В данной публикации речь идет об альтернативных видах топлива и перспективе их применения на тракторных дизелях.
По оценке многих специалистов, перспективным топливом для дизелей в ближайшем будущем может стать газообразное топливо, особенно природный и попутный нефтяной газы, использование спиртового топлива в основном этанола и метанола, а также водорода и других видов топлива.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ТОПЛИВА И ПЕРСПЕКТИВЫ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ НА ТРАКТОРНЫХ ДИЗЕЛЯХ
Многочисленные прогнозы, предсказывавшие постепенное и довольно близкое "отмирание" поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС) как наиболее массовой силовой энергетической установки, оказались несостоятельными. Более того, ДВС не были вытеснены ни из одной области своего применения, включая и авиационные двигатели. Это объясняется тем, что ДВС и, прежде всего, дизели, являются на сегодня наиболее экономичными тепловыми двигателями, далеко не исчерпавшими своих потенциальных возможностей. Структура парка ДВС постоянно изменяется в сторону увеличения удельного веса дизелей. В ближайшие 10-15 лет можно ожидать, что дизели полностью заменят ДВС с принудительным зажиганием на грузовом транспорте, городских и международных автобусах и частично на легковом транспорте. Такие тенденции характерны для всех промышленно развитых государств и объясняются как более высокой топливной экономичностью дизелей (на 30-35% лучше, чем у бензиновых ДВС), так и органически присущей дизельному процессу многотопливностью. Эти две особенности крайне важны, поскольку позволяют решать проблему топливных ресурсов как за счет их экономии, так и за счет расширения их сырьевой базы.
С другой стороны, широкая дизелизация всех отраслей народного хозяйства и, в первую очередь, сельского хозяйства и автомобильного транспорта, вызывает необходимость увеличения производства дизельного топлива. При существующей технологии нефтепереработки его выход составляет около 20% (бензина –около 15%). Возможными путями удовлетворения постоянно возрастающей потребности в дизельном топливе является переход на использование дизелями всех типов унифицированного топлива широкофракционного состава, а также дополнительное вовлечение в топливный баланс альтернативных видов топлива как в виде добавок к существующему дизельному, так и в «чистом» виде.
Анализ перспектив использования альтернативных видов топлива для дизелей необходимо проводить с учетом сырьевой базы для получения этого топлива, исходя из общего количества топливно-энергетических ресурсов. Потребности человечества в энергии на сегодня обеспечиваются на 95% за счет горючих полезных ископаемых.
В течение XX столетия структура энергобаланса существенно изменилась. Если в начале века около 95% мировых потребностей в энергии удовлетворялось за счет угля, то сейчас его доля составляет около 30%, а доля нефти и природного газа в энергобалансе увеличилась до 65%.
В настоящее время около трети всей добываемой нефти, а ее запасы составляют примерно 11% от топливно-энергетических ресурсов горючих полезных ископаемых, используется для получения топлива, выход дизельного топлива при нефтепереработке составляет, как уже отмечалось, около 20%. Большой расход нефти в мире заставляет совершенствовать способы ее извлечения из недр земли, что, в свою очередь, повлечет за собой значительное ухудшение эксплуатационных качеств получаемых из нее нефтепродуктов, поскольку в общем объеме добычи нефти возрастает доля более тяжелой, вязкой, с повышенным содержанием серы и других примесей. Нефтепродукты, получаемые из такой нефти, требуют более тщательной очистки. Их применение вызывает необходимость повышенной эксплуатационной надежности топливной аппаратуры, гильз, поршневых колец и других деталей двигателей.
Украина не может обеспечить себя полностью необходимым количеством нефти, и ее энергетическая политика во многом зависит от стран-экспортеров. Кроме того, необходимость перехода к использованию нефти как основного сырья для химической и микробиологической промышленности заставляет уже сейчас думать о рациональной перестройке структуры энергетики, искать дополнительные сырьевые ресурсы дизельного топлива помимо нефти. Важнейшей задачей в этой перестройке представляется по возможности полная замена светлых нефтепродуктов, используемых в ДВС, альтернативными топливами.
Поскольку производство дизельного топлива из нефти связано с получением мазута, а также средних фракций, идущих для производства реактивного топлива, то перестройка структуры топливного баланса не должна привести к нарушению баланса этих видов топлива.
Степень использования нефти в настоящее время в значительной мере определяется глубиной ее переработки и развитием производства топлива для двигателей. Самые энергоемкие процессы связаны с получением высокооктановых компонентов товарных бензинов, причем эти процессы сопровождаются потерей углеводородов. Рядом ученых и специалистов высказывается предложение о расширении выпуска дизельного топлива за счет сокращения производства бензинов и связанного с этим сокращения выпуска двигателей с искровым зажиганием, как менее экономичных по сравнению с дизелями.
Определенный интерес представляет также применение водотопливных эмульсий, повышающих экономичность работы дизеля. Исследования, проведенные в этой области для среднеоборотных дизелей, показали не только некоторое повышение экономичности, но и снижение зольности выпускных газов.
В последнее время расширились поиски видов топлива, альтернативных дизельному, полученному на базе переработки нефти. Они могут либо полностью заменить дизельное, либо использоваться в смеси с последним. В последнем случае топливо будет называться смесевым.
Использование в дизелях только альтернативного топлива часто бывает невозможным, например, из-за низкого цетанового числа, и тогда дизельное топливо используется как запальное для основного топлива, которым является альтернативное. Возможно также введение в систему питания дополнительных агрегатов для создания стабильных смесей, например, эмульгаторов.
Кроме того, работа на чистом альтернативном топливе с отличными от дизельного свойствами потребует внесения некоторых изменений в конструкцию дизеля (оптимизации степени сжатия, улучшения смазки плунжерной пары топливного насоса высокого давления, устройства для предпламенной подготовки топлива и т.д.).
Кратко охарактеризуем некоторые возможные альтернативные топлива и источники для их получения. По оценке многих специалистов, перспективным для дизелей в ближайшем будущем может стать газообразное топливо, особенно природный и попутный нефтяной газы, разведанные запасы которых во много раз превышают разведанные запасы нефти. Трудности использования природного и попутного нефтяного газов связаны с отдаленностью их месторождений, что вызывает дополнительные значительные затраты на транспортировку (дополнительное строительство газопроводов и газоперекачивающих станций).
В ряде случаев перспективным представляется использование спиртового топлива, которое можно применять как в дизелях, так и в двигателях с искровым зажиганием. Спирты, в основном этанол и метанол, можно получить из углей, природного газа и биомасс.
Весьма перспективными источниками для получения жидких видов углеводородного топлива являются уголь (в том числе низкокалорийный), горючие сланцы и нефтеносные пески. Эти жидкие топлива носят название синтетических и по своим свойствам близки к традиционным дизельным. Основным препятствием для их широкого использования является более высокая стоимость по сравнению с дизельным топливом.
Главной проблемой применения водорода в качестве топлива для ДВС является организация его хранения на борту транспортного средства, а также обеспечение запаса хода, сравнимого с работой на жидком топливе (дизельное, бензин). На сегодня известны три способа хранения водорода на борту транспортного средства: в сжатом виде, в сжиженном состоянии и в виде металлогидридов. Любой из перечисленных способов хранения водорода не позволяет поднять свыше 5-6% соотношения массы топлива и массы необходимых емкостей. Аналогичное соотношение для жидких видов топлива составляет 80% и более. Следовательно, для сохранения запаса хода традиционного жидкого топлива при использовании водорода необходимо на 500 кг и более увеличить массу транспортного средства.
По материалам печатных изданий.