Что такое альтернативное топливо для автомобилей

Бензиновый двигатель внутреннего сгорания совершил настоящую революцию в развитии самоходных транспортных средств. Со временем автомобили переместились из категории роскоши в необходимость.

Современное потребление природных ресурсов настолько увеличилось, что запасы не успевают пополняться. Это заставляет человечество разрабатывать альтернативные виды топлива. В данном обзоре рассмотрим уже готовые разработки, которые применяются на многих транспортных средствах.

Виды альтернативного топлива

Помимо снижающихся запасов нефти у разработок альтернативных видов топлива есть еще несколько причин.

Одна из них – загрязнение окружающей среды. При сгорании бензин и дизтопливо выделяют вредные вещества, которые разрушают озоновый слой и могут вызывать болезни дыхательных путей. По этой причине ученые до сих пор работают над созданием чистого источника энергии, который имел бы минимальное воздействие на окружающую среду, как на этапе добычи, так и в процессе работы двигателя.

Вторая причина – энергетическая независимость государства. Всем известно, что запасы нефти находятся под землей лишь некоторых государств. Всем остальным приходится мириться с ценовой политикой, которую устанавливают монополисты. Использование альтернативного топлива позволит выйти из-под экономического гнета таких держав.

Согласно Закону Соединенных Штатов об энергетической политике, альтернативными видами топлива определены:

• Природный газ;
• Биотопливо;
• Этанол;
• Биодизель;
• Водород;
• Электричество;
• Гибридная установка.

Конечно, каждый тип горючего имеет свои положительные и отрицательные факторы. Основываясь на этой информации, автолюбителю легче будет сориентироваться, в чем он может пойти на компромисс, приобретая уникальное транспортное средство.

Природный газ

Повсеместная газификация побудила инженеров задуматься над тем, можно ли использовать его в качестве альтернативного топлива. Оказалось, что данный природный ресурс полностью сгорает и не выделяет таких же вредных веществ, как бензин или дизель.

На территории постсоветского пространства мотор, переоборудованный под газ, стало привычным явлением. Некоторые даже приобретая экономичный автомобиль, задаются вопросом: есть ли смысл переводить его на газ.

В последнее время некоторые производители с завода оборудуют машины газовым оборудованием. Примером тому служит Skoda Kamiq G-Tec. Производитель комплектует модель ДВС, работающем на метане. О достоинствах и недостатках пропана и метана рассказывается в другой статье. А еще в одном обзоре рассказывается о разных модификациях газобаллонного оборудования.

Биотопливо

Данная категория альтернативного топлива появляется в результате переработки сельскохозяйственных культур. В отличие от бензина, газа и дизтоплива, биотопливо при сгорании не выделяет диоксид углерода, который ранее находился в недрах земли. В этом случае используется углерод, который впитали растения.

Благодаря этому парниковые газы не превышают то количество, которое выделяется в процессе жизнедеятельности всех живых организмов. К достоинствам такого горючего относится возможность заправки на обычных АЗС.

Рассматриваемое топливо скорее является категорией, чем отдельным топливом. Например, при переработке отходов животного и растительного происхождения образуется метан и этанол. Несмотря на дешевизну и простоту в получении (не нужны нефтяные вышки со сложным перерабатывающим оборудованием), у данного топлива есть свои недостатки.

Один из существенных минусов – чтобы изготовить достаточное количество горючего, требуются большие плантации, на которых можно выращивать специальные растения, содержащие высокий процент подходящих веществ. Такие культуры истощают почву, что делает ее неспособной дать качественный урожай другим культурным растениям.

Этанол

Разрабатывая двигатели внутреннего сгорания, конструкторы испытывали разные вещества, на основе которых мог бы работать агрегат. И спирт занимает не последнее место в списке таких веществ.

Плюсом этанола является то, что его можно получить, не истощая природные запасы земли. Например, его можно получить из растений с высоким содержанием сахара и крахмала. К таким культурам относятся:

• Сахарный тростник;
• Пшеница;
• Кукуруза;
• Картофель (используется реже, чем предыдущие).

Этанол по праву может занять одно из первых мест в рейтинге дешевого альтернативного топлива. Например, Бразилия имеет опыт в изготовлении данного типа спирта. Благодаря этому страна может иметь энергетическую независимость от держав, на территории которых ведется добыча природного газа или нефти.

Для работы на спирте двигатель должен быть изготовлен из металлов, стойких к воздействию данного вещества. И это является одним из существенных недостатков. Некоторые автопроизводители создают моторы, способные работать как на бензине, так и на этаноле.

Такие модификации называются FlexFuel. Особенностью таких силовых агрегатов заключается в том, что содержание этанола в бензине может варьироваться от 5 до 95 процентов. В обозначении таких автомобилей используется буква Е и максимально допустимое процентное содержание спирта в топливе.

Данное горючее набирает популярность из-за ужесточения содержания в бензине эфиров. Одним из недостатков вещества является образование водяного конденсата. Также при сгорании они выделяют меньше тепловой энергии, что значительно снижает мощность двигателя, если бы он работал на бензине.

Биодизель

На сегодняшний день этот вид альтернативного топлива является одним из перспективных. Биодизель изготавливается из растений. Иногда такое горючее называется метиловым эфиром. Основное сырье, которое используется для изготовления горючего – рапс. Однако это не единственная культура, которая является ресурсом для создания биодизеля. Его могут изготавливать из масел следующих культур:

• Сои;
• Подсолнечника;
• Пальмы.

Эфиры масел, подобно спиртам, имеют разрушительное воздействие на материалы, из которых изготавливаются обычные моторы. По этой причине не каждый производитель желает адаптировать свою продукцию под данное топливо (низкий интерес к подобным автомобилям, что снижает резон в создании большой партии, а изготавливать лимитированные версии на альтернативном топливе не несет выгоды).

В последнее время некоторые изготовители позволяют смешивать нефтепродукты с биотопливом. Считается, что 5-процентное содержание эфиров жира не повредит мотору.

У разработок на основе сельскохозяйственных отходов есть существенный недостаток. Ради экономической выгоды многие фермеры могут переквалифицировать свои угодья под выращивание исключительно тех культур, из которых изготавливается биотопливо. Это может поспособствовать значительному подорожанию пищевых продуктов.

Водород

В качестве дешевого топлива пытаются также использовать водород. Пока такие разработки слишком дорогие для обычного пользователя, но, как кажется, у подобных разработок есть будущее.

Интерес такой элемент вызывает тем, что он самый доступный на планете. Единственным отходом после сгорания является вода, которую после несложной очистки можно даже пить. В теории сгорание такого топлива не образует парниковых газов и веществ, разрушающих озоновый слой.

Однако, это пока на теории. Практика показывает, что использование водорода намного вреднее, чем бензина в автомобиле без катализатора. Проблема заключается в том, что в цилиндрах сгорает смесь не чистого воздуха и водорода. В рабочей камере цилиндра находится смесь воздуха с азотом. А этот элемент при окислении образует одно из вреднейших веществ – NOx (оксид азота).

BMW X-5 на водородном двигателе

Еще одной проблемой в использовании водорода является его хранение. Чтобы использовать газ в автомобиле, резервуар должен быть выполнен либо в виде криогенной камеры (-253 градусов, чтобы газ не самовоспламенялся), либо баллона, рассчитанного на давление в 350 атм.

Еще один нюанс – добыча водорода. Несмотря на то, что данного газа в природе много, но в большинстве своем он находится в каком-либо соединении. В процессе добычи водорода в атмосферу выбрасывается достаточно большое количество углекислого газа (при соединении воды и метана – самый простой способ получить водород).

Учитывая перечисленные выше факторы, водородные двигатели остаются самыми дорогими из всех модификаций, работающих на альтернативном топливе.

Электричество

Самой большой популярностью пользуются электромобили. Они не загрязняют окружающую среду, так как у электромотора вообще нет выхлопа. Такие автомобили бесшумны, очень комфортные и достаточно мощные (например, Nio EP9 разгоняется до сотни за 2,7 сек., а максимальная скорость – 313 км/ч.).

Благодаря особенностям работы электромотора электромобиль не нуждается в коробке передач, что сокращает время разгона и облегчает процесс вождения. Казалось бы, у таких транспортных средств только плюсы. Но на самом деле и такие авто не лишены отрицательных моментов, из-за которых они стоят на позицию ниже классических машин.

Один из существенных недостатков – емкость батареи. Одного заряда в самом качественном исполнении хватает максимум на 300 км. Чтобы «заправиться», даже используя быструю зарядку, нужно потратить несколько часов.

Чем больше емкость батареи – тем тяжелее автомобиль. По сравнению с обычной моделью электрический аналог может весить на 400 килограмм больше.

Чтобы увеличить расстояние езды без подзарядки, производители разрабатывают сложные системы рекуперации, благодаря которым собираются мизерные объемы энергии (например, при спуске с холма или во время торможения). Однако такие системы крайне дорогие, а производительность от них не настолько ощутима.

Единственный вариант, который позволяет подзарядить аккумулятор во время движения – установить генератор, работающий от того же бензинового мотора. Да, это позволяет существенно сэкономить на топливе, но для функционирования системы все равно приходится прибегать к классическому топливу.  Пример такого автомобиля – Chevrolet Volt. Он считается полноценным электромобилем, но с бензиновым генератором.

Гибридные установки

В качестве компромисса, который позволяет минимизировать расход классического топлива, производители оснащают силовой агрегат гибридными установками. Это может быть система мягкого или полноценного гибрида.

Основной силовой агрегат в таких моделях – бензиновый ДВС. В качестве дополнения используется маломощный мотор (или несколько) и отдельная батарея. Система может помогать основному двигателю при старте, чтобы минимизировать нагрузку и, как следствие – количество вредных веществ в выхлопе.

Другие модификации гибридных автомобилей могут проехать некоторое расстояние исключительно на электротяге. Это может пригодиться, если водитель не рассчитал расстояние до заправки.

К недостаткам гибридов относится невозможность рекуперации энергии, пока авто стоит в пробке. Чтобы сэкономить электричество, можно выключить систему (запускается она очень быстро), однако это отрицательно сказывается на компенсаторах мотора.

Несмотря на недостатки, гибридные версии известных автомобилей набирают большую популярность. Например, Toyota Corolla. Бензиновая версия в смешанном цикле потребляет 6,6 литров на 100 км. Гибридный аналог в два раза экономичней – 3,3 литра. Но при этом он почти на 2,5 тысячи долларов дороже. Если такой автомобиль покупается ради экономии топлива, то он должен эксплуатироваться очень активно. И то такая покупка оправдает себя только спустя несколько лет.

Как видно, поиски альтернативного топлива дают свои результаты. Но из-за дороговизны разработок или добычи ресурсов такие виды энергоносителей пока остаются на несколько позиций ниже обычного топлива.

Вопросы и ответы:

Какое топливо относятся к альтернативным видам топлива? Альтернативными видами топлива считаются: природный газ, электричество, биотопливо, пропан, водород, этанол, метанол. Все зависит от того, какой мотор используется в машине.

В каком году появился бензин? Производство бензина началось с 1910-х годов. Вначале это быт побочный продукт при дистилляции нефти, когда создавали керосин для керосиновых ламп.

Можно ли синтезировать нефть? Синтетическую нефть можно получить при добавлении в уголь водород на основе катализаторов и при давлении около 50 атмосфер. Энергосберегающей технологию делают относительно дешевые методы добычи угля.