Когда речь заходит о возобновляемых источниках энергии для автомобилей, чаще всего упоминается электричество и водород. Но на сегодня куда большие перспективы имеет биотопливо. Владимир ШЛЯХОВОЙ разбирался с самым популярным его видом — биоэтанолом
Первый автомобиль, работающий на этаноле, Генри Форд построил еще в 1896 году
Энергетический баланс бензина и дизтоплива близок к 1, тогда как у биоэтанола — до 8
В отличие от бензина спирт не облагается огромным акцизом
Биоэтанол — это обычный этиловый спирт, полученный путем сбраживания сахаросодержащих веществ растительного происхождения. В настоящее время для этого используются чаще всего сахарный тростник, кукуруза, пшеница и древесные опилки.
По сравнению с бензином этиловый спирт имеет более высокое октановое число (99 по моторному и 105 по исследовательскому методу), меньшую температуру сгорания и более чистый выхлоп, поскольку в нем не содержится сера. К тому же спирт сгорает без образования золы. Поэтому при использовании спиртсодержащих бензинов на свечах образуется меньше отложений, а двигатель меньше греется.
В то же время этанол имеет в 1,7 раза меньшую теплотворную способность, чем бензин (26 МДж/кг против 44 МДж/кг), а поэтому расход спиртобензиновой смеси будет большим, хотя при малом содержании этанола это практически незаметно.
Спирт не растворяется в бензине и достаточно коррозионноактивен, поэтому при приготовлении спиртобензиновых смесей используются специальные эмульгаторы, стабилизаторы и ингибиторы коррозии, благодаря чему смесь не расслаивается и не разрушает элементы топливной системы.
По большому счету бензиновый двигатель может работать и на чистом спирте, но для этого необходимо установить жиклеры большего сечения на карбюраторном двигателе или перепрошить программу работы инжекторного, установить устройство для стабилизации запуска двигателя и заменить подверженные коррозии материалы топливной системы более стойкими. Кроме того, если принято решение полностью перейти на спирт, желательно повысить степень сжатия двигателя до 12–14, чтобы полностью использовать детонационную стойкость топлива и повысить КПД его использования.
В то же время низкое давление насыщенных паров и высокая удельная теплота испарения этанола (905 кДж/кг) делают практически невозможным запуск бензиновых двигателей на чистом спирте уже при температуре ниже +10°С. (Для сравнения: для воды этот показатель составляет 2260 кДж/кг, для бензина 230–310 кДж/кг.) Поэтому обычно этанол используют не в чистом виде, а смешивают с бензином в той или иной пропорции.
Автомобили, специально адаптированные для топлива Flex Fuel, могут работать как на чистом бензине, так и на спирте и на их смеси в любой пропорции. Но для обычных автомобилей бензин Е85 — настоящий яд
Бразилия впереди планеты всей
Этиловый спирт — горючее давно и хорошо известное. Он использовался в качестве моторного топлива с самого начала автомобильной эры. Еще в 1896 году Форд построил автомобиль, работающий на этаноле, а хорошо известный FordТ стал первым в истории массовым автомобилем, который мог работать как на бензине, так и на этаноле и их смеси.
Сейчас в разных странах выпускаются бензины (а вернее, жидкое моторное топливо) с различным содержанием спирта — от 5 до 100%, что зашифровано в их маркировке. Так, Е5 означает, что спирта в смеси находится 5%, Е20 — 20% и т.д. Единственное исключение — Е100, который на самом деле содержит 96% спирта, поскольку более высокую концентрацию получить перегонкой невозможно. Впрочем, чаще всего спиртсодержащие бензины содержат либо до 25% этанола, либо 70–85%. В первом случае такие топлива могут использоваться обычными неадаптированными автомобилями, а во втором — переоборудованными для работе на спирте, либо «двухтопливными» (FlexFuel), которые могут работать как на чистом бензине, так и на чистом спирте, и на их смеси в любой пропорции. (В разных странах такие автомобили называются поразному, но в их названии обязательно присутствует слово Flex — «гибкий».)
В таких автомобилях концентрация спирта в топливе определяется автоматически, и «электронные мозги» проводят соответствующую подстройку топливной аппаратуры.
При этом Е85 считается летним, а Е70 и Е75 —зимним топливом, которое благодаря повышенному содержанию бензина легче воспламеняется при отрицательных температурах.
Мировым лидером в производстве и использовании биоэтанола в качестве моторного топлива является Бразилия, где на этаноле и спиртсодержащем бензине ездит 80% машин (оставшиеся работают на дизтопливе). И с оглядкой на это многие другие страны также пытаются пойти подобным путем.
Но Бразилия — страна особая. Здесь программа по переводу автотранспорта на спирт, принятая после энергетического кризиса начала 70х годов, преследовала сразу две цели: не только уменьшить зависимость от импорта нефти, но и трудоустроить значительное число безработных. Причем последняя задача играла приоритетную роль, поскольку позволила обеспечить работой на выращивании, уборке и переработке сахарного тростника миллионы человек.
В результате в Бразилии, где условия для выращивания сахарного тростника просто идеальны, с одного гектара ежегодно получают 7500 л этанола, что является рекордным показателем. Например, в США, где спирт получают из кукурузы, 1 га дает только 3800 л биоэтанола.
В Бразилии биоэтанол прижился во многом благодаря законодательно утвержденному правилу «80/20»: все бензины без исключения должны содержать не менее 20% спирта
Энергетический баланс
Впрочем, в производстве биоэтанола есть еще один очень важный показатель – энергетический баланс, который обозначает соотношение между количеством энергии, запасенным в полученном топливе и количеством энергии, затраченным на его изготовление.
Например, согласно ряду исследований, проведенных в США, этанол, производимый из кукурузы, имеет отрицательный энергетический баланс. То есть на полный цикл его производства (с учетом обработки почвы, посева и уборки урожая, а также его последующей переработки) необходимо потратить больше энергии, чем содержится в полученном этаноле. Хотя согласно официальному отчету Департамента сельского хозяйства США, кукурузный этанол имеет топливный баланс 1,24. Таким образом, этанол, произведенный из кукурузы, содержит всего на 24% энергии больше, чем тратится при его производстве. То есть из пяти гектаров кукурузы четыре расходуются впустую — непосредственно на процесс производства, и только 20% идут на получение товарного спирта.
Кстати, Бразилия и здесь является мировым лидером, поскольку багасса (жом) сахарного тростника используется в качестве топлива на электростанциях, что позволяет увеличить энергетический баланс этанола, производимого из сахарного тростника, до 8.
Энергетический баланс этанола, производимого из целлюлозы, может достигать 2. В данном случае речь идет об использовании в качестве сырья древесных опилок, соломы и других отходов растительного происхождения, которых в Украине ежегодно образуется несколько десятков миллионов тонн.
Что же касается сахарной свеклы, то в связи с дороговизной ее выращивания производимый из нее этанол имеет отрицательный энергетический баланс. В то же время переработка в топливо зерновых культур непременно приведет к росту цен на все продукты питания — так, как это уже произошло в США и европейских странах.
Справедливости ради стоит отметить, что энергетический баланс бензина и дизтоплива составляет около 1, так как для их производства требуется большое количество энергии: для разведки нефти, ее добычи, транспортировки (постройка танкеров и трубопроводов), переработки, доставки бензина и т.п.
Кукуруза — североамериканское сырье для биотоплива. Кроме того, используются маниок, картофель, сахарная свекла, батат, сорго, ячмень и другие культуры
Украинская перспектива
Минувшим летом Верховная Рада Украины приняла изменения в Закон «Об альтернативных видах топлива», согласно которому с 1 января 2013 года во всех бензинах, продаваемых на территории Украины, рекомендовано содержание не менее 5% биоэтанола. С 1 января 2014 года это требование становится обязательным, а с 2016 г. в любом бензине должно содержаться не менее 7% биоэтанола.
Ожидается, что добавка биоэтанола в бензин снизит как зависимость Украины от импорта нефтепродуктов, так и уровень вредных выбросов автотранспортом. А заодно приведет к возрождению спиртовой промышленности, поскольку позволит загрузить 38 простаивающих спиртзаводов и создать 30 тыс. рабочих мест.
К примеру, если в 1980 г. в Украине было произведено 685 млн л спирта, то к 2010 г. этот показатель упал до 250 млн л, что даже меньше, чем в 1940 г. (265 млн л). Притом что производственные мощности имеющихся спиртзаводов оцениваются более чем в 600 млн л.
В то же время для производства необходимых Украине 5 млн т бензина в 2014 г. потребует ся 250 тыс. т этанола, а в 2016 г. — 350 тыс. т, что многие считают нереальным, поскольку у нас основная часть спирта используется для изготовления алкогольных напитков.
Впрочем, одного только наличия спирта недостаточно. Как уже упоминалось, для его смешивания с бензином необходимы эмульгаторы, стабилизаторы и ингибиторы коррозии, иначе весь наш автопарк быстро станет «на прикол». То есть к промышленному производству спиртсодержащего бензина должны быть готовы как украинские НПЗ, так и зарубежные, которые делают бензин для Украины.
К примеру, уже сейчас в Украине продается бензин А95Е Premium+, содержащий «до 30%» этилового спирта (точное содержание не называется) и имеющий октановое число 95, который можно использовать в неадаптированных автомобилях наряду с обычным бензином. Стоит такой бензин 9,54 грн.
В настоящее время стоимость этанола гораздо выше себестоимости бензина. Но почему же тогда спиртсодержащий бензин стоит дешевле обычного? Вопервых, как уже упоминалось, его энергетическая ценность ниже, чем у чистого бензина, поэтому, предлагая меньший пробег на том же количестве топлива, нельзя просить больше. А вовторых, бензин в отличие от спирта облагается огромным акцизом, изза чего его продают намного дороже реальной стоимости. Поэтому в результате выходит, что более дорогой спирт обходится автомобилистам дешевле.
Решение о добавке биоэтанола в украинский бензин дало толчок развитию отрасли: уже в 2012 году было произведено 60 тыс. тонн биоэтанола, тогда как в 2011 году — всего 9,73 тыс. тонн
Дата: 18.07.2013
Дата: 19.07.2013