Экология, окружающая среда и человек - [42]

Первые пробы нетрадиционного топлива были сделаны в Бразилии. В 1968—1973 гг. там была разработана правительственная программа «Проалколь», рассчитанная на 10—15 лет. Она предусматривала «оснащение» нефтеспиртовым топливом не менее ²/₃ всего автотранспорта страны.

Многие рассматривают метанол, или древесный спирт, как перспективное автомобильное топливо, альтернативное бензину. С экологической точки зрения наиболее перспективно углеродное топливо. Оно сгорает «чище», образуя главным образом диоксид углерода и воду. Кроме того, давление паров метанола в несколько раз ниже, чем паров бензина, поэтому испарение метанола практически не загрязняет окружающую среду. В выхлопных газах автомобиля, работающего на метаноле, содержится в 5 раз меньше двуокиси углерода и в 10 раз меньше различных углеводородов по сравнению с современными автомобилями с бензиновыми двигателями. В выхлопах работающих на метаноле автомобилей практически нет твердых веществ (сажи) и токсичных веществ, за исключением формальдегида.

Главный недостаток метанола — более низкое энергосодержание: в единице его объема заключено примерно в два раза меньше энергии, чем в единице объема бензина или дизельного топлива. Это значит, что топливный бак для метанола больше и тяжелее. Преимущества метанола — высокое октановое число, низкие потери при сгорании и способность к конверсии (превращению) в газ с высоким энергосодержанием.

Для повышения КПД двигателя надо увеличить степень сжатия горючей смеси в цилиндре. Однако в бензиновых двигателях сжатие не должно быть больше 4—5-кратного. Метанол позволяет повысить степень сжатия до 15-кратного. В силу этого он обеспечивает повышение характеристик мощности и КПД, что обусловливает его предпочтение в автогоночной технике.

Кроме того, метанол позволяет полностью снизить потери тепла при сгорании, что кардинально изменяет систему охлаждения двигателя. В частности, можно, по мнению некоторых специалистов, вообще отказаться от радиатора и вентилятора, особенно при использовании керамических материалов в наиболее теплонагруженных узлах двигателя. Между тем снижение массы двигателя с охлаждающей системой на 1 кг позволяет снизить массу других частей автомобиля на 750 г. А более легкому автомобилю требуется меньше энергии для ускорения.

Наконец, способность конверсии в газ с высоким энергосодержанием — также важное преимущество. Получается смесь газов монооксида углерода и водорода, именуемая синтез-газом с высоким

энергосодержанием. Ее можно взять, применяя специальный катализатор, из тепла отработавших газов, что позволяет провести конверсию на борту автомобиля. Таким образом, благодаря утилизации тепла отходящих газов повышаются КПД, топливная экономичность двигателя и его экологическая чистота. В российском НИИ технологии материалов для этого процесса разработан новый катализатор, обеспечивающий полную конверсию метанола, высокую стабильность и отсутствие побочных продуктов. Причем свойства этого катализатора не ухудшаются при использовании технического метанола.

Метанол имеет следующие недостатки. Выхлопы автомобилей на метаноле содержат в два раза больше формальдегида, чем выхлопы автомобилей на бензине, однако при работе на метаноле количество выбрасываемых углеводородов, способных превращаться в формальдегид, уменьшается в десятки раз. Следовательно, уровень формальдегида даже понизится. Если же полностью контролировать метанол в синтез-газе, то ни одного канцерогена, включая формальдегид, в выхлопе не будет.

Самым перспективным сырьем для получения метанола служит уголь, запасы которого, в отличие от нефти и газа, намного больше. Спрос на метанол как транспортное топливо откроет новый рынок сбыта для угля.

Средняя цена на метанол составляет 15 центов за 1 л против 29 центов за 1 л бензина. При увеличении объемов производства стоимость метанола будет еще ниже. Например, самый большой завод производительностью 900 тыс. т метанола в год построен в Чили фирмой «Келлог». Цена получаемого здесь метанола составляет всего 7 центов за 1 л.

Специалисты связывают наше будущее с синтетическими видами топлива, солнечной и водородной энергетикой. Можно, конечно, сжижать природный газ и использовать его в качестве топлива для заправки машин. Но это не самая удачная идея: и дорого, и выхлопы небезупречны, да и характеристики топлива не самые лучшие. Однако газ — прекрасное сырье для получения синтетического моторного топлива. Ученые из Института нефтехимического синтеза имени А. В. Топчиева РАН разработали технологию, позволяющую получать из природного газа синтез-газ (смесь СО и Н₂), а из него — диметиловый эфир. Это вещество — нетоксичное, безвредное, с низкой температурой кипения — оказалось прекрасным моторным топливом. Идею о том, что диметиловый эфир может стать хорошей заменой бензину, высказывали американские нефтехимики еще в 1995 г. А сегодня это топливо с высоким октановым числом, с низкой температурой воспламенения, обеспечивающей холодный старт автомобиля, и на редкость бедными выхлопами, которые с боль-

4 - 6659 шим запасом укладываются в стандарты Евро-3 и Евро-4, уже в руках у российских химиков. Причем не в лабораторных количествах, а в промышленных. Это промышленные установки. Они вполне мобильны, т. е. переработка природного газа возможна на месте его добычи.