На чем может ездить автомобиль кроме бензина

На чем ездят автомобили?

Доступность, стоимость и эффективность автомобильного горючего волнуют владельцев и конструкторов автомобилей со времени изобретения «самодвижущейся повозки». Первые экипажи с паровыми двигателями не стали востребованными именно из-за малой эффективности дров и угля в качестве топлива. Не возобновляемые запасы нефти, служащей основным сырьем для производства основных видов автомобильного топлива, заставляют мотористов изобретать новые двигатели для авто, работающие на альтернативном горючем или электроэнергии.

Основные виды топлива для двигателей внутреннего сгорания

Подавляющая часть легковых автомобилей использует двигатели внутреннего сгорания, работающие на бензине. Массово применяются и дизельные ДВС, получившие широкое распространение в комплектации мощных внедорожников и грузового автотранспорта. В меньших масштабах используются газобаллонные установки, работающие на сжиженных газах — метане и пропан-бутане. Эти три вида автомобильного горючего можно считать основными видами топлива для массовых двигателей внутреннего сгорания.

Бензин

По массовости применения бензин, как автомобильное топливо, лидирует среди всех видов горючего. Благодаря присадкам и добавкам смесь легких углеводородов избавлена от основного недостатка — повышенной детонационной способности. В нефтехимической промышленности основное количество бензина получают путем перегонки нефти. Менее распространены такие способы производства, как осушка газов, переработка угля, вторичная переработка мазута.

В бензиновых двигателях внутреннего сгорания, которые выпускают все автомобилестроители мира, бензин используется как воздушно-топливная смесь. Для возгорания смеси применяется электрический разряд свечей зажигания. По теплоте сгорания, достаточно простым методам переработки, бензин превосходит другие продукты нефтехимии. Этим обусловлены его доступность и массовое производство.

Основным недостатком бензина признано большое количество токсичных выхлопов, выбрасываемых в атмосферу традиционными ДВС. Среди них наиболее вредны окись углерода, сажа, окислы азота, соединения свинца из антидетонационных добавок, канцерогены (бензпирен, антрацен). Для снижения количества вредных веществ приходится применять сложные конструкции выхлопных систем с поглотителями и катализаторами, которые увеличивают стоимость автомобиля. Кроме того, массовое производство автомобильного бензина несет угрозу истощения мировых запасов нефти.

Дизельное топливо

Дизельное топливо, не имеющее определенной химической формулы, состоит из смеси нафтеновых, парафиновых, ароматических углеводородов. Автомобильное дизтопливо получают при прямой перегонке нефти (керосиново – газойлевых фракций).

Главным достоинством дизтоплива для автомобильной промышленности стала низкая (по сравнению с бензином) себестоимость производства. Именно этот фактор послужил главной причиной многолетних усилий по конструированию сложных дизельных моторов.

При сравнимой с бензином теплоте сгорания, тяжелые фракции дизельного топлива воспламеняются при температуре выше 700 градусов, для этого используется высокая степень сжатия топлива. При конструировании моторов, приемлемых для автомобилей по весу, вибрации, понадобилось изобретения насосов высокого давления, прецизионных распыляющих форсунок. Дизельные двигатели в производстве по-прежнему сложнее и дороже бензиновых моторов. При этом дизель более экономичен, потребляя меньшее количество топлива при равных скоростях и пробегах машины.

Основные минусы использования дизтоплива аналогичны недостаткам бензина. Кроме того, из дополнительных недостатков можно отметить повышенное содержание серы, увеличенное количество нагара и лаковых отложений в цилиндрах двигателя.

Пропан-бутан и метан

Достоинствами газового топлива признаны меньшая стоимость, сниженное количество вредных выхлопов. К недостаткам горючего относят взрывоопасность, падение мощности двигателя, уменьшение полезного пространства багажника при установке ГБО.

Альтернативные горючие топлива

В качестве альтернативных автомобильных топлив можно рассматривать только те виды, которые получили практическое применение на существующих моделях авто, машинах серийного выпуска.

Спирты

Этиловый и метиловый спирты издавна использовались как замена бензину при дефиците продуктов нефтехимии. Уступая бензину в теплоотдаче, спирты в большинстве стран не рассматриваются как альтернатива продуктам нефтепереработки. Получение спиртов из нефти и газа требует сложных технологий, продукты по себестоимости дороже бензина.

В бензиновых двигателях без дополнительной переработки можно использовать добавку не более 30% спирта. Чтобы повысить процент содержания спирта в бензине до этой величины, нужно растачивать отверстия жиклеров, заменить обычный бензобак на нержавеющий, поменять прокладки головки блока цилиндров. При обычной норме добавок спиртов (10 – 15%) автомобильный ДВС серийных моделей столько же теряет в мощности. Достоинством спиртовых добавок признано уменьшение токсичных выхлопов.

Основными недостатками спиртов в качестве добавки к традиционным горючим становятся расслоение спирта в бензобаке, способность летучего эфира активно впитывать воду (засоряет двигатель). Эти проблемы особенно актуальны для России, где применение спиртовых добавок не практикуется.

Экономически использование спиртовых добавок рентабельно только в странах, где возможно производство спирта с низкой себестоимостью. Поэтому в применении спирта лидируют Бразилия и Южная Азия, добывающие дешевое исходное сырье из сахарного тростника, не требующего ухода.

Биогаз и генераторный газ

Биогаз и генераторный газ (синтез-газ), содержащие большой процент метана, получают на биогазовых заводах или в специальных генераторных установках. Для производства газов могут использоваться отходы сельского хозяйства (солома, птичий помет, мясные субпродукты, водоросли) или промышленности (угольная крошка, торф, опилки).

Схема завода по производству биогаза

Не принимая во внимание разницу в процессах производства (брожение или получение в газогенераторах), важно, что оба вида газа для использования в обычных двигателях внутреннего сгорания требуют установки специального оборудования. Успехи в использовании биогаза и синтез-газа характерны для стран с ограниченными нефтяными ресурсами. Так, в Китае до 70% сельского автотранспорта работает на биогазе. В Швеции автопроизводители «Вольво» и «Скания» выпустили специальные автобусы, работающие на биогазе.

При развитом производстве этих газов их достоинствами становятся низкая стоимость (50% от цены бензина) и экологическая сбалансированность (снижение выбросов углекислого газа, сажи, отсутствие неприятных запахов). Для стран СНГ использование обоих видов газа пока не актуально, так как не существует биогазовых заводов, не выпускаются газогенераторные установки, нет сети заправок.

Биодизель

Биодизель не требует для применения конструктивных переделок дизельного двигателя. Основной причиной его применения вместо «солярки» или в качестве добавок становится беспокойство о сокращении вредных выхлопов.

Достаточно заметить, что в ряде европейских стран (особенно ­– в Германии), на автозаправках колонки с биодизелем начали устанавливаться более 20 лет назад. Многие производители дизтоплива официально добавляют в основное горючее 10 – 15% биодизеля.

Реальность конкуренции биодизеля с минеральным дизтопливом подтверждается рядом фактов. Автомобильные двигатели на биодизеле уже начал выпускать автоконцерн «Скания». Моторы для грузовиков, поддерживающие экологический стандарт «Евро 6», не требуют переделки под новый вид топлива, одинаково успешно потребляют обычную солярку и биодизель.

Основой биодизеля является горючий метиловый эфир, который можно выделять при переработке сельскохозяйственных масличных культур (рапса, подсолнечника) или выделять из отходов кулинарной промышленности.

Главным достоинством биодизеля признана экологическая чистота, связанная с малым содержанием в автомобильных выхлопах серы, углекислого газа, сажи. Все компоненты выхлопа природная среда (почва, вода) разлагают за месяц.

Автомобилисты считают недостатками биодизеля падение мощности двигателя (до 7%) и увеличенный расход горючего (до 8%). Кроме того, рапс (основное сырье производства топлива) истощает почву, требует постоянной смены посевных площадей для отдыха земли.

Вопрос низкой стоимости биодизеля относится к спорным, так как европейские страны освобождают этот вид горючего от ряда налогов. В странах СНГ основные объемы производимого растительного горючего уходят на экспорт в Европу, колонки с биодизелем на автозаправках встречаются редко.

Водород

Основным препятствием к использованию водорода, лидирующего по теплоте сгорания, была сложность хранения сжиженного газа (нужен криогенный бак), контроль реакции и подачи топлива в двигатель.

Первый серийный автомобиль на водороде выпустил концерн Toyota. Модель Mirai использует электрохимический генератор, питающий электромотор мощностью 136 л.с. Второй серийной моделью на водородном топливе стала Honda FCV. Оба автомобиля пока выпускаются ограниченными тиражами для внутреннего японского рынка

Основным достоинством водородных двигателей уже сейчас можно считать выхлоп, состоящий из чистого водяного пара. В будущем следует ожидать наращивания мощности и удешевления двигателей на водороде.

В кратком виде достоинства и недостатки горючих видов автомобильного топлива можно представить в виде небольшой таблицы.

Как нетрудно заметить, все альтернативные виды горючего не требуют кардинальной переделки двух основных типов ДВС.

На совершенно иных принципах преобразования энергии построены электромобили, поэтому электричество в качестве автомобильного движителя нужно рассматривать отдельно.

Электромобили и гибриды

Низкая стоимость электроэнергии давно привлекала автоконструкторов. Создание недорогого электромобиля с приемлемой дальностью пробега упирается в большой вес и недостаточную мощность существующих аккумуляторов. Технически установить электромотор на колесную пару или каждое отдельное колесо менее сложно.

Тем не менее, «чистые» электромобили уже выпускают концерны «БМВ» (компакт i3 и спорткар i3s), «Опель» с моделью Ampera-e, «Ситроен» с моделью E-Mehari. Полностью электрическим стал и кроссовер Jaguar I-Pace. Основными достоинствами электромобилей считаются экологическая чистота и бесшумность.

Среди применяемых аккумуляторов лидируют литий-ионные батареи, перспективны литий-фосфатные, гелевые АКБ. Временным выходом, до создания эффективных аккумуляторных батарей, стали гибридные конструкции, которые выпускают все ведущие автопроизводители. Сочетание бензинового мотора с несколькими электрическими двигателями стало основой конструкций таких неординарных моделей, как Outlander PHEV от «Мицубиши», кросс-купе «Ауди Q8», Порш Кайенн «E-Hybrid».

Источник

16 видов топлива, на котором могут передвигаться автомобили

16 различных видов топлива, на котором может ездить ваш автомобиль

А что картошка? Ты думаешь, картошка – это так вот просто, сварил и съел? Да? Не тут-то было! Из картошки знаешь, сколько можно блюд приготовить?

Тося из фильма «Девчата»

Примерно в таком же ключе, как это сделала героиня фильма «Девчата», защищая картошку от нападок лесозаготовителей Урала, можно возразить тем людям, которые в ответ на вопрос «На чем могут ездить автомобили?» утверждают, что всего на нескольких видах топлива, вроде того, что только на бензине, дизеле да газе. На самом деле ассортимент гораздо шире. И как минимум на данный момент можно выделить 16 крупных групп и подгрупп альтернативных видов энергии для приведения автомобиля в движение, которые имеют все шансы в будущем заменить привычные варианты топлива.

Давайте рассмотрим, какие варианты доступны уже сейчас для заправки вашего автомобиля, а какие будут доступны в будущем, помимо бензина и дизельного топлива.

Мы много слышим об альтернативных видах топлива для автомобилей, но какие есть варианты? Пробежимся по ним и отметим отличительные особенности каждого из них.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Сжиженный нефтяной газ уже пытались использовать в качестве топлива для автомобилей. К примеру, в конце 1990-х годов Opel, Volvo, а также ряд других производителей предлагали его в качестве выбора для своих двухтопливных моделей. Такие автомобили запускались на бензине, а затем, после прогрева, переходили на сжиженный нефтяной газ.

В континентальной Европе и в других частях мира «СНГ», или «автогаз», как его часто называют, остается третьим по популярности видом топлива после бензина и дизельного топлива. Он производит меньше вредных выхлопных газов, и он в два раза дешевле, чем бензин. Однако нужно учитывать его больший расход – ровно в два раза по сравнению с обычным жидким бензином.

Водород

Водород – топливо, которому уже много десятилетий пророчат большое будущее, которое никак не хочет наступать. С одной стороны, известно, что из выхлопной трубы заправленного водородом автомобиля будет вылетать только водяной конденсат, но, с другой, также хорошо изучено, что выделение (производство) водорода крайне дорого (дороже бензина и уж тем более газа), к тому же его хранение взрывоопасно, по крайней мере, в баллонах под давлением, а в специальных ячейках безопасно, но дорого.

Топливный элемент автомобиля работает путем объединения водорода из бака с кислородом для производства электроэнергии, на которой работает двигатель. Фактически автомобиль имеет свой собственный бортовой генератор, а не держит электроэнергию в батарее.

Биоэтанол

Биоэтанол получается в процессе переработки растительного сырья для использования в качестве биотоплива. Полученный этанол затем смешивается с бензином или дизельным топливом для получения нового типа топлива, которое может быть использовано в большинстве автомобилей с ДВС как с небольшими конструкционными изменениями, так и без.

Количество биоэтанола, смешанного с ископаемым топливом, колеблется от 10% (Е10) до 15% (Е85). С экологической точки зрения использование биоэтанола имеет смысл, поскольку углекислый газ, который он производит при сжигании в двигателе, компенсируется газами, поглощенными им во время его производства. Недостаток – повышенный расход.

Сжиженный природный газ (СПГ)

В мире насчитывается около 20 миллионов транспортных средств, использующих СПГ (сжатый под большим давлением до жидкого состояния природный газ). Многие из них – автобусы и грузовики, которые работают в городских условиях, что позволяет им свести к минимуму негативное воздействие на окружающую среду. СПГ на 75% уменьшает выбросы твердых частиц в атмосферу по сравнению с дизельным топливом, а также создает меньше углекислого газа, чем бензин, и до 90% меньше оксида азота.

Биодизель

Плюсом биодизельного топлива можно считать то, что его получают из восстанавливаемых органических элементов. В зависимости от поколения биодизеля (всего их три) топливо могут получать из рапса и других сельхозкультур, из жиросодержащих отходов и из липидов микроводорослей.

Промышленное производство биодизеля обходится дороже, чем получение дизельного топлива из нефти, поэтому этот вид горючего прижился слабо. Плюс к этому биодизель сложно назвать нейтральным веществом – растворяющие свойства у него получше будут, чем у обычного дизеля, поэтому фильтры нужно менять чаще, чтоб они не пришли в негодность.

Пропан

Важно отличать пропан от сжиженного газа. Пропан можно назвать СПГ, но не весь СПГ состоит из пропана. Немногие автомобили работают исключительно на пропане, и большинство из них используют его как биотопливо, где они работают сперва на бензине, а затем переключаются на пропан, чтобы уменьшить выбросы.

Поскольку пропан – это газ, ему нужен больший резервуар для хранения достаточного его количества. Двигатель будет сжигать на 27% больше пропана, чтобы достичь той же мощности, что и бензин. Стоит также отметить, что пропан работает наилучшим образом в холодных климатических условиях.

Если бы это было возможно – просто залить воду в бак и поехать… это был бы прорыв в технологии передвижения. Увы, пока такого чуда техники в реальности не придумали. Не верьте всяким врунам на YouTube.

Принцип работы заключается в использовании электролиза для разделения воды на кислород и водород. Этот процесс требует электричества, очень много электричества, которое будет вырабатываться полученным водородом. Однако при сжигании водорода будут тепловые потери, что делает всю установку неэффективной.

Но не все потеряно. Необходимая для электролиза воды электроэнергия может быть собрана солнечными панелями, установленными на корпусе автомобиля, и тогда все заработает. В теории… На практике сделать это на данном этапе развития невозможно, по крайней мере, чтоб автомобили получились экономически выгодными.

Воздух

Задумка, над которой работают несколько компаний, а именно: Jaguar Land Rover Tata и Citroën.

Более вероятное использование сжатого воздуха из двух компаний предложил Citroën в модели Cactus Airflow 2L в 2014 году. Он использовал обычный бензиновый двигатель, но с дополнительными двумя воздушными цилиндрами, которые заряжаются при помощи регенеративной энергии. Бензиновый двигатель совмещен с системой «Hybrid Air», использующей энергию сжатого воздуха, накапливающегося в специальных резервуарах, для вращения ведущих колес, что снизит нагрузку на ДВС и уменьшит расход дорогого топлива.

Не смейтесь: пар был серьезным конкурентом двигателю внутреннего сгорания в первые годы после появления автомобилей с ДВС. Один автомобиль на заре автомобильной эры (в 1906 году) даже установил мировой рекорд скорости на суше – 200 км/ч. Сейчас такие машины делают только энтузиасты.

Кинетическая энергия

Также еще один из альтернативных источников энергии, который широко используется автопроизводителями и чаще называется рекуперативным торможением. Идея проста: по мере того, как автомобиль замедляется, его энергия движения возвращается для зарядки аккумулятора, а не теряется с теплом и скрежетом при торможении.

Как и во всех формах передачи энергии, превращение кинетической энергии в накопленную никогда не бывает на 100% эффективным, поэтому вы не можете управлять автомобилем исключительно путем накопления энергии и последующего ее высвобождения при необходимости. Кроме того, для достижения разумных расстояний вам нужна большая батарея для хранения электричества, а это лишний вес. Чем тяжелее автомобиль, тем больше кинетической энергии он должен преобразовать в накопленную энергию посредством рекуперативного торможения.

Солнечная энергия

Идея автомобиля, который никогда не нуждается в подзарядке или заправке топливом, приближается к реальности при помощи солнечной энергии. Этот источник энергии был опробован уже множество раз в различных направлениях деятельности человека. Но была одна загвоздка – из него было трудно извлечь достаточно энергии при малой площади.

Голландская фирма «Lightyear» утверждает, что она решила эти проблемы с помощью своей технологии, которая должна появиться в продаже в 2020 году.

Азот – самый распространенный газ в атмосфере, составляет около 78% воздуха. Мы им дышим. Использование его для питания автомобилей имеет смысл, поскольку у него будет очень мало вредных выбросов при использовании в качестве топлива. Помещенный в резервуар в жидком виде, он работает подобно «воздушным» двигателям.

Когда азот впрыскивают из резервуара, он расширяется при резком переходе из жидкого в газообразное состояние, и эту почти мгновенную реакцию расширения можно использовать для того, чтобы привести в действие турбину. Турбина будет вращать генератор для выработки электричества, которое будет использоваться для приведения в движение автомобиля. Недостатками является то, что жидкий азот является очень опасной жидкостью, а также то, что пока нет никакой инфраструктуры для его заправки.

Аммиак

Аммиак использовался для питания двигателей внутреннего сгорания еще в 1943 году. С тех пор он не оказал большего влияния, потому что обладал низкой плотностью энергии – где-то в два раза ниже, чем у бензина.

Однако аммиак можно производить дешево и в больших количествах, его можно использовать в качестве топлива для поршневых двигателей или в топливных элементах для выработки электроэнергии. В аммиаке нет углерода, поэтому он производит нулевые вредные выбросы углекислого газа. То, что удерживает его от использования в качестве топлива в настоящее время, касается его безопасности при хранении на автозаправочных станциях и на борту автомобилей.

Древесный газ

Древесный газ был известен с 1870-х годов и достиг наибольшей популярности во время Второй мировой войны, когда топливо было дефицитным. Он генерируется путем газификации древесины или древесного угля, который затем приводит в действие двигатель внутреннего сгорания. Правда, о высокой мощности и экологичности (нужная древесина) можно забыть. Автомобиль ехать будет, но не быстро.

Алкоголь

Выражение «залью себе пол-литра» может заиграть новыми красками, если алкоголь станет автомобильным топливом. На самом деле «алкогольные» автомобили использовались и раньше, в основном в спорте. Например, в дрэг-рейсинге, где заливается метанол. Плюс – это высокое октановое число метанола и других спиртовых видов топлива, таких как бутанол и этанол, и все они могут использоваться с двигателями внутреннего сгорания.

Метанол имеет меньшую плотность энергии, чем бензин, поэтому для получения такой же мощности от двигателя необходимо использовать большее его количество. Однако есть доказательства, что при производстве спиртового топлива используется больше парниковых газов, чем при его сжигании в двигателе, поэтому с точки зрения матушки-природы алкоголь использовать в виде топлива для машин очень даже выгодно.

Источник