не такой мощный и высокопроизводительный, как другие виды топлива, аммиак не оставляет сажи в многоразовых двигателях, а его плотность примерно соответствует плотности окислителя.

Аммиак уже давно был предложен в качестве практической альтернативы ископаемым видам топлива для двигателей внутреннего сгорания. Теплота сгорания аммиака составляет 22,5 МДж/кг, что составляет около половины от теплоты сгорания дизельного топлива. Аммиак может быть использован в существующих двигателях с довольно незначительными модификациями карбюраторов или инжекторов.

Однако, главным недостатком аммиака остаётся, конечно же, его высокая токсичность.

Водяной пар

Это по сути вымерший сегодня паровой автомобиль, который имеет паровой двигатель, и он также фактически работает на других видах топлива, которые и образуют этот самый водяной пар. В качестве топлива используются этанол, уголь и даже дерево. Топливо сжигается в котле, и тепло преобразует воду в пар. Когда вода превращается в пар, она расширяется. Расширение создает давление, которое толкает поршни, которые, в свою очередь, заставляют карданный вал вращаться.

Паровые автомобили требуют очень много времени между началом работы и приведением в движение такого авто, но некоторые из них могут достигать достаточно высокой скорости - более 160 км/ч в конце концов. Так, наиболее успешные автомобили начинали двигаться после запуска примерно через полминуты-минуту.

Паровой двигатель использует внешнее сгорание в отличие от двигателей внутреннего сгорания. Автомобили с питанием от бензина являются более эффективными при около 25-28% эффективности. Но это всё в теории, практические примеры паровых двигателей по эффективности составляют всего около 5-8% по сравнению с обычными ДВС.

Мускульная сила человека

О да, это самый неэффективный и не попросту не имеющий права на жизнь вид альтернативного топлива! Тем не менее, в очень небольших количествах транспортных средств, спрос на которые стремительно уменьшается, используется человеческая сила, чтобы улучшить показатели экономичности аккумуляторов, которые являются основным источником приведения в движение автомобиля. Два таких коммерческих авто, увидевших недолгий "свет", стали "Sinclair C5" и "Twike".

Водоросли

Биотопливо, полученное из водорослей, называют биотопливом третьего поколения - это относительно новый вид альтернативного топлива. По сути принцип работы двигателя на водорослях основывается на гниении этих водорослей, в результате которого выделяется метан, который используется в качестве основного топлива для приведения в движение машины.

В США рассчитали, что примерно 200 гектаров прудов, в которых будет выращиваться определённый вид водорослей, который лучше всего подходит для питания автомобилей, могут обеспечить таким топливом до 5% всех автомобилей страны. Тем не менее, в Соединённых же Штатах эта технология не прижилась из-за сравнительно более низкой стоимости нефти и высоких требований таких водорослей к росту (высокая температура и определённая окружающая среда).

Альтернативные виды топлива: сравнение

Вид топлива	Плюсы	Минусы	Примеры известных автомобилей	Оценка экологичности	Стоимость по сравнению с бензином или дизелем
Водород	Экологичность	Высокая температура горения	BMW Hydrogen 7 Chevrolet Equinox	Высокая	Высокая
Электричество	Экологичность Маленький объём двигателя Бесшумность Доступность источников питания (обычные розетки)	Большая масса аккумулятора Низкий пробег на одном аккумуляторе Долгая зарядка аккумулятора	Tesla Model S Tesla Roadster Chevy Volt Toyota Prius	Высокая	Низкая
Биодизель	Простота изготовления биодизеля Экологичность Возможность использования в ДВС Хорошие смазочные показатели Высокое цетановое число	Необходимость долгого прогревания двигателя зимой Низкий срок хранения (3 месяца) Удорожание сельхозпродуктов в случае широкого потребления биодизеля	-	Высокая	Умеренно высокая
Этанол	Хорошая возгораемость	Практически невозможность использования зимой Удорожание сельхозпродуктов в случае широкого потребления этанола В странах, где нефть не добывается, использовать этанол невыгодно	-	Средняя	Низкая
Сжиженный природный газ	Немного лучшая экологичность, чем у нефтепродуктов	Трудность транспортировки крупных объёмов	Грузовые автомобили	Средняя	Умеренно низкая
Сжиженный нефтяной газ	Нетоксичность Высокое октановое число Оснащённость инфраструктурой по АЗС		Любые автомобили после модификации установкой ГБО	Средняя	Умеренно низкая
Сжатый природный газ	Высокий КПД Нетоксичность Экономичность	Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобиле Самая низкая сжимаемость при охлаждении	Специальная версия Honda Civic GX	Средняя	Умеренно низкая
Сжатый воздух	Лучшая экономичность, нежели в электромобилях	Низкая эффективность	AirPod	Высокая	Низкая
Жидкий азот	Экологичность Полная замена двигателя	Опасность нахождения баллона под высоким давлением в автомобиле Отсутствие инфраструктуры при активных разработках	Volkswagen CooLN2Car	Высокая	Аналогичная
Уголь	-	-	-	Низкая	Умеренно низкая
Солнечная энергия	Практически нулевая стоимость Экологичность	Большая требуемая площадь для потребления энергии батареей	Solar Challenge	Высокая	Низкая
Диметиловый эфир	Высокое цетановое число Экологичность	-	Экспериментальные автомобили Volvo, Nissan и КАМАЗ	Умеренно высокая	Аналогичная
Аммиак	Экологичность выхлопов	Небольшая энергопроизводительность Высокая токсичность	Goldsworthy Gurney Специальная версия Chevrolet Impala	Средняя	Аналогичная
Водяной пар	Экологичность	Долгий процесс приведения в движение автомобиля Большой занимаемый объём Дороговизна использования (требуется нагрев воды) Очень низкая эффективность	Stanley Steamer	Высокая	Высокая
Мускульная сила человека	Экологичность	Самая низкая эффективность Бессмысленность	Sinclair C5 Twike	Высокая	Высокая
Водоросли	Экологичность	Требуются определённые условия для выращивания	-	Высокая	Высокая

Потребление альтернативных видов топлива на 2011 год

Международные инициативы в сторону снижения углекислого газа (CO2) и других вредных выбросов с судов являются драйверами поиска альтернативных источников энергии.

В частности, в отчете классификационного общества DNV GL рассматривается использование топливных элементов, газовой и паровой турбин вместе с электроприводными системами, что может быть эффективным только в сочетании с более экологичным видом топлива.

Использование топливных элементов на судах в настоящий момент находится в разработке, однако пройдет немало времени до тех пор, пока они смогут заменить основные двигатели. Концепты в данном направлении существуют уже сейчас, например, паром от VINCI Energies. Такое судно имеет длину 35 м. Оно будет способно держать заряд энергии, полученной от возобновляемых источников, в течение 4-х часов. На сайте компании сказано, что такое судно будет эксплуатироваться между французским островом Уэссан и континентом, начиная с 2020 года.

Также в качестве инновационных технологий рассматривается использование аккумуляторов и энергии ветра.

Судно, использующее энергию ветра, The Vindskip

Системы аккумуляторных батарей уже применяются в судоходстве, однако использование технологии для морских судов ограничено в связи с низкой эффективностью.

Наконец, использование энергии ветра, хотя и не является новинкой, должно еще доказать свою экономическую привлекательность в современном судостроении.

Напоминаем, что с 1-го января 2020 года содержание серы (SOx) в топливе не должно содержать более 0,5%, а выбросы парниковых газов должны быть сокращены на 50% к 2050 году, согласно последнему решению Международной морской организации (ИМО).

Альтернативные виды топлива

Среди альтернативных видов топлива в настоящее время рассматриваются: сжиженный природный газ (СПГ), сжиженный углеводородный газ (СУГ), метанол, биотопливо и водород.

ИМО в настоящий момент разрабатывает кодекс безопасности (IGF Code) для судов, использующих газ или другие экологичные виды топлива. Продолжается работа в области использования метанола и топлив с низкой температурой воспламенения.

Для других видов топлива IGF Code пока не разрабатывается, что судовладельцам необходимо принять во внимание.

Воздействие на окружающую среду

По данным DNV GL, при использовании СПГ выделяется меньше всего парниковых газов (основными парниковыми газами являются водяной пар, углекислый газ, метан и озон). Однако несгоревший метан, являющийся основной составляющей СПГ, создает выбросы с 20 раз более мощным парниковым эффектом, чем углекислый газ (CO2 - двуокись углерода).

Тем не менее, по заверениям производителей двухтопливных двигателей, объем несгоревшего метана в современном оборудовании не столь велик, и использование их дает снижение парниковых газов в судоходстве на 10-20%.

Углеродный след (количество парниковых газов, причиной которых стали деятельность организаций, действия по транспортировке грузов) от использования метанола или водорода значительно больше, чем при использовании тяжелого топлива (HFO) и морского газойля (MGO).

При использовании возобновляемых источников энергии и биотоплива, углеродный след меньше.

Самым экологичным видом топлива является водород, производимый из возобновляемой энергии. Жидкий водород может быть использован будущем. Однако у него достаточно низкий показатель объемной энергетической плотности, что приводит к необходимости создания больших мест хранения.

Что касается выбросов азота, для соответствия стандарту Tier III двигатели внутреннего сгорания с циклом Отто, работающие на СПГ или водороде, не нуждаются в оборудовании для очистки выхлопных газов. В большинстве случаев для удовлетворения стандарту не подходят двухтопливные двигатели, работающие по дизельному циклу.

Уровень выбросов азота при использовании разных видов топлива.

© Тишинская Ю.В., 2014

Актуальность данной темы обуславливается тем фактом, что судну для его функционирования необходимо большое количество топлива, что пагубно сказывается на состоянии окружающей среды, так как огромные грузовые корабли ежегодно выбрасывают в атмосферу миллионы кубометров углекислого газа, нанося огромный вред атмосфере и приближая таяние ледников на полюсах. Также в связи с нестабильными ценами на нефтепродукты и ограниченные запасы этих ископаемых заставляют инженеров постоянно искать альтернативные виды топлива и источники энергии.

Мировое судоходство является основным источником загрязнения окружающей среды, так как мировая торговля требует огромное количество потребления нефти и других горючих материалов для морских судов, но поскольку все больше внимания уделяется сокращению выбросов СО2, становится понятно, что настало время внесения изменений в силовые установки или вовсе найти им замену.

В настоящее время в рамках только одной страны потребление моторных топлив, производимых из нефти, может достигать сотни миллионов тонн. При этом автомобильный и морской транспорт являются одними из основных потребителей нефтепродуктов и останутся главными потребителями моторных топлив на период до 2040-2050 гг.

Также существенным толчком к развитию данного вопроса является тот факт, что в соответствии с требованиями Международной конвенции по предотвращению загрязнения с судов происходит планомерное ужесточение требований к содержанию оксидов серы, азота и углерода, а также твердых частиц в выбросах морских судов . Эти вещества наносят огромный вред окружающей среде и являются чуждыми любой части биосферы.

Наиболее жесткие требования выдвигаются для Районов Контроля Выбросов (Emission Control Areas - ECA). А именно:

· Балтийское и Северное моря

· прибрежные воды США и Канады

· Карибское море

· Средиземное море

· побережье Японии

· Малаккский пролив и др.

Таким образом , изменения норм по выбросам оксида серы с морских судов в 2012 году составляет 0 % и 3,5 % в особых районах и во всем мире соответственно. А к 2020 году нормы по выбросам оксида серы с морских судов в данных районах аналогично составят 0 %, а во всем мире уже снизятся до 0,5 % . Отсюда следует, необходимость решения проблемы снижения химических выбросов в атмосферу вредных веществ судовыми энергетическими установками и поиск новых, более «дружелюбных» видов топлива или энергии для использования последних на судах.

Для решения этих вопросов предлагается внедрение инноваций в двух различных направлениях:

1) Использование новых, более экологичных и экономичных видов топлива при эксплуатации судов;

2) Отказ от привычного нам топлива в пользу использования энергии солнца, воды, ветра.

Рассмотрим первый путь. Основными видами альтернативных топлив являются следующие:

Биодизель - это органическое топливо, производимое из масленичных культур.

Цена биодизеля марочного примерно в два раза выше цены обычного дизельного топлива. Исследования, проведённые в 2001/2002 годах в США показали, что при содержании в топливе 20 % биодизеля, содержание вредных веществв выхлопных газах увеличивается на 11 % и только использование чистого биодизеля уменьшает выбросы на 50 %;

Спирты - это органические соединения, содержащие одну или более гидроксильных, непосредственно связанных с атомом углерода. Спирты запрещены как топливо с низкой температурой вспышки;

Водород - это единственный вид топлива, продуктом сгорания которого не является углекислый газ;

Используется в двигателях внутреннего сгорания в чистом виде или в виде присадки к жидкому топливу. Опасность его хранения на судне и дорогостоящее оборудование для подобного использования делают данный вид топлива совершенно не перспективным для судов;

Водотопливная эмульсия производится на судне в специальной установке - при этом экономится топливо, уменьшаются выбросы оксида азота (до 30 % в зависимости от содержания воды в эмульсии), но не оказывает существенного влияния на выбросы оксида серы;

Сжиженные и компримированные горючие газы позволяют полностью исключить выбросы серы и твердых частиц в атмосферу, кардинально - на 80 % снизить выбросы оксидов азота, существенно - на 30 % снизить выбросы диоксида углерода .

Таким образом , можно утверждать, что единственным новым видом топлива, применение которого существенно влияет на экологические показатели судовых двигателей, является природный газ.

Перейдем к рассмотрению второго пути. Ветер и солнце являются самыми распространенными источниками энергии на земле. Многие организации предлагают всевозможные проекты по внедрению их в повседневную жизнь .

В международной практике существует уже несколько реализованных и еще нереализованных проектов судов с использованием энергии ветра и солнца для своего плавания.

В стремлении сократить расход топлива на больших торговых судах флота в мировом океане группой из Токийского университет был разработан проект “Wild Challenger”.

Используя гигантские выдвижные паруса, размеры которых составляют 50 метров в высоту и 20 метров в ширину, годовой расход топлива может быть снижен почти на 30 процентов. Для получения максимальной тяги паруса управляются индивидуально, и каждый парус является телескопическим с пятью ярусами, что позволяет складывать их, когда погода становится неблагоприятной. Паруса полые и изогнутые сделаны из алюминия или армированного пластика, что делает их более похожими на крылья. Компьютерное моделирование, а также испытания в аэродинамической трубе показали, что данная концепция способна работать даже при боковом ветре. Таким образом, проект “Wind Challenger” действительно может стать развитием экономичных судов будущего поколения .

Компания “Eco Marine Power” разработала проект «Aquarius », что в переводе означает «Водолей». Особенностью данного проекта, является использование солнечных панелей в качестве паруса.

Такие паруса даже получили собственное название «жесткий парус». Они станут частью крупного проекта, который позволит морским судам без проблем задействовать альтернативные источники энергии, находясь в море, на рейде и порту. Каждая панель-парус будет автоматически менять положение с помощью компьютерного управления, которые разрабатывает японская компания «KEI System Pty Ltd ». Панели также могут быть убраны при неблагоприятных погодных условиях.

Последнее достижение в области солнечных технологий означает, что теперь можно использовать комбинацию солнечных батарей и паруса, и этот факт выводит данный проект на передовые позиции в области развития современного судостроения.

Система «Водолей » разрабатывается таким образом, что она не требует много внимания со стороны экипажа судна и относительно проста в установке. Материалы, из которых изготовлен жесткий парус и другие компоненты системы, подвергаются переработке.

Система «Aquarius » станет привлекательной для вложения средств судоходными компаниями и судовыми операторами, за счет быстрой окупаемости проекта .

Можно сделать вывод о том, что оба этих пути призваны решать одни и те же проблемы. Внедрение данных проектов оказывает значительное влияние на мировые морские перевозки, способствуя значительному снижению уровня загрязнения окружающей среды и сокращению расходов на топливо и обслуживание. Что выбрать – дело каждого. Более простой путь для внедрения – использование экономичного топлива, так как эта технологи не требует полной замены флота, а может быть применена на уже существующих судах, однако все же при этом сохраняется определенный уровень расходов на топливо и выбросы вредных веществ в атмосферу. Выбор в пользу постройки судов, которые в своей эксплуатации используют альтернативные источники энергии, с одной стороны, требует полной замены флота, но с другой исключает расходы на топливо и существенно снижают различные виды загрязнений окружающей среды.

Литература

1. Сокиркин В.А. Международное морское право: учеб.пособие / Сокиркин В.А.,

Шитарев В.С. – М: Международные отношения, 2009. – 384 с.

2. Шурпяк В.К. Применение альтернативных видов энергии и альтернативных

топлив на морских судах [Электронный ресурс]. - Режим доступа к документу:

http://www.korabel.ru/filemanager

3. Корабли будущего [электронный ресурс]. – Режим доступа к документу:

http://korabley.net/news/korabli_budushhego/2010-04-05-526

4. Экономичные суда возможны [электронный ресурс]. – Режим доступа к

документу:http://korabley.net/news/ehkonomichnye_suda_vozmozhny/2014-01-06-

5.Альтернативная система «Водолей» может изменить морские перевозки

[электронный ресурс]. – Режим доступа к документу: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html