Cтранные новости пришли из Арктики. Cовместная Российско-американская экспедиция обнаружила большие выбросы метана в Восточном секторе Арктики, на севере Берингова моря и моря Лаптевых. Как сообщает профессор Игорь Семилетов, являющийся руководителем экспедиции, метан в большом количестве попадает в океан из трещин в земной коре на дне, что является признаком усиления сейсмической активности в районе Арктики. Это было предсказано еще некоторое время назад, и вот это началось. Глубоко под водами Арктики глобальное потепление вызывает высвобождение метана из-под океанского дна.
Выбросы метана приводят к повышению среднегодовой температуры в Арктике, из-за чего площадь арктических ледников уменьшается намного быстрее, чем в любой сравнимый период за последние восемь тысяч лет.
Недавно было обнаружено более 250-ти потоков газовых пузырьков, поднимающихся со дна океана в районе к западу от норвежского архипелага Шпицберген. Большую часть их составляет метан - а в качестве парникового газа он куда более опасен углекислого газа. Находку сделали британские ученые, работающие в экспедиции на борту исследовательского судна James Clark Ross. Они также отметили, что именно этот район океана омыватся Западным Шпицбергенским течением, которое за последние 30 лет потеплело на 1 °C.
Считается, что источник этих выбросов метана - гидрат метана, сохраняющийся во льду под морским дном. По мере повышения температуры он становится нестабильным и распадается с выделением метана. Пока что ни один из потоков газовых пузырьков, зафиксированных учеными, не достигает поверхности океана. Весь газ успевает раствориться в воде и еще не попадает в атмосферу. По крайней мере, пока.
Но только из-за этого не стоит считать этот метан совершенно безобидным для нашей планеты. Некоторая часть его, переходя через несложную химическую реакцию, превращается в углекислый газ, который повышает кислотность водной среды. Ну а более мощные потоки рано или поздно наверняка достигнут атмосферы - а возможно, такие уже имеются в других районах мирового океана.
Что поражает в результатах британцев, так это объемы выбросов метана, которые они обнаружили. Охватив район всего-то в 600 кв. км, ученые показали, что здесь ежегодно высвобождается 27 тыс. тонн газа, а значит, одни только залежи гидрата в районе Шпицбергена могут выделять в год 20 млн тонн. Если же расширить эти цифры на весь Северный Ледовитый океан, то получится, что уже сейчас должно происходить постепенное увеличение содержания метана в атмосфере. Ежегодно в нее, видимо, выбрасывается от 500 до 600 млн тонн этого газа.
Впрочем, некоторые ученые считают, что происхождение метана в Арктике иное, и он имеет ту же природу, что и остальной метан, добываемый, скажем, «Газпромом»; место его происхождения - довольно глубоко в недрах планеты. В этом случае потепление вряд ли сказывается на скорости его высвобождения из-под океанских вод. Но даже эти ученые соглашаются, что такой вариант маловероятен. Потепление ускоряет высвобождение метана, а газ этот не только ядовит, но и способен чрезвычайно ускорить дальнейшее нагревание Земли. В этом смысле он куда опасней углекислого газа: если степень его воздействия на климат условно принять за единицу, то парниковая активность метана составит 21.
Оказывается, ученые на 20−40% недооценивали влияние метана на климат. А ведь в плане глобального потепления он в 25 раз опасней, чем углекислый газ.
В отчете, подготовленном под руководством Института Годдарда по космическим исследованиям (НАСА) в Нью-Йорке, заявляется, что метан блокирует формирование аэрозолей, которые охлаждают планету. Прогнозы на ближайшее 100 лет говорят о том, что каждая тонна метана принесет вред в 25 раз более значительный, чем тонна углекислого газа. Но влияние метана не столь долговечно, как влияние СО2. Таким образом, чем меньше срок исследований - тем больше обвинений в адрес метана.
Так как огромные уровни выброса метана наблюдаются в Новой Зеландии, местные ученые в первую очередь озабочены этой проблемой. Между тем, они считают, что надо провести еще несколько исследований, чтобы сделать окончательные выводы. Мартин Мэннинг (Martin Manning), автор последнего доклада Межправительственной группы экспертов по изменению климата, говорит, что нужен еще хотя бы еще один эксперимент. Поскольку заявление очень короткое, а проблема действительно сложная, да и не изучена до конца.
_______________________________________________
http://globalist.org.ua/shorts/80790.html
A sudden methane burp in the Arctic could set the world back a colossal $60 trillion.
Billions of tonnes of the greenhouse gas methane are trapped just below the surface of the East Siberian Arctic shelf. Melting means the area is poised to deliver a giant gaseous belch at any moment - one that could bring global warming forward 35 years and cost the equivalent of almost a year"s global GDP.
Научный анализ утечки природного газа недалеко от Лос-Анджелеса говорит о том, что она стала крупнейшей в истории США. Утечка в каньоне Алисо привела к выбросу в атмосферу почти 100 000 тонн метана, прежде чем её удалось остановить. Воздействие на климат считается эквивалентным ежегодным выбросам полумиллиона автомобилей. Исследователи говорят, что она оказала гораздо большее влияние на глобальное потепление, чем разлив нефти BP в Мексиканском заливе в 2010 году. Утечка, впервые обнаруженная 23 октября, произошла на одной из 115 скважин, подключенных к массивному подземному хранилищу природного газа, пятого по величине в США. Владелец скважины, компания Southern California Gas Company (SoCalGas), предприняла семь неудачных попыток остановить вздымающиеся шлейфы метана и этана.
Опасения по поводу воздействия выброшенного газа привели в конечном счете к эвакуации более 11000 жителей близлежащих районов, после того как губернатор Калифорнии Джерри Браун объявил чрезвычайное положение в этой области. В результате выброса в воздух ежедневно попадало достаточно газа, чтобы заполнить воздушный шар размером с футбольный стадион. На своем пике поток в два раза превысил темпы выбросов метана со всего бассейна Лос-Анджелеса. Утечка была окончательно перекрыта 18 февраля. К тому времени почти 100 000 тонн метана попало в атмосферу.
Зашкаливающие пробы
Ученые завершили анализ, основанный на 13 исследовательских полетах с захватом проб воздуха внутри и вокруг факела метана, а также с уровня земли. Начальные показания с самолетов были настолько высоки, что исследователи перепроверили своё оборудование для мониторинга на наличие ошибок. Количество метана, выброшенного в атмосферу из утечки в скважине, делает её крупнейшей в своем роде, зарегистрированной в США. Больший выброс газа произошел в Техасе в 2004 году, но так как большая часть этого метана сгорела в результате пожара, который последовал за взрывом, воздействие на климат было сглажено. Исследователи утверждают, что выброс окажет значительное влияние на способность Калифорнии выполнить свои цели по сокращению выбросов парниковых газов в этом году. Метан является химическим веществом с коротким временем жизни в атмосфере, но при этом остаётся очень мощным парниковым газом с эффектом в 25 раз выше, чем у СО 2 за 100-летний период. "С точки зрения выделения метана, утечка в каньоне Алисо является самой крупной", - заявил ведущий автор, доктор Стивен Конли из Университета Калифорнии, Дэвис. - "Она оказала самое большое влияние на климат, превысив разлив нефти BP."
Фото: Скважина с утечкой, отмеченная на этой фотографии как SS25, находится очень близко к микрорайону Porter Ranch
Анализ установил превышение нормального уровня нескольких потенциально вредных химических веществ, которые появляются при утечке природного газа. К ним относятся бензол, толуол и ксилолы, которые, как было установлено, влияют на здоровье при длительном воздействии.
Роль случая
Авторы полагают, что есть важные уроки, которые можно извлечь из утечки - в частности, необходимость более тщательного мониторинга нефтяных и газовых объектов. Они утверждают, в последние годы нескоординированный надзор привёл к возникновению крупных утечек нефти и газа. Они указывают на каньон Алисо, разлив BP и утечку на буровой установке Total Elgin в Северном море в качестве примеров тех случаев, когда в контроле воздействия на окружающую среду случай играл большую роль, чем намерения. В случае каньона Алисо, самолет геодезической разведки работал над другим проектом в поисках проблем трубопровода, когда ученых попросили провести облёт скважины с утечкой. "Реакцией государства на инцидент в каньоне Алисо было недовольство первым измерением, которое мы провели, в этот момент никто даже не представлял, что в час выбрасывалось 50000 кг газа,"- сказал доктор Конли. "С моей точки зрения, это огромное упущение, особенно в связи с Парижским Соглашением о климате. Как мы можем отслеживать и сокращать выбросы парниковых газов без измерения наших самых больших его источников? Утечки такого рода будут продолжать происходить. Давайте попробуем искать их непрерывно, чтобы мы могли серьезно говорить о сокращении наших выбросов."
Проблема экологической безопасности автотранспорта – часть проблемы экологической безопасности страны. Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств увеличиваются в России ежегодно в среднем на 3,1%. В результате ежегодный экологический ущерб от функционирования транспортного комплекса России составляет более 3,5 млрд. долл., и эта сумма продолжает расти.
Вклад автомобилей в загрязнение окружающей среды составляет 60–90% (в Москве – 92%). Автомобильные двигатели сбрасывают в воздух городов более 95% оксида углерода, около 65% углеводородов и 30% оксидов азота. При сгорании 1 кг бензина в атмосферу поступает 465 г угарного газа, 25 г углеводородов, 15 г оксидов азота. Кроме того, для сгорания 1 кг бензина необходимо 14,5 кг воздуха. То есть двигатель внутреннего сгорания (ДВС) в течение часа расходует около 200 л кислорода – в 2,5 раза больше, чем за сутки вдыхает человек. В общем загрязнении атмосферного воздуха токсичными выбросами автомобилей доля двигателей с искровым зажиганием составляет 93–95%, дизельных двигателей – 5–7%. Правда, уровень выбросов сажи у последних в 5–6 раз выше.
Улучшение свойств топлива при помощи присадок
Добавление к топливу определенных присадок может снизить образование оксида углерода, углеводородов, альдегидов, сажи. С целью улучшения эксплуатационных и экологических свойств автомобильных бензинов в их состав вводят моющие и многофункциональные присадки (см. таблицу).
Эффективным способом борьбы с отложениями в карбюраторе и впускной системе стало добавление к бензинам специальных моющих присадок.
Маркирующие присадки вводят в бензин в столь малой концентрации, что они практически не влияют на физико-химические и эксплуатационные характеристики.
В Финляндии разработана добавка к бензину «Футура», которая не содержит свинца и повышает октановое число до 95. Присадка эффективно очищает двигатель, уменьшает загрязнение клапанов, защищает топливную систему от коррозии, повышает морозостойкость карбюратора, обеспечивает равномерный режим сгорания топлива и уменьшает выбросы вредных веществ.
Из отечественных разработок отметим антидетонационную присадку на марганцевой основе ЦТМ, которая в 50 раз менее токсична, чем тетраэтилсвинец, и существенно повышает октановое число. АО «Омский каучук» наладило выпуск метилретичнобутилового эфира (МТБЭ) с высоким октановым числом 110 единиц – добавки к бензинам, существенно улучшающей их качество и экологичность. Его применение снижает содержание в выхлопных газах CO на 10–20%, несгоревших углеводородов – на 5–10% и вредных летучих соединений – на 13–17%.
Использование нетрадиционных видов топлива
Крупнейшие мировые автомобильные концерны инвестируют миллиарды долларов в развитие технологий альтернативных видов моторного топлива и источников энергии для автомобилей. В последнее десятилетие интенсивно ведутся поиски альтернативного топлива, которое было бы дешево и не давало бы вредных выбросов. К альтернативным топливам относят все автомобильные топлива, кроме бензинов, и дизельное топливо.
Метан (сжиженный газ) – особенно перспективный газ в нашей стране для использования в автотранспорте. К его достоинствам относятся большие по сравнению с нефтью ресурсы и менее токсичный выхлоп. Однако существует проблема хранения сжатого газа на борту легковых автомобилей, так как для этого нужны легкие и прочные баллоны, изготовленные из композитных материалов, способных выдерживать давление 20 МПа.
Сжатые газы при нормальной температуре сохраняют газообразное состояние даже при высоком давлении. В жидкое состояние они переходят при температуре ниже –820С и давлении 4,5 МПа. Основной компонент – метан, присутствуют и другие углеводороды, а также углекислый газ, кислород, азот, вода, механические примеси.
Главным недостатком газобаллонной аппаратуры для сжатых газов является ее масса. Баллон из легированной стали емкостью 50 л с газом под давлением 200 МПа весит 62,5 кг, а баллон из углеродистой стали – 93 кг. Полная заправка восьми баллонов, масса которых составляет 14% грузоподъемности автомобиля, обеспечивает 200–280 км пробега. При замене бензина на сжатый природный газ мощность двигателя падает на 18–20%, скорость – на 5-6%, время разгона увеличивается на 24–30%.
Способ повышения эффективности применения сжатого природного газа состоит в увеличении степени сжатия до 10, повышении коэффициента наполнения цилиндров двигателя путем увеличения диаметра впускного трубопровода, устранении подогрева газа на впуске, изменении фаз газораспределения. Все это требует конструкционных переделок двигателя, но запасы природного газа столь значительны по сравнению с нефтью, что делают перспективным его использование. Уменьшить массу баллонов можно путем сжижения газа при низких температурах (–1600С) и хранения его в изотермических баллонах. По энергоемкости такой газ может сравниться с жидким нефтяным топливом.
По сравнению с бензином метан имеет следующие преимущества: он в 1,5–2 раза дешевле, имеет более высокую детонационную стойкость, и двигатель на нем работает мягче, ресурс его увеличивается примерно в 1,5 раза, а срок службы моторного масла возрастает вдвое.
При переводе на сжиженный газ мощность двигателя падает на 3–4%. Этого можно избежать, если смесь охлаждать во впускном тракте или повысить степень сжатия, так как октановое число у газа больше, чем у бензина. Лучше всего использовать высокую детонационную стойкость газа путем увеличения угла опережения зажигания.
Бутан – наиболее калорийная и легкосжимаемая часть топливной смеси. Для создания давления насыщенных паров баллон заправляют не более чем на 90%.
Сжиженный газ (пропан-бутан). В Европе это топливо, получаемое из попутных нефтяных газов, называется LPG (Liqefied petroleum gas – сжиженный бензиновый газ). В то время как сжатый газ (метан) находится в баках под давлением 20 МПа, LPG сжижается уже при 0,6–0,8 МПа. В ЕС сегодня насчитывается около 2,8 млн. машин, работающих на LPG. Фирмы, занимающиеся переоборудованием топливных систем автомобилей под LPG, за свою работу берут около 2 тыс. евро. Кроме того, компания Isuzu в заводских условиях под заказ устанавливает на свою 3,5-литровую модель Trooper 100-литровый баллон под этот газ. В США 80% нефтепродуктов получают уже не из нефти, а из попутных газов – пропана-бутана и этана, в то время как в России из-за устаревших НПЗ, созданных большей частью в 1960-х годах, только присматриваются к переработке попутных нефтяных газов (мы перерабатываем только 72% добываемой нефти, остальное теряем, в то время как в развитых странах перерабатывается до 95% добываемой нефти).
Газоконденсатное топливо – это природная смесь легкокипящих нефтяных углеводородов, находящаяся в газообразном состоянии под давлением 4,9–9,8 МПа при температуре –1500С.
Добавка спиртовых смесей к бензину может уменьшить выбросы токсичных компонентов в отработанных газах в пределах 10–15%, а в Москве, где уже 4,5 млн. автомобилей, такое мероприятие позволит сократить выбросы до 7–10%. Поскольку у этих смесей более низкая фотохимическая реактивность, то уменьшение выбросов составит 15–17%.
Спирты относятся к числу синтетических топлив, из которых наиболее известны метанол и этанол. При содержании в топливе спирта до 10% не требуется изменять конструкцию двигателя, а введение спирта повышает октановое число с 88 до 94 при одновременном снижении содержания оксидов азота и углеводородов в выхлопных газах.
Метанол – метиловый или древесный спирт. Сырьем служат природный газ и нефтяные остатки. Синтез проводится под давлением 25–60 МПа в присутствии катализаторов при температуре 300–4000С. Его стоимость превышает в 1,5–2 раза стоимость бензина. Применение метанола требует изменения конструкции двигателя, так как ухудшается пуск двигателя при низких температурах. Добавка 3–5% метанола позволяет использовать бензин с меньшим октановым числом и заменять этилированный бензин на неэтилированный.
Метиловый спирт не содержит тех углеводородных примесей, которые имеются в бензине, сгорает в двигателе полнее, поэтому в атмосферу попадает гораздо меньше оксида углерода. Кроме того, он менее взрывоопасен при столкновении автомобилей – поэтому его применяют в гонках «Формула-1». Но и недостатков у этого вида топлива достаточно много. Главный из них – плохое смешивание неполярного бензина с высокополярным спиртом. Чтобы преодолеть этот недостаток, в Германии используют третичный бутиловый спирт (СН3)3СОН, растворяющийся в бензине и в метиловом спирте. Другой недостаток – гигроскопичность горючей смеси, насыщенный водяными парами метиловый спирт вызывает коррозию металла. К тому же при его сгорании образуется на 40% энергии меньше, и, значит, чаще придется заправлять автомобиль. Тем не менее с 1990-х годов на метаноле работает общественный транспорт Стокгольма, в результате в 5 раз снизился выброс вредных веществ, уменьшилась и их токсичность.
Этанол – этиловый или винный спирт, вырабатывается из злаков, картофеля, сахарного троcтника и других культур, применяется как в смеси с бензином, так и в чистом виде. Этанол добывается из отходов древесины и сахарного тростника, обеспечивает двигателю высокий КПД и низкий уровень выбросов и особо популярен в теплых странах. Так, Бразилия после своего нефтяного кризиса 1973 года активно использует этанол – в стране более 14 млн. автомобилей ездит на этом топливе. Кроме того, концерн Ford сейчас готовит к производству модель Focus FFV, которая будет заправляться топливом под названием Е 85 – смесью, состоящей из 85% эталона и 15% бензина.
Диметиловый эфир. Представители Renault совместно с французским Агентством по защите окружающей среды успешно работают над проектом использования диметилэфира – жидкого газа, который используется в аэрозолях, а продукты его сгорания малотоксичны. Этот газ можно использовать в автомобилях с дизельным двигателем, так как октановое число у него выше, чем у дизтоплива. Достоинства диметилового эфира состоят в том, что он не содержит ароматических углеводородов и серы, характеризуется полнотой сгорания, не имеет сажи и оксидов азота в выхлопных газах, не требует изменений в конструкции дизельного двигателя (необходима лишь незначительная модернизация системы подачи топлива), обеспечивает хороший старт холодного двигателя, имеет более выгодные условия производства по сравнению с дизельным топливом. Пониженная по сравнению с дизтопливом теплотворная способность частично искупается большей экономичностью двигателя и отсутствием затрат на очистку выхлопа.
Экологизация автотранспорта – сложная социальная проблема, просто и дешево ее не решить. Казавшаяся когда-то близкой перспектива перехода к электромобилям все еще весьма далека от реальности. Достаточно сказать, что уже созданные в развитых странах сотни тысяч таких средств передвижения используются в 90% случаев как тележки для перевозки мелких грузов и продуктов. Таким образом, альтернативы двигателям внутреннего сгорания пока нет и надо искать возможности более широкого применения экологических видов топлива, прежде всего сжатого природного газа и спиртового топлива.
| Свойства основных автомобильных присадок | ||
| Антидинатронные присадки и добавки | Максимально допустимая концентрация в бензине | Максимальный прирост октанового числа при допустимой концентрации присадки в бензине |
| 1. Присадки ⌠АвтоВэм■ ТУ 38.401-58-185-97 | до 1,3% | 8 |
| 2. Добавка ⌠Феррада■ ТУ 38.401-58-186-97 | до 1,3% | 7,5 |
| 3. Добавка ⌠АДА■ ТУ 38.401-58-61-93 | до 1,3% | 6 |
| 4. Добавка ⌠АДА■ ТУ 38.401-58-61-93 | до 1,3% | 6 |
| 5. Добавка ⌠БВД■ ТУ 38.401-58-228-99 | до 1,9% | 6 |
| 6. Присадка ⌠ФерроЗ■ ТУ 38.401-58-83-941 | до 0,02% | 3 |
| 7. Продукт спиртосодержащий для повышения октановых чисел бензинов (ВОКЭ) ТУ 9291-001-32465440-9 | до 5% | 1,5 |
Проверочная работа включает в себя 15 заданий. На выполнение работы по химии отводится 1 час 30 минут (90 минут).
Из курса химии вам известны следующие способы разделения смесей: отстаивание, фильтрование, дистилляция (перегонка), действие магнитом, выпаривание, кристаллизация.
На рисунках 1-3 представлены ситуации, в которых применены указанные методы познания.
Какими из способов, которые показаны на рисунках, НЕЛЬЗЯ разделить смесь:
1) ацетона и бутанола-1;
2) глины и речного песка;
3) сульфата бария и ацетона?
Показать ответ
На рисунке изображена модель электронного строения атома некоторого химического элемента.
На основании анализа предложенной модели:
1) Определите химический элемент, атом которого имеет такое электронное строение.
2) Укажите номер периода и номер группы в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева, в которых расположен этот элемент.
3) Определите, к металлам или неметаллам относится простое вещество, образованное этим химическим элементом.
Показать ответ
Li; 2; 1 (или I); металл
Периодическая система химических элементов Д.И. Менделеева богатое хранилище информации о химических элементах, их свойствах и свойствах их соединений, о закономерностях изменения этих свойств, о способах получения веществ, а также о нахождении их в природе. Например, известно, что с увеличением порядкового номера химического элемента в периодах электроотрицательность атомов увеличивается, а в группах - уменьшается.
Учитывая эти закономерности, расположите в порядке уменьшения электроотрицательности следующие элементы: В, С, N, Аl. Запишите обозначения элементов в нужной последовательности.
Показать ответ
N → С → В → Аl
Ниже перечислены характерные свойства веществ, которые имеют молекулярное и атомное строение.
Характерные свойства веществ
молекулярного строения
Хрупкие;
Тугоплавкие;
Нелетучие;
Растворы и расплавы проводят электрический ток.
ионного строения
Твёрдые при обычных условиях;
Хрупкие;
Тугоплавкие;
Нелетучие;
Не растворимы в воде, не проводят электрический ток.
Используя данную информацию, определите, какое строение имеют вещества: алмаз С и гидроксид калия КОН. Запишите ответ в отведённом месте.
1. Алмаз С
2. Гидроксид калия КОН
Показать ответ
Алмаз С имеет атомное строение, гидроксид калия КОН имеет ионное строение
Оксиды условно подразделяют на четыре группы, как показано на схеме. В эту схему для каждой из четырёх групп впишите пропущенные названия групп или химические формулы оксидов (по одному примеру формул), принадлежащих к данной группе.
Показать ответ
Элементы ответа:
Записаны названия групп: амфотерные, основные; записаны Формулы веществ соответствующих групп.
(Допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла.)
Прочитайте следующий текст и выполните задания 6-8
Карбонат натрия (кальцинированная сода, Na 2 CO 3) используют в стекольном производстве, мыловарении и производстве стиральных и чистящих порошков, эмалей, для получения красителя ультрамарина. Также он применяется для смягчения воды паровых котлов и вообще для уменьшения жёсткости воды. В пищевой промышленности карбонаты натрия зарегистрированы в качестве пищевой добавки Е500 - регулятора кислотности, разрыхлителя, препятствующего комкованию и слёживанию.
Карбонат натрия можно получить взаимодействием щёлочи и углекислого газа. В 1861 году бельгийский инженер-химик Эрнест Сольве запатентовал метод производства соды, который используется и по сей день. В насыщенный раствор хлорида натрия пропускают эквимолярные количества газообразных аммиака и диоксида углерода. Выпавший остаток малорастворимого гидрокарбоната натрия отфильтровывают и кальцинируют (прокаливают) нагреванием до 140-160 °С, при этом он переходит в карбонат натрия.
Римский врач Диоскорид Педаний писал о соде как о веществе, которое шипело с выделением газа при действии на него известных к тому времени кислот - уксусной СН 3 СООН и серной H 2 SO 4 .
1) Запишите оговорённое в тексте молекулярное уравнение реакции получения карбоната натрия взаимодействием щелочи и углекислого газа.
2) Что представляет собой мыло с химической точки зрения?
Показать ответ
1) 2NaOH + CO 2 = Na 2 CO 3 + H 2 O
2) Мыло с химической точки зрения представляет собой натриевую или калиевую соль одной из высших карбоновых кислот (пальмитиновой, стеариновой...)
1) Запишите в молекулярном виде оговорённое в тексте уравнение разложения гидрокарбоната натрия, приводящего к образованию кальцинированной соды.
2) Что такое «жёсткость воды»?
Показать ответ
1) Са(ОН) 2 + СO 2 = СаСO 3 ↓ + Н 2 O
2) Признак реакции - образование белого осадка карбоната кальция
1) Запишите в сокращённом ионном виде оговорённое в тексте уравнение взаимодействия соды с уксусной кислотой.
2) К каким электролитам - сильным или слабым - относится карбонат натрия?
Показать ответ
1) Са(ОН) 2 + FeSO 4 = Fe(OH) 2 ↓ + CaSO 4 ↓
2) В результате реакции гидроксид железа выпадает в осадок и содержание железа в воде существенно уменьшается
Дана схема окислительно-восстановительной реакции:
HIO 3 + Н 2 O 2 → I 2 + O 2 + Н 2 O
1) Составьте электронный баланс для этой реакции.
2) Укажите окислитель и восстановитель.
3) Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.
Показать ответ
1) Составлен электронный баланс:
2) Указано, что окислителем является I +5 (или йодноватая кислота), восстановителем - О -1 (или пероксид водорода);
3) Составлено уравнение реакции:
2НIO 3 + 5Н 2 O 2 = I 2 + 5O 2 + 6Н 2 O
Дана схема превращений:
Р → Р 2 O 5 → Са 3 (РO 4) 2 → Са(Н 2 РO 4) 2
Напишите молекулярные уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить указанные превращения.
Показать ответ
1) 4Р + 5O 2 = 2Р 2 O 5
2) Р 2 O 5 + ЗСаО = Са 3 (РO 4) 2
3) Са 3 (РО 4) 2 + 4Н 3 РO 4 = ЗСа(Н 2 РO 4) 2
Установите соответствие между классом органических веществ и формулой его представителя: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
КЛАСС ВЕЩЕСТВ
А) 1,2-диметил бензол
Судя по высоким темпам роста мирового газомоторного рынка в последнее десятилетие, можно утверждать, что перевод автотранспорта на газомоторное топливо – общемировая тенденция, которая в ближайшем будущем сохранится и усилится. Надеюсь, моя книга поможет менеджерам газомоторной сферы, предпринимателям и автовладельцам максимально эффективно использовать возможности развивающегося рынка КПГ.
* * *
Приведённый ознакомительный фрагмент книги Метан на транспорте. Проблемы, задачи и перспективы развития рынков компримированного природного газа (А. А. Батталханов) предоставлен нашим книжным партнёром - компанией ЛитРес .
Глава 1. Природный газ как моторное топливо
КПГ, или Сжатый метан
Природный газ, который промышленным способом добывают из недр Земли, на 70-98% состоит из метана – простейшего углеводорода без цвета и запаха. В числе его компонентов также присутствуют более тяжелые углероды (этан, пропан, бутан) и некоторые неуглеродные вещества (водород, сероводород, азот и др).
Чтобы потребители могли вовремя отреагировать на утечки природного газа в его состав специально добавляют одоранты – ароматизирующие примеси в незначительных, а потому не представляющих угрозу здоровью, количествах. Чаще всего в качестве одорантов используют серосодержащие органические соединения, обдающие неприятным запахом, который заставляет обратить на себя внимание.
«На сегодняшний день природный газ является наиболее значимым альтернативным топливом.»
– ТимКеллер, Erdgas Mobil GmbH
Поскольку в качестве топлива используются только углероды, то сразу после добычи природный газ очищается от неуглеродных примесей. Из очищенной смеси углеродов отдельно извлекается метан, который обычно и называют природным газом, а также смесь пропана и бутана, которая являет собой отдельный продукт и обычно называется «углеводородным газом» или «сжиженным углеводородным газом» (СУВГ). По сути настоящий природный газ – это смесь углеродных газов, которые в целях потребления промышленным способом отделяются друг от друга.
Область применения природного газа очень широка. Он используется как источник электрической и тепловой энергии, в химической промышленности, а также в качестве моторного топлива в сжатом или сжиженном виде. Именно это качество природного газа (далее под ним я буду иметь в виду только очищенный метан) является темой этой книги.
Любой газ для использования в качестве моторного топлива сжимают или сжижают, чтобы сократить объем и тем самым упростить и удешевить транспортировку и использование. Объем сжатого метана сокращается в 200-250 раз, сжиженного – в 600 раз.
Сжижение позволяет максимально сократить объем газа, поэтому на первый взгляд сжижение кажется более выгодным, но поскольку это более сложный и дорогой технологический процесс, что резко увеличивает производственные затраты, то метан для использования в качестве автомобильного топлива обычно не сжижают, а сжимают.
Также следует заметить, что энергоотдача пропан-бутановой смеси (СУВГ) почти на 25% ниже, чем энергоотдача метана. То есть пропан-бутана нужно как минимум на 25% больше, чем метана, чтобы проехать одно и то же расстояние, поскольку сжиженная пропан-бутановая смесь не во столько раз дешевле сжатого метана, во сколько раз в отличие от него меньше места занимает в баллоне. СУВГ дешевле бензина на 40-50%, в то время как КПГ дешевле на 30-50%.
Хотя на сегодняшний день использовать сжиженную пропан-бутановую смесь финансово выгоднее, чем сжатый метан, это преимущество временное. Учитывая тот факт, что запасы пропана и бутана гораздо ниже запасов метана, будущее газомоторного топлива за метаном. Точнее за сжиженным метаном или компримированным природным газом (далее – КПГ).
Сжатие метана происходит путем внешнего давления. Очищенный метан сжимают при помощи компрессора и закачивают в специальные баллоны, которые способны выдержать определенный уровень давления. После добычи природный газ доставляютна завод илиавтомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС) по подземному газопроводу, где он очищается, измеряется и сжимается для последующей заправки автомобилей конечными пользователями.
Экологически чистое топливо
Газификация автомобильного транспорта в первую очередь вызвана необходимостью улучшить экологическую ситуацию в крупных городах, жители которых задыхаются от смога. Из-за загрязнения воздуха, которое по оценкам специалистов от 50 до 90% вызвано выбросами вредных веществ при эксплуатации автотранспорта, люди часто страдают от заболеваний дыхательных путей, онкологических и других серьезных болезней.
Эксперты считают, что при массовом использовании автомобилей на газомоторном топливе вред выбросов для здоровья человека на 60% ниже, чем при массовом использовании бензина и дизельного топлива. Кроме этого перевод 20 млн единиц транспорта на газ в мировом масштабе позволит на 20% сократить парниковые выбросы.
Таблица 1. Удельные выбросы токсичных веществ автомобильными ДВС
Сгорая, метан выделяет в основном воду и углекислый газ. Нет ни золы, ни копоти, портящих двигатели и загрязняющих атмосферу.
КПГ в отличие от бензина и по сравнению с ним:
полностью избавляет выбросы от свинцовых соединений, поскольку не содержит свинца;
в 5 раз снижает количество выбросов окиси углерода;
в 2 раза снижает количество выбросов несгоревших углеводородов;
в 9 раз снижает задымленность атмосферы;
в 2 раза снижет уровень шума при работе двигателя, что также очень важно для больших шумных городов.
КПГ содержит немного серы, ароматических углеводородов и других примесей. То есть продукты его сгорания не являются абсолютно безвредными для человека, но все же метан одно из самых экологически чистых видов моторного топлива, поэтому его использование устраняет и уменьшает ряд серьезных экологических проблем.
Стандарты качества моторного топлива постоянно меняются. Требования к его экологической чистотевсе время повышаются, поскольку чем оно чище, тем безопаснее и дешевле обходится эксплуатация автомобильного двигателя и меньший вред наносится окружающей среде.
Природный газ позволяет перейти на использование экологически чистого моторного топлива, которое соответствует стандарту Евро 5, быстро окупив вложения на переоборудование авто за счет его более низкой стоимости по сравнению с бензином и дизельным топливом.
К метану технически невозможно добавить какую-то химическую смесь, поэтому он не может быть некачественным. Его только можно плохо очистить от углеводородных или неуглеродных примесей, однако современные технологии позволяют делать это на достаточно высоком уровне, чтобы потребители не волновались за чистоту КПГ.
Экономическая выгода
Актуальность перевода автотранспорта на газ вызвана не только необходимостью улучшить экологическую обстановку, проблемы с которой сказываются на состоянии здоровья населения и, как следствие, понижают качество жизни, уровень производительности труда и требуют увеличения расходов на медицину, но и многими другими причинами.
«Мировые лидеры по числу газобаллонных автомобилей – Иран, Аргентина, Бразилия, Индия, Китай, Италия. Если сравнить этот список со списком наиболее развивающихся экономик мира, то можно найти прямую связь. Экономичность, экологичность и безопасность – вот три составляющие, которые характеризуют газовое топливо.»
– Рафаэль Батыршин, Альфред Гатиятов, ООО «РариТЭК»
Обратить внимание на газомоторное топливо многие страны мира вынуждает дефицит и дороговизна бензина, зависимость от импортного топлива, необходимость сократить темпы инфляции, которые частично зависят от роста цен на моторное топливо, удешевить моторное топливо для населения и организаций, рационально использовать природные ресурсы и необходимость повысить бюджетную эффективность.
Сжатый метан стоит в 2-3 раза дешевле, чем бензин А-92. Его использование в качестве моторного топлива на 15-20% уменьшает эксплуатационные расходы автомобиля.
Все это делает природный газ самым низко затратным способом перехода на экологически чистый вид топлива как для частных автовладельцев и коммерческих предприятий, обладающих собственным автопарком, так и для коммунальных служб.
Преимущества газификации автомобиля:
не требует переделки двигателя;
увеличивает срок службы двигателя в 2 раза, поскольку тот меньше загрязняется продуктами сгорания;
увеличивает срок службы моторных масел в 1,5-2,0 раза;
увеличивает срок службы свечей зажигания на 40%;
делает работу двигателя более пожаробезопасной, поскольку при утечке метан не скапливается, а быстро улетучивается.
Некоторые эксперты предлагают отнести метан к числу возобновляемых источников энергии, поскольку его можно производить промышленным способом (биометан), используя органические отходы, что одновременно решает и часть экологических, и часть экономических (энергетических) проблем человечества.
Как я уже неоднократно писал, развитие газомоторного рынка, которое снизит уровень негативного воздействия автотранспорта на окружающую среду и здоровье населения, требует решения ряда задач научного, технического и организационного характера. В их числе которых:
«сокращение выбросов загрязняющих веществ автотранспортом вследствие применения экологически чистого топлива;
расширение и стабилизацию рынка моторных топлив за счет увеличения доли использования газового топлива;
введение новых мощностей по производству КПГ позволит обеспечить внутренние потребности в автомобильном топливе в долгосрочной перспективе;
повышение эффективности использования существующих мощностей с целью энергосбережения;
наращивание инвестиций в реальную экономику в посткризисный период;
внедрение новых технологий во все отрасли экономики;
развитие газификации и надежное газоснабжение потребителей;
развитие газозаправочной сети;
размещениеавтогазозаправочных пунктов на основных международных транспортных коридорах»1 .
Поскольку экологические проблемы усугубляются, газодобывающие и газоперерабатывающие технологии совершенствуются, а запасы нефти истощаются, интерес к метану как источнику энергии и альтернативному виду моторного топлива продолжает расти. В качестве моторного топлива метан особо ценен для стран, у которых есть большие запасы природного газа или возможности для выработки биометана, а также для тех стран, где остро стоят вопросы повышения бюджетной эффективности, улучшения экологической обстановки и обеспечения энергетической безопасности.
Преимущества для частных автовладельцев
Частных автовладельцев переводить автомобили на газ чаще всего стимулирует дороговизна бензина и дизельного топлива. Тем, кто много передвигается на колесах, ежемесячное снижение расходов на топливо и других эксплуатационных расходов в 2-3 раза, позволяет больше денег оставить в семейном бюджете, не отказываясь от использования автомобиля и не урезая другие статьи семейных расходов.
Следует отметить, что переход на газомоторное топливо наиболее выгоден тем частным автовладельцам, которые много и часто пользуются автомобилем. Тем, кто лишь изредка пользуется своим авто, придется долго ждать, пока окупится переоборудование машины, что и сдерживает их от покупки и установки на машину ГБО. Однако если речь идет о покупке нового или подержанного автомобиля, рассчитанного на газомоторное топливо, то такая покупка с финансовой точки зрения является более выгодным решением, чем покупка нового авто на бензине.
Бюджетная эффективность
Не секрет, что бюджеты коммунальных служб всегда ограничены, а экономия на транспортных расходах в связи с переводом общественного транспорта и транспорта коммунальных служб на газомоторное топливо, позволяет им потратить часть денег на другие цели.
Главная экономическая выгода от автогазификации заключается в экономии приблизительно третьей части расходов на заправку автомобилей, автобусов и другой автомобильной техники. Также, поскольку реализация газомоторных проектов всегда улучшает экологическую обстановку в регионе. Люди меньше и реже болеют, что также сокращает расходы на медицинское обслуживание и выплаты по временной нетрудоспособности.
Развитие малого бизнеса
Потребление КПГ в кризисные периоды по сравнению с потреблением бензина снижается крайне незначительно. К примеру, в 2009 году в период мирового финансового кризиса российский рынок КПГсократился всего на 1,1%, рынок пропан-бутановой смеси на 4%, а рынок бензина – на 18%2 . Это значит, что участники газомоторного рынка, особенно сегмента КПГ, меньше подвержены риску убытков и риску неполучения прибыли, чем участники других рынков моторного топлива.
Малому бизнесу, особенно занятому грузовыми и пассажирскими перевозками, перевод транспорта на газомоторное топливо часто не только позволяет выжить, но и дает возможность получить конкурентное преимущество в цене товаров и услуг для конечного потребителя через снижение их себестоимости.
Развенчивание мифов
Количество автотранспорта в мире постоянно растет. С одной стороны это свидетельствует о развитии экономики и росте благосостояния людей, с другой – об увеличении потребности в доступном моторном топливе и обострении экологическим проблем, связанных с выбросами вредных продуктов сгорания. Перевод автотранспорта на газомоторное топливо успешно решает и те, и другие проблемы, однако в силу ряда факторов процесс газификации происходит медленно и скачкообразно.
Ускоренному развитию газомоторного топлива в частности препятствует недостаточная информированность конечных потребителей о преимуществах метана в качестве моторного топлива. Некоторые частные автовладельцы опасаются, что использование КПГ небезопасно, снижает мощность двигателя и грузоподъемность автомобиля. Такие мифы нужно развенчивать, поскольку они препятствуют развитию газомоторного рынка.
Заблуждение: метан легко взрывается
Реальность: метан безопаснее бензина и пропана
Метан легче воздуха, пропан и бензин – тяжелее. После утечки метан быстро улетучивается, пропан – скапливается в любом удобном месте. Поэтому по техническим причинам иногда загораются автомобили, в которых установлены пропан-бутановые или бензиновые двигатели, но не метановые. Метан быстро испаряется даже при низкой температуре воздуха.
Автовладельцы боятся, что ГБО по какой-то причине взорвется и в салоне нельзя курить. На самом деле газовые баллоны выдерживают не только давление сжатого газа, но и сильные удары. Они специально созданы так, чтобы выдерживать гораздо большее давление, чем давление сжатого в 200-250 раз природного газа.
Метановые автомобили с установленным качественным ГБО не загораются и не взрываются. А если газобаллонная система качественная, нет проблем с герметичностью, все клапаны исправны, запаха газа не чувствуется, то бояться пожара не стоит, даже автомобиль ездит на пропан-бутановой смеси. Придерживаясь техники безопасности, используя любое топливо, нет причин чего-то либо бояться.
Заблуждение: метановое ГБО очень тяжелое
Реальность: современное метановое ГБО бывает очень легким
Есть тяжелые и легкие баллоны для КПГ. Вопрос в цене. Тяжелые баллоны для сжатого метана стоят дешевле. Легкие баллоны стоят гораздо дороже, но они есть. Если вес ГБО для водителя или автовладельца критически важен, то найти легкий газовый баллон не трудно, просто на его покупку придется потратить большую сумму.
Заблуждение: установка ГБО портит автомобиль
Реальность: правильная установка не портит автомобиль
Ошибки в установке ГБО могут привести к поломке автомобиля, но это не имеет отношение к ГБО как таковому, а только к квалификации механиков, выполняющих работы по его установке. Профессиональный механик не допустит подобных ошибок, поэтому переоборудовать авто нужно не в кустарных условиях, а в профессиональном специализированном сервисе. Там же нужно регулярно проводить его техосмотр.
Использование метана также не приводит к более быстрому износу двигателя. В старых двигателях, где сухой смазкой в клапанах выступал свинец, такая проблема действительно была. В новых двигателях свинец для смазки клапанов не используется, поэтому перевод автомобиля на газ не приводит к более быстрому износу двигателя.
Заблуждение: двигатель значительно теряет мощность
Реальность: максимум на 10%
Потеря мощности двигателя при переоборудовании на метан до 10% многими автовладельцами даже не ощущается. Любители быстрой езды могут протестировать автомобиль с заводским газовым оборудованием от Mersedes, Passat или Volvo и убедиться в том, что возможности современных газовых автомобилей ничуть уступают бензиновым.
Техническое обеспечение
В последние годы в мире наблюдается рост количества автомобилей, использующих природный газ в качестве моторного топлива. В их числе находятся и переоборудованные под использование газа автомобили, и заводские газомоторные автомобили, и гибридные автомобили, в которых предусмотрены два источники энергии.
Для массовой газификации автомобилей нужны:
достаточное количество добытого и очищенного метана;
развитая газотранспортная сеть для транспортировки природного газа после добычи;
автомобильные газонаполнительные компрессорные станции (АГНКС), которые обеспечивают комплексную обработку (очистку, замеры, сжатие) и хранение газа;
газобаллонное оборудование (ГБО), которое устанавливается на автомобили;
заводские газомоторные автомобили (легковые, грузовые, специальная техника);
специализированные сервисы, которые занимаются установкой и техническим обслуживанием ГБО.
Транспорт на метановом топливе
Крупные автопроизводители давно выпускают гибридные автомобили и автомобили с метановыми двигателями. К сожалению, из-за низкого спроса (по сравнению с бензиновыми автомобилями) количество газовых моделей не так уже велико (около сотни3 ), но оно постоянно увеличивается.
Грузовые и легковые газомоторные автомобили производят такие автогиганты как Volkswagen, Volvo, Audi, Ореl, Fiat, Renault, КАМАЗ, Группа ГАЗ, Komatsu. Коммунальные службы, сельскохозяйственные и строительные компании закупают газомоторные автобусы Hengtong, Volgabus, Volvo, Группы ГАЗ; специальную технику Iveco (грузовики); Dayun и Volvo (тягачи); Valtra (тракторы), КАМАЗ (разнообразная сельскохозяйственная, коммунальная, дорожно-строительная техника).
Газобаллонное оборудование (ГБО)
На практике принято различать несколько поколений ГБО. Каждое новое поколение гораздо дороже, но и гораздо совершеннее предыдущего: обеспечивает высшую безопасность, более комфортное использование, меньшую потерю мощности двигателя и грузоподъемности автомобиля.
ГБО состоит из небольшого количества элементов, основными среди которых являются следующие:
заправочное устройство (используется для заправки баллона газом и предупреждения утечек газа);
баллон (резервуар для газа);
редуктор (обеспечивает снижение давления газа при его непосредственной подачи из баллона в двигатель);
форсунки (выдает порцию газа и распыляет ее);
клапан (включает и выключает подачу газа из баллона);
датчик уровня топлива;
манометр (измеряет уровень давления газа);
дозатор топлива;
переключатель (производит переключение между источниками топлива в гибридных авто).
Количество и тип деталей (электрические, механические) зависит от поколения ГБО и типа авто: карбюраторное или инжекторное.
Вес и объем баллонов раньше являлся весомой причиной, по которой автовладельцы не желали устанавливать ГБО на легковые автомобили. Современные технологии устранили эту проблему: баллоны стали легче и безопаснее, а также долговечнее и удобнее. Для грузовиков баллоны делают более объемными и их количество в одном автомобиле доходит до десяти. Баллоны для легковых автомобилей компактные, к тому же обычно их устанавливают не больше одного.
Баллоны для КПГ, в основном цилиндрической формы, делают из стали, металлопластика и полимерных композиционных материалов. Самые тяжелые и дешевые баллоны – стальные, самые легкие и дорогие – полимерно-композитные (на 70% легче, чем металлические). Стальные баллоны традиционно считаются более надежными, хотя современные полимерно-композитные баллоны полностью защищены от утечек газа, не боятся ударов и огня, поэтому полностью взрывобезопасны.
Автомобильные газонаполнительные компрессорные станции бывают частными и общественными, материнскими (ведущими) и дочерними; стационарными и мобильными. Среди мобильных АГНКС в частности различаютблочно-контейнерные, в том числе модульные, и индивидуальные (бытовые, домашние) газозаправочные станции.
Стационарные АГНКС обычно занимают большую площадь и получают метан непосредственно из подземного магистрального газопровода. Такая АГНКС состоит из нескольких блоков, обеспечивающих передачу газа из газопровода, его осушку, очистку, сжатие, хранение, редуцирование и заправку в баллоны.
Изредка стационарные АГНКС могут быть не подключены к газопроводу, получая КПГ из АГНКС, которая в нему подключена. В таком случае АНГКС, которая подключена к газопроводу, называют «материнской», «ведущей», в АНГКС, получающую газ из материнской, – «дочерней».
В некоторых странах используются передвижные автомобильные газовые заправщики – ПАГЗ, которые часто называют просто передвижными автозаправочными станциями. В основном ПАГЗ используются для доставки КПГ в местности, где ни одна АГНКС еще не построена по причине отсутствия заинтересованных инвесторов или же в места, где нет магистрального трубопровода, к которому можно было подключить новую АГНКС.
В некоторых странах используется схема эксплуатации материнской и дочерних АГНКС при помощи ПАГЗ. К примеру, в Италии, при помощи ПАГЗ доставляют метан на общественные АГНКС, которые не подключены к магистральному трубопроводу по причине его отсутствия. В этом случае при помощи компрессорной установки на материнской АГНКС газ заправляют в ПАГЗ, потом отправляют его на дочернюю АГНКС, где в процессе передачи КПГ в цистерне падает давление, из-за чего возникает потребность в дополнительном компримировании газа, которое и проводится на дочерней АГНКС, также оборудованной соответствующим компрессором.
Обычно дочерние АГНКС строят рядом с крупными населенными пунктами, где использовать ПАГЗ не представляется возможным в виду того, что потребности в КПГ слишком большие и его нужно постоянно доставлять на станцию. То есть ПАГЗы фактически выполняют функцию автоперевозчика моторного топлива, а непосредственная заправка автомобилей осуществляется на стационарной дочерней АГНКС.
Сравнительно небольшое количество частных газифицированных автомобилей делает бизнес автозаправщиков не особо выгодным. Частично эту проблему решают мини-АГНКС. Каждое предприятие, обладающие собственным автопарком, может перевести его на газомоторное топливо и приобрести мини-АГНКС, мощностей которой хватит для удовлетворения собственных нужд в газомоторном топливе.
Модульный принцип устройства мини-АГНКС позволяет владельцу выбрать именно ту мощность станции, которая ему нужна, что позволяет окупить ее за 1-1,5 года. При расширении автопарка количество насосных агрегатов можно легко увеличить, тем самым увеличив мощность собственной АГНКС. Обычно мини-АГНКС устанавливают владельцы таксопарков, сельскохозяйственные предприятия и предприятия коммунального транспорта, торговые сети и строительные организации.
Специализированные сервисы
Метановое ГБО можно установить практически на любой автомобиль, но только в специализированном сервисе. Иногда его устанавливают в кустарных условиях, но такая практика не рекомендуется специалистами из соображений безопасности. В профессиональном сервисе ГБО не только правильно установят и настроят, но и дадут гарантию на работы и рассчитают примерный срок его окупаемости.
Кроме установки ГБО такие автосервисы проводят испытания газобаллонного оборудования, регулярный технический осмотр авто, ремонт и замену изношенных запчастей, а также консультируют потребителей по всем вопросам, связанным с переоборудованием и эксплуатацией транспорта, использующего газ в качестве моторного топлива.