Принципиально новым направлением в части снижения воздействия транспорта на окружающую среду является переход на экологически чистые виды топлива. В настоящее время существует несколько распространенных видов альтернативного, экологически более чистого топлива - сжиженный нефтяной газ, природный газ, биодизельное топливо, водород и др.
Применение сжиженного нефтяного газа требует не кардинального изменения конструкции автомобиля, а только его приспособления к установке газового оборудования, оставляя возможность использования как бензина, так и газа в качестве топлива. Сжиженный нефтяной газ - это экологически более безопасный вид топлива. При его использовании количество основных вредных веществ в выбросах снижается в 2 и более раза, износ основных деталей цилиндро- поршневой группы уменьшается в 1,5-2 раза, срок службы моторного масла становится выше, затраты на топливо сокращаются в 2 раза. Экологичность и экономичность работы двигателя на сжиженном газе зависит от оборудования, устанавливаемого на автомобиль. Наибольшей эффективностью обладают инжекторные системы впрыска газа .
Природный газ в качестве топлива для транспортных средств подразделяется на компримированный, т.е. сжатый (КПГ), и сжиженный (СПГ). Компримированный природный газ в качестве основного компонента содержит метан и в небольшом количестве примеси других газов. Особенностью метана является то, что при нормальной температуре и даже высоком давлении он не переходит в сжиженное состояние. Чтобы иметь достаточный энергетический запас, сжатый газ хранится в высокопрочных металлических баллонах под давлением 200 МПа. Баллоны имеют большую массу. Калорийность природного газа ниже калорийности бензина на 10-15%, поэтому при работе на КПГ мощность бензинового двигателя снижается на 18-20%. Рынок газовых автомобилей в эксплуатации расширяется медленно, а экологические показатели эксплуатируемых газовых систем не обеспечивают выполнения требований современных норм по токсичности.
Сжиженный природный газ с точки зрения техникоэкономической эффективности значительно выгоднее, чем КПГ. В сжиженном состоянии природный газ находится при температуре -160°С; для сохранения его в этом состоянии требуются криогенные емкости. Сжижение природного газа обеспечивает снижение его объема примерно в 600 раз. Это позволяет получить преимущества по сравнению с использованием сжатого природного газа: уменьшить массу газового оборудования на транспортном средстве в 3-4 раза, а объем - в 1,5-3. Переход на использование СПГ в нашей стране тормозится отсутствием инфраструктуры, обеспечивающей его получение. По мнению отечественных специалистов, применение СПГ является наиболее перспективным направлением использования природного газа в качестве моторного топлива.
Применение газа на транспортном подвижном составе позволяет существенно снизить токсичность: но СО в 3-4, NO v - в 1,2-2,0, C v H /y в 1,2-1,4 раза. При работе дизеля по газодизельному циклу дымность в режиме свободного ускорения уменьшается в 2-4 раза, шумность снижается на 8-10 дБ А, двигатель работает мягче и без специфического запаха.
Наряду с очевидными преимуществами, газовое топливо имеет недостатки: у газобаллонных грузовиков по сравнению с бензиновыми снаряженная масса повышается на 400- 600 кг, соответственно, снижается грузоподъемность, а запас хода сокращается почти вдвое. Кроме того, слабо развита сеть газонаполнительных и заправочных станций.
Работы по использованию газового топлива проводятся на многих видах транспорта, но наибольшее применение оно нашло на автомобильном транспорте.
Биодизельное топливо - это альтернативный вид топлива, получаемый из растительных масел. Сырьем для производства биодизельного топлива могут быть различные растительные масла (рапсовое, соевое, арахисовое, пальмовое, отработанные подсолнечное и оливковое масла, а также животные жиры).
Биодизельное топливо может использоваться в обычных ДВС как самостоятельно, так и в смеси с дизельным топливом, без внесения изменений в конструкцию двигателя. Обладая примерно одинаковым с минеральным дизельным топливом энергетическим потенциалом, биодизельное топливо имеет ряд существенных преимуществ - не токсично, практически не содержит серы и канцерогенного бензола, разлагается в естественных условиях, обеспечивает значительное снижение вредных выбросов в атмосферу при сжигании.
Однако при всех положительных моментах биотоплива необходимо отметить, что культивирование растений, которые служат компонентами биодизеля, может крайне негативно сказаться на окружающей природной среде. В частности, территория Европы не позволяет обеспечивать многолетний севооборот при увеличении темпов потребления биодизельного топлива. В итоге может случиться, что решение задачи снижения загрязнения атмосферы отработавшими газами транспортных средств усугубит другие проблемы - деградации почв, производства продовольствия, вымирания различных видов животных.
Абсолютно экологичным видом альтернативного топлива для автомобилей считается водород, при сгорании которого не образуется никаких вредных веществ, только вода. Учитывая, что выбросы вредных веществ с отработавшими газами автотранспорта в мегаполисе могут составлять более 90%, использование водорода в качестве топлива позволит устранить эту экологическую проблему.
Многие автомобильные компании мира пытаются перейти на водородное топливо в своих конструкциях. Однако, несмотря на экологические и энергетические преимущества применения водорода, его использование в качестве автомобильного топлива в настоящее время носит экспериментальный характер из-за проблем, связанных с хранением и экономической целесообразностью применения.
Утилизация, или нейтрализация, вредных выбросов. Снижение количества вредных выбросов от транспортных средств в настоящее время достигается за счет оборудования двигателей системами нейтрализации и очистки выпускных газов. Известны жидкостные, термические, каталитические, комбинированные нейтрализаторы и сажеуловители.
Принцип действия жидкостных нейтрализаторов основан на растворении или химическом взаимодействии токсичных компонентов отработавших газов при пропускании их через жидкость определенного состава - воду, водный раствор сульфита натрия, водный раствор двууглекислой соды. Пропускание отработавших газов дизелей через воду приводит к уменьшению запаха, альдегиды поглощаются с эффективностью 0,5, а эффективность очистки от сажи достигает 0,6-0,8, при этом несколько уменьшается содержание бензапирена.
К недостаткам жидкостных нейтрализаторов относятся большая масса и габариты, необходимость частой смены рабочего раствора, неэффективность очистки СО, малая эффективность по отношению к NO r
Термический нейтрализатор (дожигатель) представляет собой камеру сгорания, которая размещается в выпускном тракте двигателя для дожигания продуктов неполного сгорания топлива. При этом отмечается снижение выбросов углеводородов в отработавших газах примерно в два, а монооксида углерода - в 2-3 раза. К недостаткам термических нейтрализаторов в экологическом отношении следует отнести повышенное содержание NO в отработавших газах.
В каталитических окислительных нейтрализаторах с катализаторами из благородных металлов - платины, платины и палладия, платины и родия - достигается достаточно высокая скорость окисления СО и С х Н у. Основным недостатком этого вида катализатора является интенсивное истирание дорогостоящей поверхности сажей с адсорбированными на ней абразивными частицами нерастворенных солей металлов, что приводит к снижению эффективности и ресурса эксплуатации устройства.
Для комплексной защиты окружающей среды от выбросов сажи и золы, снижения токсичности отработавших газов и шума автомобиля используются фильтры-нейтрализа- торы-глушители, в качестве рабочих элементов которых используются изделия из литого пористого алюминиевого сплава.
- См.: Гапонов В. Л., Бадалян Л. X., Курдюков В. Н., Куренкова Т. Н.Современные методы снижения вредных выбросов с отработавшимигазами автотранспорта.
Во всем мире в качестве источника энергии повсеместно продолжает использоваться ископаемое топливо, которое хоть и экологически улучшается с каждым годом, загрязнение от выхлопов которого, остается одной из главных экологических проблем. Это заставляет ученых и инженеров задуматься о возможности использования альтернативного топлива в качестве других источников энергии.
Таких разработок много, однако в серийное использование продвигаются не так много видов экологически чистого топлива.
Давление сжатого воздуха
Пневмопривод был разработан во Франции и Индии практически одновременно. Ныне такие автомобили уже производятся серийно. Для движения используется сила, создаваемая сжатым воздухом. Такое транспортное средство развивает скорость до 35 км/час (с использованием мизерного количества топлива до 90 км/ч). Расход сжатого воздуха в бензиновом эквиваленте составляет порядка одного литра на 100 километров.
Спиртовой двигатель
Этанол или этиловый спирт - один из наиболее распространенных видов альтернативного топлива. В США и Бразилии порядка 32 тысяч заправочных станций реализуют этиловое топливо. Более 230 млн. транспортных средств во всем мире используют именно его. Вещество, получаемое во время брожения различных культур, обеспечивает достаточное количество энергии, а продукты его горения не несут никакого вреда экологии.
Биодизель или энергия растительного масла
Конструкция дизельного двигателя сама по себе эффективнее бензинового. А если его заправить его растительным маслом, то еще и экологически чистая. Речь о специально переработанном масле. Получить такое топливо можно даже в домашних условиях, используя несложные технологические процессы. У такой технологии множество плюсов: нет необходимости менять конструкцию двигателей на уже собранных авто, для его производства используются восстанавливаемые ресурсы, а выхлоп совершенно безопасен для окружающей среды.
Водородный двигатель
В начале XXI века был разработан водородный двигатель. Технологически можно использовать водородное топливо и в обычном двигателе внутреннего сгорания, но тогда мощность падает на 60 - 82%. Если внести необходимые изменения в системе зажигания, то напротив, мощность только увеличится на 117%, в этом случае увеличение выхода окислы азота приводит к подгоранию поршней и клапанов, а также вступление водорода в реакцию с другими материалами приводит быстрому износу двигателя. Его усовершенствованная версия в будущем сможет, возможно, использовать в качестве топлива даже воду. Кроме того, водород обладает сильной летучестью, поэтому его трудно сохранить в жидком виде, в топливном баке BMW Hydrogen (автомобиль на изображении ) всего за неделю неиспользования испаряется полбака водородного топлива.
Электродвигатель
Есть тип двигателя, который вообще не производит выхлопа - электрический. Технология начинает свою историю еще в XIX веке. Популярность электрическому двигателю способствовали трамваи и троллейбусы в качестве городского транспорта, но в таком случае транспорту необходим был постоянный электрический ток в виде проводов. Электромобиль так и не набрал в свое время популярности, хоть и появился раньше, чем автомобиль с двигателем внутреннего сгорания. Ныне электромобили выпускаются серийно, в городах оборудуются электрические заправки для них и технология набирает популярность.
Гибридный автомобиль
Особенно, популярны гибридные автомобили с одновременным использованием электродвигателя и двигателя внутреннего сгорания, позволяющим приводить в движение автомобиль, как и от электрического заряда, так и от привычного топлива. Гибридные автомобили, конечно, не избавляют атмосферу полностью от вредных выхлопов, но уменьшают количество отработавших газов, при этом позволяют в разы экономить топливо и уменьшать эксплуатационные характеристики.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Оценка экологичности сжигания органических видов топлива предприятиями топливно-энергетического комплекса
В.Л. Гапонов 1 , Н.С. Самарская 2
1 Донской государственный технический университет,
Ростов-на-Дону
2 Ростовский государственный строительный университет
Аннотация
В статье авторами рассмотрены органические виды топлива как наиболее распространенные источники получения тепловой и электрической энергии на предприятиях топливно-энергетического комплекса. Выявлены преобладающие виды органического топлива - природный газ, уголь, мазут, а также проанализирован состав отходящих газов в зависимости от вида сжигаемого органического топлива. Исследовано негативное воздействие предприятий топливно-энергетического комплекса на компоненты окружающей среды. В заключении авторами сделан вывод о том, что, по сравнению с другими видами органического топлива, сжигание природного газа наносит минимальный вред окружающей среде.
Ключевые слова: органические виды топлива, сжигание топлива, загрязнение окружающей среды, отходящие газы, загрязняющие вещества.
Анализ современного состояния топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России позволяет сделать вывод о том, что органические виды топлива - наиболее распространенные источники для получения тепловой и электрической энергии . В структуре потребления различных видов органического топлива предприятиями ТЭК преобладает природный газ (73,0%) и уголь (11,3%) (рис. 1) .
Деятельность предприятий ТЭК сопровождается существенным материальным и энергетическим загрязнением окружающей среды (табл. №1) . органический топливо отходящий газ
Степень загрязнения поверхностных и подземных водных объектов предприятиями ТЭК зависит от сжигаемого в них органического топлива, применяемой технологии сброса, типа охлаждающей системы, а, следовательно, количества используемой воды и реагентов . Предприятия ТЭК являются также источниками теплового загрязнения водоемов и водотоков, так как используют воду как охлаждающую среду.
Рис.1. - Структура потребления различных видов органического топлива предприятиями ТЭК
Таблица № 1. Возможные пути поступления загрязняющих веществ от предприятий ТЭК в окружающую среду в зависимости от типа источника и вещества
|
Источник загрязнения компонента окружающей среды (А - атмосфера, П - почва) |
Загрязняющее вещество |
||||||||||||
|
Твердые частицы |
Оксиды серы |
Оксиды азота |
Оксиды углерода |
Органические соединения |
Кислоты/щелочи/соли и т.п. |
Металлы и их соли |
Хлор (в виде гипохлорида) |
Ртуть и/или кадмий |
Диоксины |
||||
|
Хранение и транспортировка топлива |
|||||||||||||
|
Водоподготовка |
|||||||||||||
|
Дымовые газы |
|||||||||||||
|
Очистка дымовых газов |
|||||||||||||
|
Сток с площадки, включая ливневые стоки |
|||||||||||||
|
Очистка сточных вод |
|||||||||||||
|
Продувка системы охлаждения |
|||||||||||||
|
Выбросы градирен |
Акустическое (шумовое и вибрационное) загрязнения от предприятий ТЭК связано в основном с использованием котлов, паровых и газовых турбин, а также процессами транспортировки и погрузки топлива, отходов и побочных продуктов, использованием крупных насосов и вентиляторов; предохранительных клапанов; систем охлаждения и т.п. Однако, как правило, зона воздействия шума и вибрации, производимого предприятием, относительно невелика.
Состав отходящих газов и количество выбрасываемых загрязняющих веществ существенно зависит от вида сжигаемого топлива (рис. 2) .
При сжигании природного газа значимым загрязнителем являются оксиды азота, присутствуют также оксиды углерода. Концентрация бензапирена ничтожна мала. Причем, особенности сжигания природного газа определяют снижение выбросов оксидов азота в отходящих газах на 20-25% по сравнению с твердыми видами топлива.
Наличие в отходящих газах оксидов серы, оксидов азота, золы, соединений ванадия, солей натрия и др. характерно для сжигания жидких видов органического топлива, в первую очередь мазута. При сжигании твердого топлива, помимо вышеперечисленных загрязняющих веществ, выделяется значительное количество твердых частицы, состоящих из золовых частиц (летучая зола), несгоревшего твердого топлива и сажи, причем основную долю составляют золовые частицы.
Рис. 2. - Удельные показатели (кг/т, кг/тыс. м 3) выделения основных загрязняющих веществ с отходящими газами предприятий ТЭК
Образуются также золошлаковые отходы, для размещения которых требуется отчуждение значительного количества земель. Земли, отведенные под золошлаковые отходы, практически безвозвратно изымаются из полезного использования, так как золошлаки могут содержать примеси различных микроэлементов (никель Ni, кобальт Co, кадмий Cd, свинец Pb, сурьма Sb, хром Cr, марганец Mn, мышьяк As, ртуть Hg и и др.).
Бенз(а)пирен также содержится в составе жидкого и твердого топлива. Поэтому возможен его переход из топлива в продукты сгорания вместе с невыгоревшими сажистыми и коксовыми частицами.
Анализ использования различных видов органического топлива котельными показал, что природный газ характеризуется относительной экологической безопасностью продуктов сгорания, которые практически не содержат твердых частиц и сернистых соединений. Использование природного газа улучшает состояние воздушного бассейна городов и крупных промышленных центров, а уголь, которого в нашей стране сжигается меньше, чем природного газа, вызывает серьезные негативные экологические последствия.
Литература
1. Новак А. В. Итоги работы Минэнерго России и основные результаты функционирования ТЭК в 2014 г.: Задачи на среднесрочную перспективу URL: minenergo.gov.ru/upload/iblock/36e/prezentatsiya-itogovoy-kollegii.pdf.
2. Синяк Ю. В., Некрасов А. С., Воронина С. А. и др. Топливно-энергетический комплекс России: возможности и перспективы // Проблемы прогнозирования. 2013. № 1. С. 4-21.
3. Энергетическая стратегия России на период до 2030 г. (Утверждена распоряжением Правительства РФ от 13 ноября 2009 г., № 1715-р) URL: minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/
4. Комплексное предотвращение и контроль загрязнения окружающей среды. Справочный документ по наилучшим доступным технологиям. Экономические аспекты и вопросы воздействия на различные компоненты окружающей среды URL: 14000.ru/
5. Сигал И. Я. Защита воздушного бассейна при сжигании топлива. Л.: Недра, 1988. 312 с.
6. Mikulandric R., Lonсar D., Cvetinovic D. Improvement of environmental aspects of thermal power plant operation by advanced control concepts // Thermal Science. 2013. Vol. 16. Issue 3. Рp. 759-772
7. Paliwal S., Chandra H., Tripathi A. Investigation and analysis of air pollution emitted from thermal power plants: a critical review // International journal of mechanical engineering and technology (IJMET). 2013. Vol. 4, Issue 4. Рp. 2-37
8. Манжина С.А., Денисова И.А., Популиди К.К. Экономические аспекты диверсификации тепловой энергетики с учетом экологических требований // Инженерный вестник Дона, 2014, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2014/2260
9. Ганичева Л. З. Анализ состояния атмосферного воздуха в промышленных городах Ростовской области // Инженерный вестник Дона, 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1701/
10. Ахмедов Р. Б., Цирульников Л. М. Технология сжигания горючих газов и жидких топлив. Л.: НЕДРА, 1984. 238 с.
11. Котлер В. Р., Беликов В. Р. Промышленно-отопительные котельные: сжигание топлив и защита атмосферы. СПб.: Энерготех, 2001. 272 с.
References
1. Itogi raboty Minenergo Rossii i osnovnye rezul"taty funktsionirovaniya TEK v 2014 g.: Zadachi na srednesrochnuyu perspektivu URL: minenergo.gov.ru/upload/iblock/36e/prezentatsiya-itogovoy-kollegii.pdf.
2. Sinyak Yu. V., Nekrasov A. S., Voronina S. A. i dr. Problemy prognozirovaniya. 2013. № 1. Pр. 4-21.
3. Energeticheskaya strategiya Rossii na period do 2030 g. URL: minenergo.gov.ru/aboutminen/energostrategy/
4. Kompleksnoe predotvrashchenie i kontrol" zagryazneniya okruzhayushchey sredy. Spravochnyy dokument po nailuchshim dostupnym tekhnologiyam. Ekonomicheskie aspekty i voprosy vozdeystviya na razlichnye komponenty okruzhayushchey sredy URL: http://www.14000.ru/
5. Sigal I. Ya. Zashchita vozdushnogo basseyna pri szhiganii topliva . L.: Nedra, 1988. 312 p.
6. Mikulandric R., Lonsar D., Cvetinovic D. Thermal Science. 2013. Vol. 16. Issue 3. Pp. 759-772
7. Paliwal S., Chandra H., Tripathi A. International journal of mechanical engineering and technology (IJMET). 2013. Vol. 4, Issue 4. Pp. 2-37
8. Manzhina S.A., Denisova I.A., Populidi K.K. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2014, №1 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n1y2014/2260
9. Ganicheva L. Z. Inћenernyj vestnik Dona (Rus), 2013, №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2013/1701/
10. Akhmedov R. B., Tsirul"nikov L. M. Tekhnologiya szhiganiya goryuchikh gazov i zhidkikh topliv . L.: NEDRA, 1984. 238 p.
11. Kotler V. R., Belikov V. R. Promyshlenno-otopitel"nye kotel"nye: szhiganie topliv i zashchita atmosfery . SPb.: Energotekh, 2001. 272 p.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Классификация загрязняющих веществ по степени опасности для здоровья человека. Расчет предельно-допустимых норм загрязнения и экологические нормативы. Характеристика наиболее опасных загрязняющих веществ объектов топливно-энергетического комплекса.
контрольная работа , добавлен 17.07.2010
Структура топливно-энергетического комплекса: нефтяная, угольная, газовая промышленность, электроэнергетика. Влияние энергетики на окружающую среду. Основные факторы загрязнения. Источники природного топлива. Использование альтернативной энергетики.
презентация , добавлен 26.10.2013
Анализ степени и механизмов воздействия ракетного топлива на окружающую среду. Обоснование приоритетных токсичных соединений ракетного топлива. Проведение оценки экологического риска, связанного с использованием космического ракетного комплекса "Союз-2".
дипломная работа , добавлен 25.05.2014
Общая характеристика теплоэнергетики и её выбросов. Воздействие предприятий на атмосферу при использовании твердого, жидкого топлива. Экологические технологии сжигания топлива. Влияние на атмосферу использования природного газа. Охрана окружающей среды.
контрольная работа , добавлен 06.11.2008
Основные компоненты, выбрасываемые в атмосферу при сжигании различных видов топлива в энергоустановках. Расчет суммарного расхода топлива и высоты дымовой трубы. Анализ зависимости концентрации вредных примесей от расстояния до источника выбросов.
контрольная работа , добавлен 10.04.2011
Текущее состояние экологичности российского топлива. Бензин со свинцовыми добавками. Перспективы России по производству евродвигателей и экологичных видов топлива. Перечень регионов, в которых реализуется дизтопливо, соответствующее стандарту "Евро-4".
реферат , добавлен 27.12.2012
Структура и компоненты, а также оценка негативного влияние топливно-энергетического комплекса на окружающую среду. Климатические характеристики района и анализ влияния Приводинского линейно-производственного управления магистральных газопроводов.
дипломная работа , добавлен 09.11.2016
Анализ экологических проблем, связанных с действием топливно-энергетического комплекса и тепловых электрических станций на окружающую среду. Характер техногенного воздействия. Уровни распространения вредных выбросов. Требования к экологически чистым ТЭС.
реферат , добавлен 20.11.2010
Общая характеристика внешней среды промышленного предприятия. Статистика расходов на охрану окружающей среды. Проблемы воздействия теплоэнергетики на атмосферу. Загрязнители атмосферы, образующиеся при сжигании топлива. Инвентаризация источников выбросов.
курсовая работа , добавлен 19.07.2013
Прогноз дальнейшего развития топливно-энергетического комплекса России. Основные исходные данные для расчета ветровой эрозии золоотвала. Характеристика эродируемых частиц. Расчет текущего пылевого выноса и рассеивания золовых частиц в атмосфере.
Цель: Сформировать понятие об экологической характеристике видов топлива.
Задачи: Образовательная- сформировать понятия о видах топлива, создать условия для анализирования преимуществ и недостатков различных альтернативных видов автомобильных топлив ;
Развивающая- развивать умения самостоятельно решать поставленные задачи, познавательный интерес, умение обобщать, анализировать, сравнивать, формировать ключевые компетенции ;
Воспитательная- формирование мотивов, потребностей и привычек экологически целесообразного поведения и деятельности; воспитание активности, увлеченности, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности, волевых качеств, интуиции, сообразительности, самостоятельности.
Оборудование, наглядные пособия: презентация
Тип занятия: урок изучения нового материала
Методы занятия: словесный, наглядный, практический.
Ожидаемый результат: знание экологической характеристики видов топлива.
Ход занятия:
1.Организационно- психологический настрой
2.Актуализация знаний и умений:
Разминка:
Взаимовыгодное сожительство организмов Симбиоз .
Наука, изучающая взаимосвязи живых организмов между собой и окружающей средой Экология.
Организм, часто являющийся первым звеном в цепи питания Растение.
Воздушная оболочка Земли Атмосфера.
Группа особей одного вида, длительно обитающая на определенной территории, относительно обособленно от представителей этого же вида Популяция.
Сообщество живых организмов Биоценоз.
Организм, нападающий, убивающий и поедающий свою жертву Хищник.
Листья сосны. Хвоя
Искусственное насаждение вдоль дорог. Лесополоса
Сосновый лес. (Бор)
Плод дуба. (Желудь)
«Плач» березы весной. (Сокодвижение)
Защитный экран Земли. (Озоновый слой)
Токсичный туман. (Смог)
Совокупность условий, в которых живет организм. (Среда обитания)
Дубовый лес. (Дубрава)
Ядовитый металл, содержащийся в выхлопных газах автомобильного транспорта. (Свинец)
Дополнительные вопросы:
Отличие агроценоза от биоценоза
Что такое экосистема?
Что изучает аутэкология?
Способна ли атмосфера к самоочищению? Каким образом?
Законодательная база охраны ОС в РК
Составить цепи питания:
Цапля, лягушка, комар (Комар – лягушка – цапля)
Рыба, водоросли, медведь (Водоросли – рыба – медведь)
Пшеница – мышь полевка – сова (пшеница – мышь полевка – сова)
Заяц- трава-лиса (Трава – заяц – лиса) слайд 1
7.Распределить: сова, куница , лягушка, паук, прыткая ящерица , лягушка, бабочка, зеленые плоды, цветковые, кора, бактерии, листья и семена, грибы. слайд 2
Продуценты-
Консументы-
Редуценты-
3.Формирование новых знаний и умений:
Вопросы:
Какие компоненты содержаться в автомобильных выхлопных газах?
(Смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды–не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива)
На каком виде топлива работает подавляющее большинство современных автомобилей? ( автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти) .
3.В чем причина поиска замены традиционного топлива на альтернативные? ( резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу, привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу)
4.Что такое цетановое число дизеля?
Цетановое число - характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения).
5.Чем ниже содержание в топливе «вредных» ароматических углеводородов, тем цетановое число будет больше или меньше ( больше /выше ).
(цель, тема)
Человек успел за короткий срок сделать условия жизни на Земле невыносимыми. И только от него зависит, станет ли на Земле, лучше или хуже. Серьезную проблему представляет выброс в воздух загрязняющих веществ автотранспортом.
В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания двигателей. При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси.
Подавляющее большинство автомобилей до сих пор - это автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти.
Сейчас за один день нефти сжигается столько, сколько природа с помощью солнечной энергии способна выработать за тысячу лет. По прогнозам ученых запасов нефти в мире осталось немного. Сложившаяся ситуация не является тайной. Научно-исследовательские организации многих стран мира ищут адекватную замену топливу, получаемому при переработке нефти. Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Однако резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу (особенно остро эта проблема стоит в крупных городах) привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу
Задание: Расшифруйте А-95.
Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Первая в мире газовая самобеглая повозка «Гиппомобиль» была создана Жаном-Этьеном Ленуаром еще в 1862. В нашей стране в 1930-х годах выпускали газогенераторные автомобили, которые «топили»... березовыми чурками, торфом или углем. Дрова термически разлагались при относительно низкой температуре, превращаясь в газ, который сгорал в цилиндрах двигателя. Широко известная немецкая авиакомпания «Дейче Эрбас» разрабатывает первый в мире аэробус, летающий на жидком водороде.
Задание: Заполнить таблицу « Сравнительные показатели различных видов топлив »
вид
Достоинства
Недостатки
газообразное
Более полное сгорание благодаря более качественному образованию смеси в цилиндрах,
Низкая токсичность продуктов сгорания,
Низкая стоимость и транспортировки газа
Низкий уровень шумового загрязнения атмосферы,
Невозможность хищения топлива обслуживающим персоналом,
Низкая стоимость переоборудования автомобиля.
высокая токсичность самого топлива
высокая взрывоопасность баллонов с газом при ДТП,
Электроэнергия
Экологическая безопасность (отсутствие выхлопных газов)
Простота конструкции
– низкая стоимость заправки
– низкий уровень шумового загрязнения
– лёгкость в управлении, надёжность
– эксплуатация электромобиля обходится дешевле, чем традиционной
– малый запас хода
– длительное время зарядки,
– проблема утилизации аккумуляторов
– отсутствие заряжающих станций
– большинство электростанций – тепловые, сжигающие топливо для получение электроэнергии, вредные компоненты.
Биотопливо
– имеет неограниченные запасы сырья (возобновляемость ресурса)
– меньшее количество вредных веществ в отработавших газах
– высокие смазочные характеристики, что продлевает срок жизни двигателя
– высокое цетановое число
Высокая температура воспламенения
Низкая стоимость
– большая вязкость биодизеля, что вызывает необходимость подогревать топливо при низких температурах для обеспечения приемлемой текучести,
Малый срок хранения – около 3х месяцев.
Спирт
– нейтрален как источник парниковых газов
– низкая стоимость
– повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, это приводит к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации,
– низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность
Водород
– сгорает полнее
– высокая удельная теплота сгорания,
– отсутствие токсичных выхлопов
– можно получать буквально из всего: из природного газа, океанской воды, биомассы, воздуха
– обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси
– несовершенные технологии хранения водорода
– высокая себестоимость водорода,
– сложный процесс получения водорода в промышленных масштабах, в процессе которого выделяется все тот же СО,
– высокая стоимость водородной силовой установки и сложность ее обслуживания,
– взрывоопасность водородно-воздушной смеси – отсутствие развитой структуры водородных заправочных станций.
Просмотр видео
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% "летит на ветер". К тому же камера сгорания автомобильного двигателя-это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже не винный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые оксиды азота.
Основными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, в отработанных газах двигателей с воспламенением от искры являются: оксид углерода, оксиды азота и углеводороды. Особое место занимают канцерогенные вещества, основным представителем которых в отработанных газах является бенз(а)пирен.
Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.
Причина летнего листопада - высокое содержание свинца в воздухе. Но, концентрируя свинец, деревья тем самым очищают воздух. В течение вегетативного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 л бензина. Наименее восприимчивым к свинцу является клен, а наиболее восприимчивы орешник и ель.
Сторона деревьев, обращенная к автомобильным магистралям, на 30 – 60% «металличнее». Хвоя ели и сосны обладает свойствами хорошего фильтра по отношению к свинцу. Она его накапливает и не обменивает с окружающей средой. Растительность суши вовлекает в биологический круговорот ежедневно 70 – 80 тыс. т. свинца
Чтобы автомобиль с полным основанием можно было назвать экологически чистым, должно быть экологически чистым топливо. И газ отвечает этому требованию. Применение газа заметно снижает по сравнению с бензином суммарную токсичность отработавших газов. Более чем втрое уменьшается количество токсичной окиси углерода СО (угарный газ), в 1,6 раза - содержание канцерогенных углеводородов СН, состоящих из частиц несгоревшего топлива. Концентрация окиси азота NO и двуокиси NO2 образующихся в процессе горения смеси кислорода и азота (безвредный азот, попадая в камеру сгорания из атмосферы, превращается в ядовитое соединение - оксиды азота), при работе двигателя на газе снижается в 1,2 раза. Соединения же свинца и различные ароматические полимеры,содержащиеся в бензине и также являющиеся опасными канцерогенами, в газовом топливе совершенно отсутствуют.Дымность выхлопа при работе на газовом топливе втрое ниже, чем при работе на бензине.
Исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина - вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше. Автомобиль на бензине выбрасывает в атмосферу сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца. В отработанных газах бензинового двигателя из-за неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) - токсичное для человека вещество. И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов.Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления.
Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества - этил и этилен, а газовый двигатель - метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам, которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд.
Вопрос: Какими же свойствами должно обладать идеальное топливо?
4.Закрепление изученного материала
Вопросы
Вид топлива используется в автомобилях. Дешевое, экологически чистое, по многим свойствам превосходите бензин, его использование не требует изменения конструкции автомобиля.
Вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.
Итальянский физик, химик и физиолог; открыл метан при исследовании болотного газа. Его именем названа единица измерения электрического напряжения.
Сжатый природный газ (без цвета и запаха) является основным компонентом природного газа. Взрывоопасный, часто называют «болотным». Имеет высокую детонационную стойкость - его октановое число более 100 ед. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов.
Природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых др. органических соединений. Используется для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке.
Экологически чистое топливо, продуктом его сгорания является вода. Выделяет больше тепла, чем любой вид традиционного ископаемого топлива.
Спирт, может быть получен путем ферментации биомассы, содержащей крахмал, сахар либо целлюлозу. Используется как топливо, ДВС в чистом виде, в качестве растворителя и как наполнитель в спиртовых термометрах.
Масличная культура используется в качестве корма скоту, хорошее зеленое удобрение, великолепный медонос; масло этой культуры используется в кулинарии, в металлургии для закалки стали, как сырье для производства эластичных материалов и в производстве биотоплива.
Альтернативный источник энергии для автомобилей. Автомобили, работающие на этом источнике появились существенно раньше работающих на бензине, были широко распространены в конце 19 - начале 20 в. Они не шумящие и не дымящие, в отличие от бензиновых или паровых машин, пользовались популярностью у аристократии.
Органическое соединение, являющееся производным углеводородов и содержащее в молекуле одну или несколько OH (гидроксильных) групп. Образуется при брожении сахаристых веществ, при окислении предельных углеводородов. В последнее время его роль растет, как топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Вид топлива подходит под критерий доступность и низкая токсичность. На автотранспорте в настоящее время не используется.
Важнейшее свойство дизельного топлива, оценивается цетановым числом. По её показателю можно судить о количественном составе вредных компонентов СО и СН в выработанных газах дизеля.
Высококачественное полноценное топливо для автомобильных двигателей. Охлажденный до -160 °С природный газ. Его основные компоненты - пропан и бутан.
Горючая смесь лёгких углеводородов, предназначена для применения в качестве топлива для карбюраторных и инжекторных двигателей, а также при производстве парафина, чистке тканей. Получают путем разгонки и отбора фракций нефти.
Ответы
1
а
2
л
3
ь
4
т
5
е
6
р
7
н
8
а
9
т
10
и
11
в
12
н
13
ы
14
е
5.Домашнее задание дополнительный материал, привести примеры различных автомобилей, работающих на экологических видах топлива.
6.Итог урока (рефлексия, выставление оценок)
Специалисты разных стран ведут исследования в области применения новых видов топлива и источников энергии на автомобильных транспортах. Это связано со значительным ростом численности автотранспортных средств и все большим загрязнением окружающей среды окружающей среды.
К наиболее эффективным и перспективным видам моторного топлива следует отнести природный газ, водород, пропан-бутановую смесь, метанол и др.
Перспективное автомобильное топливо -- это любой химический источник энергии, использование которого в традиционных или разрабатываемых автомобильных двигателях позволяет в какой-то степени решить энергетическую проблему и уменьшить вредное воздействие на окружающую среду. Исходя из этого формулируются пять основных условий перспективности новых источников энергии:
наличие достаточных энергосырьевых ресурсов;
возможность массового производства;
технологическая и энергетическая совместимость с транспортными силовыми установками;
приемлемые токсичные и экономические показателипроцесса использования энергии;
безопасность и безвредность эксплуатации.
Существует несколько различных классификаций перспективных автомобильных топлив. Большой практический интерес представляет энергетическая классификация, в основу которой положена калорийность традиционного жидкого углеродного топлива.
У традиционного жидкого углеводородного топлива самая высокая энергоплотность, поэтому автомобиль, работающий на нем, имеет небольшие размеры и массу топливного бака и топливной аппаратуры и не требует сложной системы заправки и хранения топлива. Углеводородные газы и водород обладают более высокой массовой энергоемкостью, но из-за малой плотности у них значительно худшие объемные энергетические показатели. Поэтому использование этих топлив возможно только в сжатом или сжиженном состоянии, что в ряде случаев значительно усложняет конструкцию автомобиля.
Водородное топливо. Большие надежды возлагаются на водородное топливо как на топливо будущего. Обусловлено это его высокими энергетическими показателями, отсутствием большинства токсичных веществ в продуктах сгорания и практически неограниченной сырьевой базой. Именно с водородом связывают перспективное развитие энергетики.
По массовой энергоемкости водород превосходит углеводородные топлива примерно в 3 раза; спирты -- в 5--6 раз. Но из-за очень малой плотности его энергоплотность низка. Водород обладает рядом свойств, сильно затрудняющих его использование: сжижается при 24К; обладает высокой диффузионной способностью; предъявляет повышенные требования к контактирующим материалам, взрывоопасен. Однако несмотря на это, ученые многих стран ведут работы по созданию автомобилей, работающих на водородном топливе. Многочисленные схемы возможного его применения в автомобиле делятся на две группы: водород как основное топливо и как добавки к современным моторным топливам. Основной трудностью при использовании водорода в сжиженном состоянии является его низкая температура. Обычно жидкий водород транспортируется в криогенных резервуарах с двойными стенками, пространство между которыми заполнено изоляцией. Для безопасной эксплуатации жидкого водорода необходимы полная герметизация топливоподающей системы и обеспечение сброса избыточного давления.
Водородная технология, водородная энергетика -- о них говорят все настойчивее по той причине, что этот химический элемент -- основа единственного известного сегодня топлива, не образующего при сгорании пресловутого угарного газа и потому экологически наименее вредного. К тому же запасы его в природе практически неисчерпаемы. Вот почему уже много лет предпринимаются попытки использовать водород для двигателей внутреннего сгорания. В этом направлении еще в 30-е годы работали Московский автомеханический институт, МГТУ имени Баумана и ряд других институтов.
Во время Великой Отечественной войны идею водородного топлива практически применили для автомобилей в войсках противовоздушной обороны на Ленинградском фронте.
В послевоенные годы академик Е. А. Чудаков и профессор И. Л. Варшавский использовали водород для питания одноцилиндрового двигателя в Автомобильной лаборатории АН СССР. Занимались этой проблемой академик В. В. Струминский и другие исследователи. Однако эксперименты тогда не получили широкого размаха. Они стали более актуальными и возобновились позднее. Только в США к 1976г. по этой теме вели исследования 15 экспериментально-конструкторских групп, которые создали 42 разновидности «водородных» двигателей. Аналогичные поиски развернуты учеными ФРГ и Японии.
Столь большой интерес к водороду как к топливу объясняется не только его преимуществами экологического характера, но и физико-химическими свойствами: теплота сгорания у него втрое выше, чем у нефтепродуктов, воспламеняемость смеси с воздухом имеет широкие пределы, водород обладает высокой скоростью распространения пламени и низкой энергией воспламенения -- в 10--12 раз ниже, чем бензин.
В нашей стране обширные работы по использованию водорода для автомобильных двигателей активно ведут многие научные центры.
Метод получения этого химического элемента с применением так называемых энергоаккумулирующих веществ детально разработан Институтом проблем машиностроения АН Украины, который проводит также фундаментальные исследования процессов сгорания водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесей, разрабатывает принципиальные схемы силовой установки автомобиля при различных методах хранения нового горючего на борту.
Водород как моторное топливо имеет некоторые особенности, обусловленные его свойствами. Широкие пределы воспламеняемости позволяют лучше регулировать протекание рабочего процесса двигателя. В результате удается повысить экономичность при частичных нагрузках -- режиме, в котором автомобильный двигатель «живет» довольно долго. Теплотворность однородной смеси водорода с воздухом ниже, чем у бензина. Поэтому мощность двигателя на водороде в большей степени, чем при использовании бензина, зависит от способа смесеобразования.
Исследования детонационной стойкости бензоводородовоздушных и водородовоздушных смесей показали, что их склонность к детонации в значительной степени зависит от коэффициента избытка воздуха. И в этом отношении при использовании водорода в качестве топлива выявлены иные закономерности, чем для бензина. Изучение работы двигателей на водородовоздушных и бензоводородовоздушных смесях показало высокую стабильность рабочего процесса. Сравнивая пределы изменения оптимального угла опережения зажигания при работе на водороде и бензине, можно заметить, что в первом случае он существенно зависит от коэффициента избытка воздуха. При обогащении смеси наивыгоднейший угол опережения зажигания значительно уменьшается. Поэтому при работе на водороде двигателю нужны иные регулировки этого параметра.
Наконец, при сгорании водорода отработавшие газы не содержат таких вредных компонентов, как СО, углеводороды, РЬО. Остается только один токсичный компонент в выхлопе -- NО (и то в меньших количествах, чем при работе на бензине). При использовании водорода в качестве добавки содержание вредных компонентов резко сокращается благодаря полноте сгорания. Кроме того, уменьшается необходимость использования вредных антидетонационных свинцовых присадок к бензинам.
Эксперименты показали, что двигатели внутреннего сгорания могут с успехом работать как на чистом водороде, так и на смеси его с парами бензина. Любопытно, что уже 10-процентная добавка (от массы расходуемого топлива) водорода может оказать существенное влияние, снижая токсичность отработавших газов и улучшая экономические показатели. Она намного расширяет пределы воспламеняемости смеси, что создает условия для эффективного регулирования процесса сгорания. Практически это означает возможность устойчивой работы на очень бедных бензоводородовоздушных смесях с большим коэффициентом избытка воздуха, чем обеспечивается значительная экономия бензина. Учитывая то обстоятельство, что двигатель в городских условиях до 30% времени работает на холостом ходу или режимах неполной нагрузки, можно представить себе, какие экономические выгоды несет использование водорода. А работа двигателя при высоких коэффициентах избытка воздуха сопровождается почти полным сгоранием смеси, и, следовательно, в отработавших газах нет токсичных компонентов. В Институте проблем машиностроения АН Украины уже разработаны автомобильные силовые установки, действующие на водородном топливе. Для них водород получают из воды (с применением энергоаккумулирующих веществ, в основе которых лежат окислы металлов), а также из гидридов -- веществ, способных при охлаждении поглощать водород, а при нагревании -- отдавать его.
Связывать водород гидридами необходимо в интересах безопасности, так как при утечках из баллонов он образует, смешиваясь с воздухом, взрывчатую смесь, которая легко воспламеняется (вспомните частые аварии дирижаблей с емкостями, заполненными водородом). Но важнее тот факт, что гидриды являются более рациональным методом хранения водорода на борту автомобиля по объемным показателям.
Общая схема силовой установки топлива: водородное топливо, получаемое в результате взаимодействия энергоаккумулирующих веществ с водой, подается системой питания в двигатель. Мощность двигателя регулируется компонентами, подаваемыми в реактор для освобождения связанного водорода.
Силовая установка может быть выполнена как по открытому, так и закрытому циклу. В первом случае на борту автомобиля размещаются только емкости для энергоаккумулирующих веществ и воды, а продукты сгорания выбрасываются в атмосферу. При замкнутом цикле дополнительно вводятся теплообменник и конденсатор, позволяющие использовать пары воды из выхлопных газов. Поступающая в реактор с энергоаккумулирующими веществами вода снова служит источником для получения водорода. Так при замкнутом цикле «носителем» топлива служит вода, а энергией -- энергоаккумулирующие вещества. Водородное топливо при обоих циклах может использоваться в чистом виде или в качестве добавок (5--10% по массе). В последнем случае на машине сохраняется система питания бензином. «Извлечение» водорода из воды происходит в реакторе, содержащем энергоаккумулирующие вещества. Наиболее простым является реактор постоянного действия, в котором давление поддерживается регулировкой подачи компонентов в зону реакции.
Процесс получения в нем топлива происходит не мгновенно, т. е. он обладает некой инерцией. Выделяющийся в реакторе водород поэтому должен поступать к мотору через редуктор-регулятор, поддерживающий оптимальное давление перед форсунками подачи.
По разработанным методикам для испытаний с применением энергоаккумулирующих веществ на основе оксидов металлов, а также с использованием гидридов были апробированы серийные легковые автомобили «Москвич» и «ВАЗ».
Первый эксперимент (применение энергоаккумулирующих веществ -- автомобиль «Москвич») -- система питания бензином оставлена без изменения. На машине смонтированы два реактора 1, обеспечивающие получение водорода из воды, и редуктор 5, предназначенный для дозирования подачи топлива на разных режимах работы двигателя.
Реакторы периодического действия имеют постоянную загрузку энергоаккумулирующих веществ на основе кремния или алюминия с регулируемой подачей воды. Насосы высокого давления 4, приводимые электродвигателем, подают воду из бака через подогреватель и фильтр к реактору, где ее распыляют форсунки. В водяной системе установлены обратные клапаны, предотвращающие проникновение туда водорода при прекращении подачи воды. Кроме того, в ней предусмотрен кран 3, который переключает подачу воды с одного реактора на другой. Все агрегаты этой экспериментальной установки смонтированы на общей раме и помещены в багажнике.
Установка с применением энергоаккумулирующих веществ для питания двигателя водородом: 1 -- реакторы периодического действия; 2 -- бак для воды; 3 -- кран подачи воды в реактор; 4 -- блок насосов с электроприводом; 5 -- редуктор в системе подачи водорода
Водород от реакторов поступает к крану, установленному на приборной панели, которым водитель соединяет работающий реактор 1 с системой подачи водорода. Последняя состоит из понижающего редуктора, влагоотделителя, газового счетчика и редуктора регулирования подачи водорода (управляется специальной педалью). Топливо вводится во впускной трубопровод, непосредственно перед впускным клапаном.
Для работы на водороде, получаемом из гидридов, система питания бензином также сохранена и дополнительно установлена система хранения и подачи водорода (автомобиль «ВАЗ»). Она состоит из гидридного бака 1, нагреваемого отработавшими газами, редуктора со всережимным вакуумным регулятором 9 расхода водорода и смесителя 8, сделанного на базе серийного карбюратора. Скорость выделения водорода гидридом система регулирует автоматически (блок управления 10, реле давления 2, заслонка с электромагнитным приводом 7 на выпускной трубе), поддерживает постоянным, независимо от режима двигателя, давление водорода в системе. Гидридный бак при зарядке охлаждается водой.
Установка с применением гидридов: 1 -- гидридный бак; 2 -- реле давления; 3 -- вентиль заправки; 4 -- выхлопной патрубок гидридного бака; 5 -- глушитель; 6 -- бензиновый бак; 7 -- электромагнитный привод заслонки; 8 -- смеситель; 9 -- регупятор давления и расхода водорода; 10 -- блок электронного управления
Применение водорода в качестве дополнительного топлива для карбюраторных двигателей открывает возможность принципиально нового подхода к организации рабочего процесса. При минимальной модификации двигателя, касающейся в основном системы питания, можно достичь значительного повышения его топливной экономичности (эксплуатационный расход бензина снижается на 35--40%) и уменьшить токсичность отработавших газов.
Таблица 13 Токсичность отработавших газов,
Водотопливные эмульсии. Применение воды в рабочем процессе двигателя внутреннего сгорания не является новинкой последних лет. Впрыск воды использовался для обеспечения работы двигателей внутреннего сгорания на низкооктановых топливах еще в 30-е годы.
Сейчас основное внимание при использовании воды в качестве добавки к топливу уделяется возможности повышения экономичности и снижения токсичности отработавших газов автомобиля.
Водотопливные эмульсии -- это жидкое топливо с мельчайшими каплями равномерно распределенной по объему топлива воды. Эмульсия приготовляется непосредственно на автомобиле. Для предотвращения расслоения эмульсии в топливо добавляется эмульгатор в количестве 0,2--0,5%. Содержание воды в водотопливной эмульсии может достигать 30--40%.
Применение водотопливных эмульсий возможно как в карбюраторном, так и дизельном двигателе. Но в карбюраторном двигателе применение водотопливных эмульсий в ряде случаев приводит к ухудшению некоторых показателей (в частности, топливной экономичности), отказам при полном открытии дроссельной заслонки, перебоям при движении с низкой скоростью. Наилучшие результаты дает использование водотопливных эмульсий на дизельных двигателях. Подача в камеру сгорания воды обеспечивает дополнительное распыление топлива за счет дробления перегретыми парами воды. Удельный расход топлива при этом снижается на 4--10%.
Добавка воды к топливу позволяет снизить содержание некоторых токсичных веществ в отработавших газах за счет уменьшения максимальных температур в камере сгорания, величина которых определяет количество NОх. При применении водотопливных эмульсий количество NOх может снизиться на 40-- 50%. Снижается также дымность отработавших газов, так как сажа при наличии паров воды взаимодействует с ними с образованием углекислого газа и азота. Выделение СО остается практически неизменным по сравнению с работой двигателя внутреннего сгорания на топливе без добавки воды, а выделение СпНш несколько увеличивается. Этот вид топлива пока не нашел широкого применения на автомобильном транспорте, поскольку усложняется конструкция автомобиля, возникает ряд проблем при эксплуатации в зимний период, недостаточно изучено влияние воды на условия работы и долговечность двигателя внутреннего сгорания.
Синтетические спирты. В качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания автомобилей нашли применение метанол и этанол как в чистом виде, так и в составе многокомпонентных смесей.
Наибольшее распространение автомобили, работающие на спиртовом топливе, получили в Бразилии, которая ввозит 80--85% нефтепродуктов, расплачиваясь за них валютой. Расходы на горючее растут из года в год и исчисляются миллиардами долларов. Поэтому в стране с энтузиазмом был встречен объявленный президентом в 1975г. проект «алкоголизации транспорта». Топливные баки бразильских автомобилей заправляются смесью спирта и бензина в пропорции 1:4.
Со временем предполагается перевести весь автопарк на использование этилового спирта вместо бензина. Спирт получают из сахарного тростника (Бразилия -- крупнейший в мире производитель этой культуры). Возможно получение до 80 т биомассы с 1га в год. Плантаций, занимающих 2% территории страны, будет достаточно, чтобы обеспечить потребность в новом горючем.
По расчетам специалистов 1л спирта обходится на 30-- 35 % дешевле бензина.
Мексика, вторая по численности населения страна Латинской Америки, готова последовать бразильскому примеру. В США также проявляется интерес к производству топливного спирта из древесных, сельскохозяйственных и иных отходов.
С энергетической точки зрения преимущество спиртовых топлив заключается в высоком КПД рабочего процесса и высокой антидетонационной стойкости топлива, но теплота сгорания спиртов примерно вдвое ниже, чем у бензинов. Низкая энергоемкость спиртов ведет к увеличению удельного расхода топлива.
Использование спиртов требует сравнительно небольшого изменения конструкции автомобиля. Основные мероприятия сводятся к увеличению объема топливных баков и установке устройств, обеспечивающих стабильный пуск двигателя в любую погоду. Требуется также замена некоторых металлов и прокладочных материалов, в частности облицовка пластмассой метанольного бака. Это связано с высокой коррозийной активностью спиртов и необходимостью более тщательной герметизации топливоподающей системы, поскольку метанол является нервно-сосудистым ядом. Применение бензометанольной смеси выдвигает ряд других специфических требований. В частности, ужесточаются требования к давлению насыщенных паров бензина, поскольку даже с 5 %-ной добавкой метанола оно значительно увеличивается. Чтобы избежать расслоения смеси, при ее хранении, транспортировке и применении необходимо соблюдать определенную температуру и не допускать попадания в нее воды. Некоторые синтетические материалы, используемые в системах подачи топлива и в автомобильных системах питания, оказались нестойкими к бензометанольной смеси. При переводе автомобиля с бензина на бензометанольную смесь пришлось изменить пропускную способность жиклеров, при этом несколько увеличился общий расход топлива. Вместе с тем установлено, что смесь с содержанием метанола до 15 % не ухудшает основных технико-эксплуатационных показателей грузовых автомобилей. Высокие антидетонационные показатели спиртов позволяют повышать степень сжатия двигателя внутреннего сгорания до 14--15 единиц.
Использование спиртовых топлив снижает содержание токсичных веществ в отработавших газах, что объясняется более низкой температурой горения спиртового топлива.
С начала 70-х годов, когда резко обострилась энергоэкологическая ситуация, практически все промышленно развитые страны развернули широкий поиск альтернативных энергоносителей, способных заменить бензин и дизельное топливо. Среди альтернативных топлив особое внимание уделяется водороду: его использование для двигателей внутреннего сгорания позволяет решить как сырьевую, так и экологическую проблемы, причем сделать это без коренной перестройки технической базы современного двигателестроения. В частности, исследования показали, что применение водорода в качестве основного или дополнительного топлива для двигателей с принудительным воспламенением заряда повышает их топливную экономичность на 30--40% и резко снижает токсичность отработавших газов, так как моторные свойства позволяют двигателям работать на бедных смесях при качественном регулировании мощности. За рубежом работы по созданию автомобильных «водородных» двигателей внутреннего сгорания ведутся передовыми развитыми странами уже давно и довольно успешно. В частности, автомобильная компания «Даймлер--Бенц» (Германия) изготавливала легковые автомобили и микроавтобусы на базе серийных моделей, двигатели которых питаются как бензином с добавкой водорода, так и «чистым» водородом. Из трех приемлемых для автотранспортных средств способов аккумулирования водорода -- в сжатом до 20 МПа, сжиженном при температуре 20К или химически связанном в металлогидридах состоянии -- на экспериментальных автомобилях фирмы «Даймлер--Бенц» применялся последний.
