मोटर वाहन ईंधन: बायोडीजल पार्ट 1

मोटर वाहन ईंधन: बायोडीजल पार्ट 1

1900 г. Последний из уходящего XIX века. Век, отмеченный огромным количеством значительных технических изобретений и практических новшеств. Время, которое дало значительный импульс эволюции человечества, с которым пока невозможно измерить ни один период. Люди справедливо приветствуют новый век с новой уверенностью в себе, а техническая выставка в Париже — это своего рода витрина всеобщего подъема. Эта же выставка на сегодняшний день является крупнейшим событием подобного рода …

ПЕРВАЯ ЧАСТЬ

Среди многих важных и не очень ценных технических изобретений и инноваций в Париже можно найти один из первых настоящих двигателей Рудольфа Дизеля — уже достаточно сложный, чтобы его можно было продемонстрировать публике.

Здесь мы не будем пересказывать таинственный ореол вокруг этого человека, который создал фундаментальное творение современного мира, мы сохраним вам объяснения гениальности технической идеи, лежащей в основе его проекта, но вместо этого обратим внимание на топливо, с которым Рудольф Дизель приводит в движение двигатель «Париж». Топливо на самом деле… арахисовое масло!

В то время многие уже предполагали большое значение автомобилей для будущего человечества, но никто из многих гениальных создателей эпохи не знал, что на самом деле будет приводить в действие двигатели автомобилей будущего. Многие ученые в то время считали, что наиболее подходящим топливом для двигателя Отто был спирт. Такое заблуждение принадлежит Рудольфу Дизелю и окружающим его людям, которые твердо убеждены в том, что они стали новым мощным источником средств к существованию для фермеров во всем мире. Как мы уже знаем из истории — такому развитию вначале мешают.

С развитием бензинового двигателя и постепенным вхождением автомобиля в повседневную жизнь (если быть точным — в жизни американцев, потому что в Европе автомобиль в течение многих лет был привилегией небольшого слоя сверхбогатых), маслу удалось утвердить свои позиции. НПЗ вынуждены все больше подчиняться требованиям своего нового крупнейшего потребителя, что усложняет процессы переработки для улучшения производства бензина. Еще в 1914 году был изобретен термический крекинг, который значительно увеличил количество бензина, производимого на единицу нефти. Работа над ним продолжается, но на определенном этапе нефтеперерабатывающие заводы оказываются забиты чрезмерным количеством более тяжелого дистиллятного топлива, выделяемого в качестве остаточного продукта при производстве бензина. Как уже упоминалось, в дополнение к хорошо известным крупным месторождениям в США и России, которые были основными игроками на нефтяной арене на рубеже веков, месторождения черного золота уже были обнаружены в Персии, Венесуэле и Мексике. Все больше и больше буровых работ проводится в Техасе и Калифорнии, поэтому мир явно движется к фазе нефтенасыщения. Излишки только что упомянутого дистиллятного топлива оказываются подходящим топливным веществом для дизельных двигателей, которые повсюду вошли в промышленность и повседневную жизнь. Некоторые из них (например, те, что на каспийских кораблях братьев Нобель, купивших лицензию на дизельный двигатель) начнут использовать в качестве топлива сырую нефть, другие тихоходные дизельные двигатели будут довольствоваться гораздо более тяжелым мазутом, а другие — использовать масло, закачиваемое непосредственно в угольные топки паровых котлов.

Сочетание этих обстоятельств достаточно ясно описывает энергетическую картину того времени и объясняет, почему дизельный двигатель больше не нуждается в сельскохозяйственной продукции в качестве топлива. Правда в том, что в то время животные и особенно растительные жиры были не только безумно дорогими на фоне дешевого масла, но и не совсем подходили для использования в дизельном двигателе.

В принципе, растительные жиры и масла могут использоваться в недавно изобретенной машине высокого сжатия, поскольку они имеют органический состав, аналогичный составу фракции дизельного топлива, но, с другой стороны, характеризуются гораздо более высокой молекулярной массой. Эти сходства вовсе не удивительны, учитывая тот факт, что наиболее распространенная теория происхождения масла является органической и что сам жир является одним из веществ, которые попали в недра земли и стали частью органического вещества, которое дало начало из «черного золота».

Мистeриозният конструктор

Нет, мы не говорим здесь о Рудольфе Дизеле. Речь пойдет о не менее загадочной ауре другого немца, которая начала витать вокруг дизеля после смерти его изобретателя — ауре, принадлежащей не менее экзотической, чем сам Дизель, человеку, занимающемуся усовершенствованием своего гениального открытия и внес наибольший вклад в создание дизельного двигателя после его создателя. Компания, основанная тем же человеком, до сих пор остается лидером в производстве дизельных машин, специально предназначенных для работы с растительными маслами. Имя этого человека — Людвиг Эльсбет, и его жизнь закончилась несколько лет назад, когда ему исполнилось ровно 90 лет.

За год до начала Первой мировой войны маленький Людвиг родился на небольшой ферме недалеко от столь же небольшого городка Зальц в Нижней Франконии. Как и большинство персонажей наших историй, он любил технологии с раннего возраста и научился ремонтировать сельскохозяйственную технику, с которой чаще всего имеет дело — судьба, очень похожая на судьбу Генри Форда. Людвиг получил диплом инженера-механика и в 1937 году начал работать на заводах Junkers в Дессау в качестве начальника отдела исследований бензиновых двигателей. Кстати, именно в этом отделе были разработаны первые системы непосредственного впрыска бензина, использовавшиеся на немецких боевых самолетах, но это уже другая история. В конце войны союзники сломали хребет немецкой экономики, сбросив тонны авиабомб на важные промышленные центры — в результате нескольких бомбардировок Дессау от заводов Юнкерса остались лишь груды обломков, а Людвигу Эллсбету и его большой семье удалось бежать. Русская армия с побегом на велосипедах. Сразу после войны он начал работать в автомобильной компании Salzinger, сначала собирая тракторы с авиационными двигателями, пережившими войну, а затем собирая автомобили из переработанной военной техники. जीप.

В 1951 году технический мир был поражен X-образной рамой Эллисбетта, представленной на Берлинском международном автосалоне. Однако главная причина энтузиазма специалистов не в раме, а в двигателе, представленном Elsbet. Журнал «Auto, Motor und Sport» с удивлением пишет. Наибольший интерес на выставке вызвала машина Эльсбет с ее четырехцилиндровым двухтактным радиальным дизельным двигателем из легких сплавов. Конструкция одновременно очень легкая и простая. Он поистине революционен и по праву может быть назван техническим шедевром немецкого автопрома. Между тем компания, в которой работает Эльсбет, объявляет о банкротстве, а он сам покупает большую ее часть и становится независимым производителем двухтактных дизельных двигателей. В 1956 году он разработал дизельный двигатель с «внутренним охлаждением», создав первую в своем роде машину без водяной рубашки и циркулирующих охлаждающих потоков, в которой все тепло, за исключением излучения, излучаемого в виде тепловых потерь, передается выхлопным газам.

В 1959 году Эльсбет перешла в MAN, улучшив так называемый «M-процесс» и тем самым увеличив присутствие компании на рынке более чем вдвое. Еще в 1973 году Эллсбетт разработал специальные форсунки и создал дизельный двигатель с непосредственным впрыском на основе рядного шестицилиндрового двигателя. बीएमडब्ल्यू. Двигатель показал отличные характеристики, но BMW и Bosch, которые участвуют в реализации топливной системы, не смогли воплотить этот проект в серийную реальность. Очевидно, что на Bosch повлияло мнение многих экспертов того времени, которые заявили, что на этом этапе создать надежный дизельный двигатель для автомобиля с непосредственным впрыском топлива было технически невозможно. В конце концов BMW отказалась от этой технологии, и только 15 лет спустя Фердинанд Пих наложил эту концепцию на ऑडी — переработанный Elsbet, но полностью новый и созданный без помощи Bosch.

Параллельно с этой фундаментальной разработкой компания Elsbet создала много других интересных технологий, таких как так называемый «Duoterm Combustion Piston», в котором сгорание теплоизолировано от стенок цилиндра и, наряду со специальными поршнями с двойным дном, приводит к значительной экономии топлива. Вместе с Nixdorf, Ellsbet разработал первую систему впрыска с электронным управлением, а также систему «интегрированного впрыска», являющуюся прямым предшественником современных Common Rail и «насос-форсунка».

На первый взгляд, только что представленной всеобъемлющей биографии Эллсбет нет места в этом повествовании, и она, кажется, значительно отклоняется от основной темы топлива. Однако Эллсбет является такой уникальной частью современного технического прогресса, а его изобретения настолько важны, что упустить его имя и вклад было бы немыслимо. Именно на основе его идей он и конструкторы своей компании Elsbett создают абсолютно применимые на практике системы для питания дизельных двигателей растительными маслами. Обратите внимание — не с биодизелем, а с растительными маслами. Elsbett разрабатывает как двигатели для сельскохозяйственной техники, которые работают исключительно с растительными маслами, так и дополнительные системы установки, позволяющие использовать растительные масла в качестве топлива для стандартных дизельных двигателей. Специальные дизели имеют специальные форсунки, нагреватели, модифицированные свечи накаливания и ряд других специализированных устройств, позволяющих без проблем использовать растительные масла в качестве топлива.

Из фритюрницы — прямо в емкость

Для начала стоит уточнить, что дизельный двигатель может работать на обычном растительном масле. Поэтому мы сначала познакомим вас с ним, а затем со вторичным топливом, известным как биодизель и получаемым с помощью относительно простого химического процесса на основе растительных масел в качестве сырья.

Одна из основных проблем растительных масел заключается в их значительно более высокой молекулярной массе и значительно более высокой плотности, чем нефтяное дизельное топливо, поэтому их необходимо предварительно нагревать с помощью специальных устройств, чтобы подготовить их к прохождению через них. специальные форсунки, заботящиеся об их правильном опрыскивании.

Все это звучит довольно просто, но не спешите делать слишком положительные выводы. Дело в том, что нет авторитетного источника, касающегося альтернативных видов топлива для дизельных двигателей, который мог бы категорически высказаться «за» или «против» пригодности этих жидкостей в качестве топлива. Многие автомобили в Америке и Европе используют системы Elsbett, и еще две или три компании производят их для использования в двигателях других транспортных средств, но никто категорически не говорит, что использование альтернативы дизельному топливу — это бесконечный праздник. Напротив, ряд источников информации и участники дискуссионных сайтов отмечают, что у них были проблемы с коррозией топливных насосов, проблемы с износом поршневых колец и цилиндров, а также разложение некоторых полимерных элементов различных систем и агрегатов двигателя. В связи с тем, что в холодную погоду топливо не испаряется и не сгорает полностью, на форсунках и головках цилиндров образуются отложения, что, в свою очередь, приводит к снижению мощности, снижению экономичности, увеличению выбросов и сокращению срока службы двигателя.

Система Elsbett и некоторые другие системы с растительным маслом имеют по два топливных бака. Двигатель запускается на обычном дизельном или биодизельном топливе, а бак с растительным маслом нагревается до температуры 700 C. При достижении последней, двигатель переключается на растительное масло, и за несколько минут до его остановки выполняется обратная процедура.

Хотя свойства многих растительных масел аналогичны свойствам дизельного топлива, большинство из них не могут стать достаточно редкими даже при значительном нагревании и приводят к вышеупомянутому накоплению отложений в топливных баках, к засорению фильтров, плохому воспламенению и отложению. чистого углерода в виде сажи на поршневых кольцах в результате пиролиза, для разбавления масла и других подобных негативных эффектов.

В 1997 году американец Джошуа Тайкл совершил поездку по Америке на своем дизельном фургоне, заправляя его отработанным растительным маслом из фритюрниц придорожных ресторанов, таких как KFC и McDonalds. СМИ обратили особое внимание на этот переход, но скорее как на любопытство, и многие сочли это начинание удобной мишенью для насмешек … Однако в 2007 году такие насмешки становились все более неуместными, работа по созданию технологий для двигателей, работающих с таким топливом. поглощает все больше и больше инвестиций, и в Соединенных Штатах уже существует большое количество строительной и сельскохозяйственной техники, которая использует растительное масло в качестве топлива.

बायोडीजल

Из всего, что было сказано до сих пор, ясно, что на самом деле использование двигателей, использующих химически необработанные и не подвергнутые никаким другим обработкам, кроме фильтрации растительных масел, пока вряд ли может найти постоянное место под солнцем. Применение биодизеля в качестве топлива кажется гораздо более перспективным.

На практике те же растительные масла используются в качестве сырья для его производства, но в основном обрабатываются с помощью химического процесса, известного как переэтерификация. Биодизельное топливо имеет более высокое цетановое число, чем нефтяное дизельное топливо — его значение колеблется от 45,8 до 56,9 в зависимости от сырья для его производства. Однако современные технологии на нефтеперерабатывающих заводах уже позволили приблизить нефтяное дизельное топливо к биодизелю по этому критерию, достигнув числа от 50 до 55 цетанового числа.

Ряд исследований свойств биодизеля начался во время Второй мировой войны, как и большинство других альтернативных форм энергии, но на этом раннем этапе он не достиг уровня промышленно значимого фактора. С первыми нефтяными кризисами 70-х годов мало что изменилось, и о биодизеле заговорили снова, и заводы по его производству начали появляться только в начале 90-х.

Однако, в отличие от этанола, который в основном используется в Соединенных Штатах и ​​Бразилии, Европа играет ведущую роль в технологии биодизеля, которая по ряду причин является его основным производителем и потребителем в качестве топлива для автомобилей. Эти причины носят сугубо региональный характер — дизельный двигатель значительно более актуален для европейцев, а местное сельхозпроизводство является предпосылкой для получения более жирного сырья, чем алкоголь. В Соединенных Штатах, с другой стороны, они используют значительно меньше биодизеля, производимого на их территории, для питания автобусов, грузовиков и сельскохозяйственной техники. В то же время, однако, американцы ценят роль биодизеля как идеального и быстрого способа повышения уровня цетана в дизельном топливе, производимом на американских нефтеперерабатывающих заводах — биодизель является безопасным топливом и может использоваться в любой пропорции в смеси с нефтяным дизельным топливом.

Общеизвестно, что зарубежное дизельное топливо является довольно некачественным топливом с высоким содержанием серы и низким цетановым числом, поскольку процессы крекинга и риформинга нацелены на получение более высокооктановых бензиновых фракций.

Химия

Что делает биодизель интересным и прибыльным источником энергии, так это то, что его можно производить из многих различных растительных источников, таких как соя, рапс, кокосы, лен, семена конопли и подсолнечника, арахис и многие другие. Каждое из этих видов сырья широко распространено в разных частях света — в Америке — соевые бобы, в Европе — рапс, а в Малайзии — кокос. Общим знаменателем всего этого сырья является высокое содержание в нем растительных жиров. Рассматриваемые жиры, также известные как триацилглицерины, являются органическими соединениями и, как нефтяное топливо, содержат водород, углерод и кислород (в данном случае в больших количествах). Форма молекулы глицерина похожа на букву Е, к которой три цепи жирных кислот прикреплены как скелет — именно потому, что молекулы, составляющие их, довольно большие, использование растительных масел в качестве источника топлива настолько затруднено. Биодизель производится в процессе переэтерификации, в котором рассматриваемая структура реагирует со спиртом (этиловым или метиловым), в результате чего длинные жирные кислоты отделяются от основной структуры и превращаются в три отдельные молекулы сложного эфира (плюс молекулы основной структуры). Конечными продуктами процесса являются глицерин и метиловый (или этиловый) эфир жирных кислот, поскольку сложные эфиры являются основным компонентом биодизельного топлива.

Основные преимущества биодизеля перед дизельным топливом заключаются в том, что он производится из возобновляемых источников, не зависит от политических прихотей и потрясений, не содержит серы и полициклических ароматических углеводородов, горит лучше, чем дизельное топливо, и выделяет меньше вредных выбросов. (оксид углерода и углеводороды) из-за наличия кислорода в его химическом составе. Кроме того, биодизель является биоразлагаемым, то есть в присутствии определенных условий и бактерий он может полностью разлагаться без вредного воздействия на окружающую среду. Также предполагается, что это топливо нейтрально по отношению к диоксиду углерода — оксид, израсходованный при фотосинтезе сырья для его производства, равен выбросам от сгорания топлива. Гораздо более сложным является вопрос о ценах на топливо, которые во многом зависят от размеров и форм государственных субсидий для сельского хозяйства и биодизельных заводов.

Европа

Европа — крупнейший производитель биодизеля, и европейские автомобили используются большинством автомобилей, двигатели которых используют это топливо. Производство сосредоточено в странах, где цены на этот вид топлива формируются за счет значительных налоговых льгот, и крупнейшей из них является Германия. Далее следуют Франция, Италия, Австрия, Швеция и Соединенное Королевство, но производство биодизеля в последнее время увеличилось в некоторых странах Восточной Европы, таких как Польша и Чехия. С 1992 года производство сырья для производства биодизеля значительно увеличилось после того, как Европейская комиссия установила механизмы регулирования использования земель под непродовольственные культуры, предназначенные исключительно для производства энергии, и софинансировала первые установки по этерификации. Согласно этим механизмам, доля биотоплива, добавляемого к основному ненефтяному топливу, должна достичь 5,75% в 2010 году. В целом, стремление Евросоюза искать, пусть и очень медленно, выхода из ситуации постоянно растущих цен на нефтяное топливо и, в конечном итоге, их полной замены аналогичным «местным производством» впечатляет. Это же предложение также устанавливает правовую основу для стимулирования производства за счет определенных сниженных налоговых ставок на биотопливо.

В настоящее время в Германии насчитывается более 1600 заправок биодизелем, поэтому дискуссии по поводу проблем с его использованием проходят особенно шумно и ожесточенно. Однако, несмотря на критику, это факт, что немцы сохраняют моралистические и решительные экологические взгляды, и нельзя отрицать, что более 1 миллиона гектаров сельскохозяйственных земель в настоящее время засеяны культурами, выращиваемыми для производства биотоплива в этой стране.

Как это ни странно звучит, основными потребителями биодизеля являются нефтяные компании и нефтепродуктовые компании, за которыми следуют общественный транспорт и такси. Нефтяные компании рассматривают биодизель как добавку к основному нефтяному топливу, которое они производят, по очень веским причинам. Прежде всего, он обладает отличными смазочными свойствами, и, поскольку нефтяным компаниям в последнее время приходилось производить все больше дизельного топлива с низким содержанием серы и плохими смазочными свойствами, биодизель является идеальной альтернативой для компенсации этого недостатка — тем более это биотопливо не содержит соединений серы. Среди крупнейших потребителей биодизеля — нефтяные компании TotalFinaElf, Agip и Shell, последняя недавно добавила к своему дизельному топливу часть своего дизельного топлива и 5% синтетического дизельного топлива, произведенного из природного газа. Если заглянуть в перспективу, то следует отметить, что наиболее вероятной альтернативой нынешним классическим нефтяным топливам являются смеси аналогичных веществ, получаемых по-разному. В Америке продажи биодизеля начали BP и Chevron, а тем временем его потребление растет невероятными темпами.

Хотя преимущества биодизеля звучат как стихи, а топливо растительного происхождения тщательно рекламируется экологами как альтернатива истощению запасов нефти, биодизель также имеет много проблем — начиная с нежелания двигателей принимать его без сопротивления и заканчивая серьезным дефицитом инфраструктуры. его производство, распространение и потребление. Некоторые производители даже отступили в этом отношении и до сих пор не предлагают пищевые системы, работающие на биодизельном топливе, ища оправдание в нерегулируемых и неясных требованиях к предельным значениям выбросов выхлопных газов. На практике настоящая проблема заключается в том, что они не берут на себя XNUMX% гарантий относительно элементов топливной системы из-за все еще разного качества биодизеля, предлагаемого в сети.

SIMILAR ARTICLES

READ ALSO

मुख्य » टेस्ट ड्राइव » मोटर वाहन ईंधन: बायोडीजल पार्ट 1

एक टिप्पणी जोड़ें