Эпоха бензиновых двигателей стремительно подходит к своему завершению. И на это существуют две главные причины. Первая — ресурсы нефти неумолимо уменьшаются, что приводит к постоянному увеличению ее цены. Эксперты полагают, что после 2020 года объемы добычи нефти начнут сокращаться. А вторая — растущие выбросы углекислого газа, создающие в атмосфере парниковый эффект, провоцирующий изменение климата. Поэтому ученые, а также производители автомобилей, активно ищут новые источники энергии.
Биоэтанол
У данного вида топлива имеются как сторонники, так и яркие противники. Очевидным его преимуществом, признанным всеми, является значительное уменьшение выбросов вредных веществ, что дает возможность укладываться с запасом во все действующие экологические нормы. Главными потребителями этанола являются США и Бразилия, а в Европе – Швеция. Американцы производят его из кукурузы, а бразильцы — из сахарного тростника. В этих странах также распространены автомобили Flex-Fuel (FFV), которые могут работать как на бензине, так и на его смеси с этанолом в любом соотношении.
Этанол в автомобилях используется не в чистом виде, а в сочетании с бензином в различных пропорциях. Топливо Е-10 включает 10% этанола и 90% бензина, тогда как E-85 содержит 85% этанола и 15% бензина. Все современные автомобили могут заправляться Е-10 без каких-либо изменений. При увеличении доли этанола необходимо внести изменения в двигатель и систему питания: нужны другие топливный бак и трубопроводы; уплотнения, устойчивая к воздействию как бензина, так и спирта; необходима перепрошивка блока управления; более прочные клапана и их седла. Этанол является гигроскопичным, то есть легко поглощает влагу, что может вызвать коррозию элементов топливной системы. Если автомобиль используется при низких температурах, в системе может возникнуть лед. Поэтому автомобилям FFV требуется предварительный подогрев топлива перед запуском.
Сторонники этанола считают, что его использование способствует улучшению работы двигателя: снижается вероятность детонации, поскольку октановое число этанола превышает значение бензина; двигатель не перегревается; форсунки мониторов не засоряются. Оппоненты утверждают, что мощность двигателя, работающего на этаноле, снижается, так как при его горении в цилиндрах вырабатывается на треть меньше энергии, по сравнению со сгоранием бензина. Это делает неизбежным увеличение расхода топлива — и никакой экономии не произойдет, только получите «зеленый» эффект.
Может ли произойти переход на биоэтанол в глобальных масштабах? Вряд ли. Для производства такого объема топлива потребуется засеять значительные территории. В Бразилии это, к примеру, приводит к вырубке лесов Амазонки. А что будет во всем мире? При получении этанола в атмосферу выбрасывается много углекислого газа — так к чему тогда эти усилия? Кроме того, перспектива, озвученная противниками биоэтанола, выглядит весьма логично: если все сельское хозяйство Земли будет производить сырье для топлива, то чем мы будем питаться? Поэтому, скорее всего, биоэтанол так и останется топливом «локального», а не глобального использования.
Биодизель
А как же насчет дизельных двигателей, могут спросить приверженцы этого типа ДВС? Не переживайте, для вас тоже предусмотрено биотопливо, называемое биодизелем. Биодизель получается в результате переработки растительных масел, основным сырьем для которого зачастую служат рапс, соя или подсолнечник. Мало кто, кстати, знает, что первые двигатели, созданные Рудольфом Дизелем, функционировали не на дизелем, а на арахисовом масле.
В автомобилях биодизель используется в сочетании с соляркой. Обозначения этого топлива зависят от доли биодизеля в смеси. Например: В-20 – 20% биодизеля и 80% обычного дизельного топлива. В отличие от биоэтанола, для использования биодизеля не требуется доработка двигателя и топливной системы. Это топливо обладает более высоким цетановым числом, превосходными смазочными свойствами и меньшим содержанием серы по сравнению с обычной соляркой. Все эти преимущества способствуют удлинению срока службы двигателя. И, конечно, главным преимущество биодизеля является снижение выбросов вредных веществ в атмосферу – ради этого, собственно, всё и делается!
А какие недостатки? Их действительно много. При использовании биодизеля мощность двигателя снижается, а расход топлива увеличивается. В условиях низких температур в системе питания появляются отложения воска. Биодизель более вреден для резинок. Срок хранения составляет не более 3 месяцев, иначе он начинает разлагаться.
Однако главным недостатком является то, что производство биодизеля значительно нагружает окружающую среду. Масличные растения крайне истощают почву. В результате необходимо увеличивать объем вносимых удобрений, остатки которых загрязняют грунтовые воды. Кроме того, как и в ситуации с биоэтанолом, сторонники биодизеля должны задать себе вопрос: что важнее – экологически чистое топливо в баке или пища на столе?
Биогаз
Для решения данной проблемы разработаны биотоплива второго поколения, среди которых находится и биогаз. Биогаз представляет собой результат переработки разнообразных видов пищевых и сельскохозяйственных отходов, навоза и прочих отходов. Не случайно его называют «канализационным газом». Составляющими биогаза являются метан и углекислый газ. Перед использованием в автомобилях его очищают от углекислого газа, что приводит к получению биометана. По своим характеристикам это эквивалент природного метана, разница заключается лишь в источнике.
К положительным аспектам биогаза следует отнести небольшую концентрацию вредных элементов в выхлопах, а также высокую стойкость к детонации. Кроме того, говорится, что газ не удаляет масляную пленку со стенок цилиндров, что способствует увеличению срока службы двигателя.
Недостатки заключаются в малой теплотворной способности, что приводит к увеличенному расходу; требуется заправка в громоздкие баллоны. Поэтому основная сфера его использования — городские общественные и грузовые перевозки.
Биотопливо третьего поколения
Биотопливо третьего поколения производится из водорослей, однако до его реального использования еще предстоит долгий путь. В отличие от сырья первого и второго поколений, водоросли возможно культивировать на участках и в водоемах, не пригодных для сельского хозяйства. Для их роста также можно применять закрытые фитобиореакторы. В процессе роста водоросли накапливают жиры и биомасла, обладающие молекулярной структурой, схожей с традиционной нефтью. При этом рост осуществляется благодаря естественному фотосинтезу, для которого нужны солнечный свет, вода, углекислый газ и питательные вещества. Увеличивающиеся в размерах водоросли поглощают углекислый газ, способствуя уменьшению количества парниковых газов в атмосфере. Водоросли способны производить больший объем биотоплива с одного акра (0,4 га) занятой площади, чем традиционные источники биотоплива на основе сельскохозяйственных культур. Водоросли могут генерировать более 2000 галлонов топлива с акра в год. Приблизительный выход топлива из других источников значительно ниже: пальмовые деревья — 650 галлонов, сахарный тростник — 450 галлонов, кукуруза — 250 галлонов, соя — 50 галлонов.
Перспективы биотоплива
Каковы будущие перспективы использования биотоплива? Если совсем недавно они выглядели довольно оптимистично, то с началом массового производства биодизеля и биоэтанола появились социальные, экономические и даже экологические трудности. Ключевыми из них стали увеличение цен на продовольствие; истощение почв из-за энергетических культур; вырубка лесов для создания дополнительных посевных площадей под «топливные» растения, что, в свою очередь, привело к изменению климата; а также продвижение генетически модифицированных культур в качестве сырья для биотоплива.
Все вышесказанное касается, в первую очередь, биотоплив первого поколения. Получение топлива второго поколения пока что не достигло значительных промышленных масштабов, поэтому говорить о возможных рисках преждевременно. В любом случае очевидно, что человечество не перейдет на биотопливо мировым масштабом, а его доля в общей структуре потребления вряд ли превысит 5%.
