Альтернативные виды топлива

Альтернативные виды топлива
Сжиженный нефтяной газ
Электроэнергия
Водород
Биодизель
Пар
Ядерный реактор
Спирт
Экзотические виды альтернативного топлива
Сжатый воздух
Жидкий азот
Аммиак
Вода
Кинетическая энергия

Стремительный рост цен на бензин и дизтопливо, вызванный финансовой нестабильностью в мире, приводит к тому, что автовладельцы начинают все чаще пользоваться альтернативным топливом, приобретая транспорт с газобаллонным оборудованием или электрокары. Но этим виды современного горючего отнюдь не ограничиваются. 

Сжиженный нефтяной газ

Эксперименты по использованию в виде топлива для авто сжиженного нефтяного газа, так называемого СНГ — смеси легких углеводородов — активно проводились Opel и Volvo в конце прошлого века. В настоящее время в мире насчитывается более 20 миллионов транспортных средств, работающих на газу. А первые попытки применения СНГ в качестве альтернативного топлива относятся еще к 1940-м. Состав газовой смеси может существенно различаться. Основные ее компоненты: пропан, н-бутан и изобутан.

Сегодня в мире СНГ — третье по распространенности, после бензина и дизеля, топливо для авто. Что обусловлено его высокими экологическими показателями, доступной стоимостью, лучшими детонационными характеристиками и снижением нагрузки на ДВС. Правда, есть и определенные минусы, препятствующие пока более широкому распространению СНГ. Например, больший, чем у бензина и дизтоплива расход, а также необходимость доработки двигателей (увеличение степени сжатия) для работы без потери мощности.

Сжатый природный газ (СПГ) — это тоже разновидность газового топлива, но с более простым составом: метаном вместо смеси пропана и бутана. Этот газ более легкий и взрывоопасный, чем смесь СНГ, поэтому оборудование для его применения на автотранспорте более сложное и дорогое. Сегодня СПГ используется не более чем на 20–25% транспорта с газовыми моторами. Есть проблема и в том, что метан нельзя сжижать, а можно только сжать. Что делает невозможным его применение на газобаллонном оборудовании нового поколения, работающем с жидким топливом.

Электроэнергия

Еще один из наиболее популярных альтернативных видов топлива. Впрочем, назвать его новым вряд ли можно — первые электромобили появились более полутора столетий назад, а массовое производство началось в начале прошлого века. Но несмотря на экологичность и ряд других преимуществ, даже сейчас в мире общее количество авто на электродвигателях не превышает 1%. Ведь PR и реклама не решают основной проблемы электрических моторов — необходимость обеспечения их энергией.

Сам по себе электродвигатель весьма прожорлив. Поэтому, чтобы обеспечить транспорту хороший запас хода, требуется мощный аккумулятор. На некоторых электрокарах он может составлять до половины массы машины. Впрочем, современные технологии позволяют отчасти решить эту проблему. Более емкие и компактные литий-ионные батареи обеспечивают автомобилю солидный запас хода и быстро заряжаются на специализированных станциях или в домашних условиях. Вот только соответствующая инфраструктура пока слабо развита даже в Европе и США, не говоря уже о России.

Альтернативой перезаряжаемым аккумуляторным батареям может стать солнечная энергия. Правда, КПД фотоэлементов, используемых в солнечных батареях, невысок — всего 15–20%, из-за чего есть конструкционные ограничения. Ведь для получения мощности, сравнимой с традиционными авто на дизеле или бензине, необходимо создать очень большую по площади солнечную батарею. Современные технологии пока не позволяют превзойти предел для компактных солнечных электромобилей в несколько лошадиных сил мощности.

Водород

Первый водородный двигатель был изобретен более двух столетий назад. А в блокадном Ленинграде из-за дефицита топлива применяли воздушно-водородную смесь для работы ДВС аэростатов, их лебедок, автомобилей. 

Сегодня аналогичная смесь или сжиженный водород используют в роторных двигателях внутреннего сгорания ряда моделей Toyota, Honda, Hyundai, Audi, BMW и других. Это требует доработки стандартных моторов из-за летучести, высокой температуры и давления такого топлива, а также ощутимой потери мощности в сравнении с бензиновыми и дизельными ДВС. Пока преградой для широкого использования водородных альтернативных источников энергии служит высокая цена газа и автомобильного оборудования в сравнении с бензином и ДТ. Но применение находит компромиссное решение — смесь водорода с традиционным топливом.

Водород может выступать в транспортных средствах и источником для выработки электроэнергии с последующим питанием электрических двигателей. Первый подобный автотранспорт появился в 50–60-х гг. прошлого века. А сейчас аналогичные технологии применяются, например, в Honda FCX Clarity, Toyota Highlander FCHV, Hyundai Tucson FCEV и ряде других американских и немецких автомобилей. 

Плюс транспорта на водородных топливных элементах — в его экологичности и высоком КПД. Последний достигает 45–55%. Для сравнения, у бензинового ДВС он составляет 30–35%. Но пока автомобили, сделанные по таким технологиям, очень дороги, а их КПД все равно ниже классических электрокаров на аккумуляторных литий-ионных и свинцовых батареях.

Биодизель

Еще один далеко не новый тип горючего, получаемого из сельхозкультур, богатых маслами: подсолнечника, рапса, сои, кокоса и т. д. В качестве дополнения могут использоваться животный и рыбий жир, а также отработанное растительное масло. Современные технологии позволяют получать биодизель из водорослей. Это наиболее чистое и качественное горючее, для которого не надо занимать сельскохозяйственные земли. Поэтому именно биодизель 3-го поколения (из водорослей) считается наиболее перспективным и современным.

В США, ЕС, Индии принято множество программ по переводу транспорта на биотопливо. Правда, пока автомобилей на этом экологичном горючем немного. Ведь при всех своих преимуществах — безопасности, увеличенном ресурсе двигателя, доступности и возобновляемости — у горючего, получаемого из растений, есть ряд недостатков. В частности, его срок годности ограничен всего 3 месяцами, а в холодное время года биодизель необходимо подогревать. Ну и как любой другой новый вид горючего, массовое внедрение биотоплива требует создания соответствующей инфраструктуры.  

Пар

Первые модели парового транспорта появились в Европе во второй половине XVIII века. Но из-за громоздкости, сложности в производстве и обслуживании такая техника использовалась в основном для промышленных и сельскохозяйственных нужд. Легковые автомобили на пару всегда оставались предметом роскоши и массово не выпускались. С появлением же более надежных, высокопроизводительных и доступных ДВС и электродвигателей паровая тяга вовсе отошла на второй план. Хотя грузовики на пару выпускались в США, Великобритании, СССР и ряде других стран вплоть до конца 1960-х.

Сегодня использование в качестве топлива пара, получаемого тем или иным способом, — скорее, хобби. Реальных перспектив у этого транспорта немного, хотя паровые двигатели и обладают рядом неоспоримых преимуществ: «всеядность», экологичность, экономичность, простота и надежность конструкции. Все же таким топливом «питаются» некоторые грузовики и тягачи, используемые в странах Азии, Африки, Южной Америки. А уже в XXI веке было создано несколько гоночных болидов с паровой турбиной.

Ядерный реактор

В середине прошлого века писатели-фантасты и ученые-футурологи реально рассматривали идею установки компактных ядерных реакторов на транспорт. По замыслу изобретателей, такой автомобиль был бы обеспечен экологичным топливом на много лет. 

Первый концепт был разработан еще в 1957 году американским производителем Ford. Но Nucleon не пошел в серию, не было создано даже ни одного рабочего экземпляра. А вот современные более удачные концепты существуют. Так, например, в 2009 году на Чикагском автошоу был представлен Cadillac WTF, работающий на тории. Всего 8 грамм этого радиоактивного металла хватит на 100 лет ежедневной эксплуатации машины с учетом регулярного дополнительного расхода на работу электроприборов, освещения, подзарядку смартфона и т. д.

При всех преимуществах, основная сложность реализации проекта автомобиля с ядерным двигателем — в его целесообразности. Сконструировать компактный ядерный реактор непросто и дорого. А ведь необходимо обеспечить еще и его безопасность, создать станции обслуживания и прочую необходимую инфраструктуру. Делать все это, пока есть более доступные альтернативные виды топлива (не говоря уже про бензин и дизель) не имеет смысла. Но если заглядывать в отдаленное будущее, то задача вполне реальная и воплотимая в жизнь.

Спирт

Биоэтанол — спирт, производимый из растительных продуктов и используемый в качестве автомобильного топлива — находит наиболее широкое применение в Бразилии и США. Общая же доля транспорта, работающего на спирте, пока невелика — около 6%. Правда, применяют в основном не чистый биоэтанол, а смесь E85, состоящую из 85% спирта и 15% обычного бензина. Реже автомобили заправляют топливом, состоящим из спирта с топливными присадками, спирта и воды. Кроме того, для удешевления горючего, в некоторых странах в него добавляют биоэтанол, что позволяет также сделать чище выхлоп.

Экзотические виды альтернативного топлива

Рассказ про альтернативные виды топлива был бы неполон без упоминания более экзотических источников энергии. Например, воздуха, воды, кинетической энергии… Стоит рассмотреть и эти виды топлива.