Альтернативные виды топлива и проблемы их конкурентоспособности

Введение

Согласно данным Международной ассоциации производителей автомобилей (OICA) ежедневно в мире производится около 165,000 транспортных средств. То есть ежегодный прирост мирового автопарка составляет более 20 миллионов единиц транспорта. Причём каждый год рост производства в автопромышленности увеличивается и, по самым пессимистичным прогнозам, к 2030 году объем ежегодного производства новых транспортных средств удвоится. Стоит отметить, что общее число автомобилей, зарегистрированных в масштабах всего мира, перевалило за миллиард ещё в 2010 году.
Подсчитано, что для функционирования такого количества автомобилей требуется порядка 2-х миллиардов тонн топлива (бензина), причём в условиях быстроразвивающегося рынка автомобилей, через пару десятилетий может возникнуть дефицит топлива, получаемого из исчерпаемых природных ресурсов. Также, все чаще учёные бьют тревогу и заставляют задуматься о колоссальных выбросах при работе автомобилей, которые загрязняют окружающую среду.
В настоящее время все больший интерес проявляется к альтернативным видам топлива для легковых и грузовых автомобилей. Это обуславливается тремя основными причинами:
Альтернативные виды топлива дают меньше выбросов, усиливающих смог, загрязнение воздуха и глобальное потепление;
Такое топливо, в отличие от углеводородов производится из неисчерпаемых запасов;
Для многих государств использование данного вида топлива повышает их энергетическую независимость и безопасность.
Многие разделяют мнение, что XXI век станет закатом нефтяной эры. Поэтому уже сейчас большое количество зарубежных научно-исследовательских центров моторостроительных фирм проводят исследования, направленные на экономию топлива и замену традиционных жидких углеводородных топлив новыми видами.
Целью данной работы является изучение альтернативных видов топлива. Для достижения поставленной цели были выдвинуты следующие задачи:
Ознакомится с основными видами альтернативного топлива;
Рассмотреть в работе вопрос о необходимости перехода на новое топливо;
Изучить проблемы конкурентоспособности альтернативного топлива;
Подвести итоги.
Вопрос об использовании альтернативного топлива имеет огромный интерес у современного общества, поэтому данная тема актуальна.


Необходимость в альтернативных видах топлива
Основной недостаток природного топлива – его крайне медленная восполняемость. Запасы, которые добывают в настоящем, образовались десятки и сотни миллионов лет назад. По мнению европейских учёных, представления об общемировых природных запасах нефти в размере 18 трлн. бар, из которых до настоящего времени был израсходован только 1 трлн. являются глубоким заблуждением. Согласно их подсчётам, мировые запасы нефти составляют всего 3,5 трлн. бар. Темпами, которыми они потребляются ежегодно, позволяет предположить, что кризис ресурсов возможен уже в ближайшие 2-3 десятилетия. Похожую точку зрения разделяет и Межправительственная группа по климатическим изменениям. По их данным мировые ресурсы нефти на данный момент составляют 5 трлн. бар.
Поэтому важнейшей проблемой энергетики является проблема изыскания новых источников энергии.
Основные виды альтернативного топлива
Все альтернативные виды топлива классифицируются по следующим признакам:
По составу выделяют водородные,  спирты, эфиры, эстеры;
По агрегатному состоянию – жидкие, газообразные, твердые, смешанные;
По источникам сырья - полученные из угля, торфа, сланцев, биомассы, воды;
По калорийности - высококалорийные, среднекалорийные, низкокалорийные;
По технологическим процессам получения - пиролиз, гидрогенизация, каталитическая конверсия, газификация, электролиз;
По объему использования – полная замена основного топлива, применение в качестве добавок к основному.
Если говорить о частичной замене, то в настоящее время в ряде стран активно используют добавки спиртов к бензину, что позволяет значительно уменьшить потребление последнего

. С точки зрения полной замены традиционного топлива газовая разновидность первая получила распространение. Природный газ, водород, биогаз, этанол – это неполный перечень альтернативных топлив, которые можно и целесообразно использовать. Во многих странах мира перевод транспортных средств на работу на экологически более чистое газовое топливо поднят до ранга государственной политики. Разработаны и внедряются нормативно-законодательные базы, которые дают ощутимые результаты уже сейчас. Рассмотрим свойства альтернативных видов топлива подробнее.
Природный газ
Природный газ представляет собой альтернативный вид топлива, который полностью сгорает. Уже сейчас он достаточно популярен, многие автомобильные заводы разработали и собрали значительное количество автомобилей, работающих на нем. Такая легкость перехода объясняется тем, что для перехода современного двигателя внутреннего сгорания на природный газ требуются лишь небольшие конструктивные изменения в системе питания топливом, в установке угла опережения зажигания и в системе смазки.  Из основных характеристик октановое число составляет 100-110 единиц, низшая теплота сгорания 32-36 мДж/кг. Природный газ дает значительно меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо. К примеру, существенно уменьшается токсичность по СО - в 4-6 раз, по CnHn - в 1,3-1,9 раза, по NOx - в 1,3 раза.

Водород
Главное преимущество водорода – неограниченные запасы в природе, элемент входит в состав 90% компонентов, имеющихся в окружающей среде, и более чем в треть компонентов на поверхности планеты. Но у данной разновидности топлива есть и свои недостатки: для сжатия водорода нужна высокая энергия. Есть проблемы и с его хранением на борту транспортного средства. Главный недостаток водородного топлива - высокая стоимость его получения.
Водород можно смешивать с природным газом для создания альтернативного вида топлива для транспортных средств, в которых используются некоторые виды двигателей внутреннего сгорания. Водород также используется в транспортных средствах с топливными элементами, работающими на электричестве, вырабатываемом в результате реакции, которая происходит при соединении водорода и кислорода в топливной ячейке.
Биогаз
Новое, перспективное, экологически чистое и экономически выгодное моторное топливо для транспортных установок. Состоит биогаз из метана СН4 (60-70%), диоксид углерода СО2 (до 30%), а также в малых количествах оксид углерода СО, водород Н2, азот N2, кислород О2, воздух, водяной пар Н2О, и сернистый водород Н2S. Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья.
По экологическим свойствам он идентичен природному. В настоящее время в Западной Европе данным видом топлива отапливается множество птицеферм, причём, сырьем являются отходы все тех же птицеферм. Volvо и Scania производят автобусы с двигателями, работающими на биогазе. Такие автобусы активно используются в городах Швейцарии: Берн, Базель, Женева, Люцерн и Лозанна.
Этанол
Этанол (еще называется этиловым спиртом или хлебным спиртом) представляет собой альтернативный вид топлива. Производится за счет брожения зерновых продуктов таких как: кукуруза, ячмень или пшеница; и дистилляции. Также его можно производить из многих видов трав и деревьев, к примеру, из отходов древесины и сахарного тростника, хотя здесь технология будет более сложной, в таком случае эго называют биоэтанолом. Этанол обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах.
Этанол можно смешивать с бензином для получения топлива с более высоким октановым числом и меньшим содержанием вредных веществ в выбросах по сравнению с чистым бензином