http://www.autoserver.ru/Content/AroundAuto.asp?rubrics=21&id=14411
Гори-гори ясно
Сегодня «биодизель» — топливо, получаемое из растительного масла, завоевывает все большее признание. Качественное, экологичное, несложное в производстве и относительно недорогое топливо — возможно, когда-нибудь все дизели будут работать только на нем
Во время подготовки этого номера из США пришла новость о том, что 80% продаваемого в Штатах дизельного топлива теперь должно соответствовать новым жестким требованиям по содержанию серы. Ожидается, что ULSD (Ultra Low Sulfur Diesel — ультранизко-сернистое дизельное топливо) поможет существенно снизить выбросы сажи. Малайзия опережает весь остальной мир по темпам потребления «биодизеля» — 20% от всего дизельного топлива.
Вопросы экологичности, эффективности и, наконец, цены моторного топлива с годами становятся все более значимыми. Ограниченность запасов нефти и высокая цена на нее заставляют разрабатывать альтернативные виды горючего, хотя привычные бензин и солярка по-прежнему уверенно держат лидерство на этом рынке.
Самый главный
С химической точки зрения бензин — это смесь легких углеводородов, получаемых при перегонке нефти (бензины прямой перегонки), а также путем коксования, гидрокрекинга и риформинга нефти.
Многие автомобили, в особенности эксплуатирующиеся в Америке, оснащены оборудованием, позволяющим использовать топливо Е85, содержащее 85% этилового спирта и лишь 15% бензина
Важнейшая характеристика бензина как моторного топлива — октановое число, отражающее его стойкость к детонации. Чем оно выше, тем устойчивее процесс горения бензовоздушной смеси, поджигаемой высоковольтным разрядом свечи в камере сгорания, тем меньше может быть сама камера и соответственно выше компрессия.
Двигатели высокой удельной мощности (степень сжатия 10—12) должны питаться только высокооктановым бензином — в противном случае неизбежна детонация со всеми вытекающими последствиями (экстремальный перегрев, ударные нагрузки на поршневую группу и клапаны — вплоть до разрушения деталей мотора). Владельцы мощных авто, вроде Subaru Impreza WRX STi, вынуждены раскошеливаться, расплачиваясь за 98-й, — ремонт двигателя, «съевшего» нечто низкооктановое, обойдется дороже.
Детонационная стойкость бензина может быть измерена двумя способами, которые отражаются в наименовании марки топлива. Буквы АИ, начертанные на пистолете колонки, теоретически означают, что через него в бак потечет автомобильный бензин (А), октановое число которого измерено так называемым исследовательским методом (И). Отсутствие второй буквы означает испытание моторным методом, что вовсе не смертельно, хотя результат, как правило, оказывается меньше, чем при первом способе измерения.
Сплошная химия
Определение октанового числа бензина и моторным, и исследовательским методом проводится на лабораторном одноцилиндровом двигателе. Отличие в том, что при моторном методе условия работы более жесткие — обороты коленчатого вала и температура горючей смеси выше. Результаты измерений сравниваются с параметрами, полученными при тестировании эталонной смеси углеводородов — изооктана (мало склонен к детонации) и гептана (детонирует легко). Если испытываемый бензин показал на стенде такие же результаты, как и смесь из 98% изооктана и 2% гептана, октановое число будет равно 98, что, конечно же, отразится на цене такого продукта.
Этанол — намного более экологичное топливо, нежели продукты переработки нефти. Да и по цене при нынешней стоимости черного золота вполне конкурентоспособен
Кстати, октановое число бензинов прямой перегонки и вовсе лежит в пределах 41—58, то есть для современных двигателей они не годятся. Для повышения детонационной стойкости применяют присадки, самая «культовая» из которых — тетраэтилсвинец (ТЭС), прославившийся как высокой эффективностью (существенно повышает октановое число даже в небольших концентрациях), так и не менее высокой «ненавистью» к каталитическим нейтрализаторам, которые выходят из строя буквально от одного запаха продуктов сгорания этилированного (т. е. с добавкой ТЭС) бензина. По этой причине, а также из-за вреда, наносимого экологии, тетраэтилсвинец оказался под запретом в большинстве цивилизованных стран.
На смену «изгою» пришли другие металлосодержащие присадки — ферроцены (содержат железо) и карбонилмарганец. У них с нейтрализаторами конфликтов не возникло, однако обнаружились другие проблемы — на стенках камеры сгорания и электродах свечей образовывался нагар, отчего срок их службы, понятное дело, сокращался. Нет ничего удивительного в том, что принятая в 1998 году Топливная хартия поставила вне закона все металлосодержащие присадки.
Что оставалось производителям? Осваивать технологию так называемого каталитического риформинга нефти (позволяет получать более качественные, чем при перегонке, бензины), повышать процентную долю легких высокооктановых соединений. И как следствие увеличивать цену.
Самовоспламеняясь
Для экспресс-определения октанового числа бензина в полевых условиях никакой двигатель, конечно же, не используют. Оборудование применяют самое разное — от переносных компактных приборов до мобильных мини-лабораторий
Отличия дизельного топлива от бензина напрямую обусловлены процессами, происходящими в камере сгорания дизеля. Тут для поджигания топливно-воздушной смеси не нужна искра — она самовоспламеняется при сжатии. Так что давление в камере сгорания дизелей минимум в два раза выше, и топливо им нужно тяжелое, не склонное к детонации.
Однако устойчивость к детонации — не основное свойство солярки. Главное, чтобы подаваемая в наполненную сжатым и разогретым воздухом камеру сгорания порция топлива начала гореть без существенной задержки — в самом начале фазы впрыска. Опоздание грозит объемным возгоранием сразу «полной дозы» топлива — процесс, подобный взрыву. Детали двигателя, конечно, перенесут это стоически — дизели проектируют с расчетом на такие нагрузки, однако ресурс вследствие такой жесткой работы существенно снижается.
Скорость воспламенения паров дизельного топлива характеризует цетановое число. Процесс измерения этой величины очень напоминает «бензиновую» процедуру: лабораторный двигатель и сравнение с эталоном, которым на этот раз выступает смесь. Еще одно важное отличие — цетановое число не указывается в маркировке дизтоплива, а просто стандартизуется. В России нормой считается число не меньше 45, в Финляндии и Швеции — вилка 48—49 единиц. А в некоторых странах нормальное топливо должно иметь цетановое число не ниже 51. Так что низкое качество отечественной солярки — вовсе не единственное препятствие на пути импортных дизелей.
В нашей стране марки дизтоплива обозначаются буквенными индексами (Л — летнее дизтопливо, З — зимнее и А — арктическое), определяющими температурные и сезонные ограничения по использованию того или иного сорта и к значению цетанового числа прямого отношения не имеют. Есть, однако, рекомендации к использованию в зимнее время топлива с цетановым числом на 5—10 единиц выше, чем у летних сортов.
Речной транспорт, как правило, тоже приводят в движение ДВС. В некоторых странах такая вот плавучая АЗС — обычное дело
Главное отличие низкотемпературных сортов — пониженное содержание парафинов, которые при выпадении в осадок превращают жидкое топливо в гель. Чтобы избежать такой неприятности, в зимнее дизтопливо при изготовлении добавляют присадки, увеличивающие текучесть. Используются специальные присадки и для повышения цетанового числа. Народные же рецепты, вроде добавления в бак дизельного автомобиля бензина и керосина, хоть и спасают солярку от загустевания, но снижают цетановое число.
Без ископаемых
Кстати, дизель не обязательно заправлять соляркой. Можно, например, 76-м бензином (его цетановое число — 35, что вполне достаточно), а можно — просто рапсовым маслом. Правда, едва ли современный (да еще и «легковой») двигатель скажет спасибо за такую «трапезу». Альтернатива производным нефти, однако, есть. Это так называемый «биодизель», вырабатываемый из растительных масел или животных жиров.
Девять частей растительного масла, одна часть метанола (он же древесный спирт), немного щелочного катализатора — и в реактор. Процесс проходит при температуре 60°С, и, помимо топлива, на выходе получается еще один полезный продукт — глицерин, применяемый в фармацевтической и лакокрасочной промышленности.
Биологическое дизтопливо отличается повышенным цетановым числом (56—58), хорошей воспламеняемостью, экологичностью, на два порядка меньшим содержанием серы, и, несмотря на это, хорошими смазывающими свойствами. Более того, «биодизель» не загрязняет окружающую среду, поскольку за месяц перерабатывается микроорганизмами на 99%. А при его сгорании выделяется ровно столько углекислого газа, сколько вдохнуло за свою жизнь растение, послужившее сырьем для производства масла.
Пример Малайзии показывает, что при грамотной государственной политике биотопливо вполне способно теснить на рынке продукты нефтепереработки. Причем, что интересно, пионером в этом начинании выступила совсем не обделенная нефтью страна.
Проспиртованные
Есть альтернатива и бензину. Вообще говоря, он в свое время занял главенствующее положение на топливном рынке, выиграв битву со спиртом, которым двигатели внутреннего сгорания питались на заре своего существования. Ключевым моментом в противоборстве спирт-бензин стала технология. Спирт был недешев в производстве, а цена нефти в то время мало кого волновала. Однако уже первый нефтяной кризис 1970-х подарил цивилизованному миру простой закон — чем дороже нефть, тем больше доля спирта на рынке моторного топлива.
Дошло до того, что появились «бензиновые» двигатели, способные переваривать практически чистый спирт. В США и сегодня распространено топливо с маркировкой E85: на 85% этилового спирта приходится всего 15% бензина. А распространенную в Скандинавии смесь E10 (10% этанола) и вовсе можно скармливать всем без исключения современным двигателям. Очередной прыжок кривой цен на черное золото заставил подумать о переводе на алкоголь не только бюджетные авто, но и суперкары вроде Koenigsegg CCX.
Видимо, с годами популярность спирта в качестве моторного топлива будет только расти. Тем более что технология производства биоэтанола (этиловый спирт, полученный путем брожения, как самогон) доступна буквально каждому фермеру.
Там, где можно все…
Кстати, крупнейшие автопроизводители уже вкладываются в популяризацию биоэтанола. В середине августа заправленный биоэтанолом Chevy So-Cal Cobalt SS показал на солончаковом плато Бонневиль рекордную для своего класса скорость в 218,392 миль в час (349,427 км/ч). До этого ни одному «спиртовому» авто отметка в 200 миль в час не покорялась. Особенно символично, что произошло это на том самом плато, где регулярно проходят гонки «топливных лейкстеров», которые по регламенту можно заправлять всем чем угодно, вплоть до откровенно ядовитой взрывчатки вроде нитрометана.
Еще один «спиртовой» рекорд принадлежит французам, построившим микроавтомобиль Microjoule. Малыш весом всего 30 кг смог проехать на одном литре этанола 2885 километров!
Однако, несмотря на достигнутые успехи, праздновать освобождение от нефтяной зависимости рано. Отказ от привычного топлива потребует не просто больших усилий — придется перестраивать всю мировую экономику. И тогда даже самые смелые фантазии авторов триллеров об охоте за ученым, придумавшим, как обойтись без нефти, покажется милой детской сказкой.