Горючее для автомобиля - своими руками
Одним из перспективных видов автомобильного горючего, в настоящее время, является метиловый спирт.
Метиловый спирт (метанол) представляет собой бесцветную воспламеняющуюся жидкость со слабым спиртовым запахом, температура замерзания -98°С, кипения +65°С. Хорошо смешивается с водой. Как и все спирты он обладает высокой детонационной стойкостью, октановое число метанола составляет 114,4 единицы. Для сравнения, октановое число этанола (винный, этиловый спирт) - 111,4 ед.
Из всех антидетонационных компонентов бензина, метанол является наиболее эффективной добавкой в отношении снижения выбросов СО, СН и N0х. Может метанол использоваться и как самостоятельное автомобильное горючее, в этом случае метанол имеет определенные достоинства.
Метанол представляет собой «чисто» сгорающее топливо, обладает лучшими топливными характеристиками чем бензин, вследствие чего, при его применении повышается КПД двигателей внутреннего сгорания Современные бензиновые двигатели могут хорошо работать на метаноле, при этом технические характеристики двигателя улучшаются.
Это, в первую очередь: высокая детонационная стойкость, абсолютное отсутствие сернистой коррозии двигателя и выбросов серы и сажи в выхлопе, минимальное нагарообразование в двигателе, на 50% меньшая токсичность продуктов сгорания, повышается КПД, благодаря внутреннему охлаждению и повышению степени сжатия высокий коэффициент наполнения цилиндров горючей смесью (по сравнению с бензином выигрыш в мощности при работе на метаноле достигает 10%) и проч. Указанные достоинства метанола привели к тому, что он уже давно используется как топливо на гоночных автомобилях и авиамоделях, спортивных мотоциклах, где требуются компактные и вместе с тем мощные двигатели. Многие исследовательские институты считают его топливом будущего.
Вместе с тем метанол имеет и недостатки. Безводный метанол хорошо смешивается с бензином в любых соотношениях, но при попадании в топливный бак влаги, топливо расслаивается и в баке получаются две несмешиваемые жидкости, для ликвидации этой причины желательно дополнять бак фильтром-осушителем или устанавливать отдельный бак с топливопроводом.
Другим недостатком метанола является более низкая, чем у бензина, испаряемость, что вызывает затруднения при пуске двигателя на холоде. Для улучшения пуска на холоде, приходится выполнять подогрев пускового объема холодного топлива (чаще всего электрический) или производить запуск двигателя на бензине. Для горения метанола требуется в два раза меньше воздуха, чем для бензина, поэтому при работе на чистом метаноле необходима перерегулировка карбюратора бензинового двигателя.
Отрицательным свойством метанола является его ядовитость, хотя многие химики, авиамоделисты и гонщики, десятилетиями вплотную обращающиеся с ним (естественно, с соблюдением правил техники безопасности и санитарии) без каких либо последствий для собственного здоровья, не относят его к особо ядовитым веществам и подозревают, что его опасность специально раздута из-за склонности российского народа употреблять внутрь все, что пахнет спиртом и горит синим пламенем. Превосходят метанол по опасности многие применяемые в автомобиле вещества. По токсичности метанол уступает используемой в системе охлаждения жидкости (смертельная доза этиленгликоля около 100 мл) и аккумуляторному электролиту. Опаснее метанола, выбрасываемый в большом количестве бензиновым выхлопом тетраэтилсвинец, предельно допустимая концентрация (ПДК) которого в воздухе составляет 0,005 мг/м3, в то время как ПДК метанола - 5 мг/м3. В плохо проветриваемом помещении, при работающем автомобиле, человек может погибнуть от отравления выхлопными газами двигателя, содержащих смертельно опасные оксид углерода (СО, угарный газ, кровяной яд) и оксиды азота.
Санитарными правилами при работе с метанолом запрещается: изготовление политур на метаноле; выпуск продуктов (мастик, нитролаков, клеев и др.), применяемых в быту и выпускаемых в торговую сеть, в состав которых входит метанол; применение метанола для разжигания нагревательных приборов; применение метанола в качестве растворителя. Применение метанола для использования его в качестве горючего для двигателей внутреннего сгорания санитарными правилами не запрещается.
Однако в обращении с метанолом требуется осторожность. По классу опасности химических веществ метанол относится к умеренно опасным. Без своевременно оказанной медицинской помощи смертельная доза 100% метанола при приеме внутрь составляет 100-150 мл. При употреблении меньших доз метанола возможна слепота из-за поражения зрительного нерва.
В значительно меньшей степени указанные недостатки присутствуют в бензино-метанольных смесях.
В США сейчас находит применение топливо М-85, содержащее 85% метанола и 15% бензина и в меньших объемах чистый метанол.
Сейчас государственные метанольные программы существуют в Японии, Китае, Европе, США и некоторых других странах.
В России отсутствию государственной программы по широкому использованию метанола в качестве моторного топлива препятствует то обстоятельство, что для перевода автомобильного парка страны на метанол потребуется дополнительное строительство метанольных заводов, в то время как сейчас, Россия имеет большое количество действующих нефтеперерабатывающих предприятий и обладает значительными запасами нефти.
В тоже время, получение метанола возможно даже в кустарных условиях, по типу получения домашнего этилового спирта (самогона).
Производиться метанол может из углекислоты или любого органического вещества: уголь, древесина, сельскохозяйственные отходы и т.п., но наиболее простой метод заключается в получении метанола из природного (сетевого) газа. Одновременная подача углекислоты (или, что тоже самое, двуокиси углерода, ее формула СО2. Не путать СО2 с СО, окисью углерода. СО токсичный газ, а СО2 нетоксична, углекислотой питьевые напитки газируют) и природного газа снижает расход природного газа и повышает выход метанола. Возможно использование комбинированной метанольно-углекислотной установки, в этом случае эти два производства дополняют друг друга. На метанольную установку подается углекислота от производства СО2, а сбрасываемый на сжигание с метанольной установки отходящий некондиционный газ подается в углекислотную установку для получения углекислоты.
Основными действующими веществами в превращении природного газа в метанол являются катализаторы.
Упрощенно, технология получения метанола заключается в очистке природного газа от катализаторных ядов, затем в последовательном превращении очищенного природного газа, в результате каталитических реакций, в промежуточные продукты, а затем в необходимый вид готовой продукции.
Также как и при получении самогона необходимы вода, для охлаждения змеевика, и электросеть, для работы небольшого компрессора.
Какие-либо утечки газа, запахи и испарения при производстве метанола абсолютно исключаются и, поскольку процесс связан с получением горючей, токсичной жидкости, работу необходимо проводить в нежилом проветриваемом помещении, с соблюдением всех правил пожарной и санитарной безопасности.
Производительность аппарата (литр/час) зависит от массы подаваемого на переработку сырья и объема участвующих в процессе катализаторов. Выход метанола составляет 0,6-0,7 л из 1 м3 природного газа. При повышенных требованиях к чистоте метанола его очистку от влаги и примесей можно выполнять пропусканием продукта через дополнительный фильтр.
Размеры установки зависят от ее производительности, при получении метанола в количестве 1-2 канистр в сутки, установку вполне можно разместить на столе.
Установка не требует дефицитных деталей, материалов и каких-то особых знаний, изготовить ее можно в любом гараже.
Использование метанола собственного производства в качестве горючего, является недорогим вариантом заправки двигателей внутреннего сгорания.
С целью наибольшей оптимизации процесса сгорания топлива возможна установка дополнительных устройств в топливной системе ДВС (устройства смесеобразования и гомогенизации топливной смеси, газогенерация метанола и т.п.), но это уже на любителя.
В тех случаях, когда токсичность метанола вызывает озабоченность, возможно использование в качестве автомобильного горючего этанола (этилового спирта), получаемого также из природного газа. Этанол сохраняет преимущества метанола для двигателя, но стоимость получения этанола и оборудования для его производства в 2 раза выше, чем при производстве метанола.
Из органических веществ возможно получение синтетического бензина. Получаться бензин может также и из природного газа в результате каталитических реакций. Октановое число получаемого бензина до 95 единиц. При использовании синтетического бензина вносить какие-либо изменения в топливную систему автомобиля не требуется, качество работы двигателя не ухудшается, а износ двигателя не увеличивается, но процесс получения бензина и сама установка для получения бензина сложнее и дороже, чем при получении метанола. Выход бензина составляет 0,3 л из 1 м3 природного газа.
Выбор используемого вида горючего находится исключительно за владельцем автомобиля.
Возможно изготовление установок и катализаторов для получения горючего не только из природного газа, но и из древесных и растительных отходов, животного навоза и птичьего помета.
Другой возможностью кустарного изготовления моторного топлива является получение метана. В отличии от многих горючих газов, метан даже при высоких давлениях не сжижается и находится в баллонах или в газовой сети в газообразном состоянии.
Почти 100% метаном (с небольшим количеством недоочищенных примесей) является используемый на кухнях квартир природный газ. Как горючее для автомобилей, метан (не путать, с также широко применяемыми в качестве автомобильного топлива сжиженными баллонными газами пропаном и бутаном) давно уже имеет широкое распространение, как в России, так и за рубежом.
Метан является высококаллорийным топливом. По теплотворной способности 1 кг метана превышает 1 кг бензина в 1,2 раза, сжиженного газа в 1,6 раза. А если судить по объему, то теплотворная способность 1 м3 газообразного метана в 1,29 раза превышает 1 л бензина и почти в 1,8 раза 1 л сжиженного газа. Октановое число метана составляет 110, что позволяет использовать его в двигателях с высокой степенью сжатия. Метан не токсичен и не имеет запаха (для его обнаружения обонянием в него специально добавляют сильно пахнущий газ этилмеркаптан, имеющий сильный неприятный запах). В отличие от сжиженного газа (пропан-бутан) он не скапливается в салоне или багажнике автомобиля, так как легче воздуха в 1,8 раза. Выхлоп двигателя, работающего на метане, является экологически чистым, содержит только водяной пар и нетоксичный СО2. Пробег двигателя на метане до капремонта превышает пробег двигателя на бензине. При небольшом изменении ДВС, на метане может работать и дизельный двигатель. Заправка автомобиля метаном значительно дешевле его заправки бензином. Многие автомобили уже сейчас оснащены газобаллонным оборудованием (ГБО) для работы на сжиженном газе, добавление к ГБО баллона высокого давления с редуктором, дает возможность использовать этот автомобиль для его работы на метане.
Неудобство для заправки автомобиля метаном в основном заключается в том, что метановых АЗС пока что еще в России не много и находятся они в основном в крупных городах. За рубежом и странах СНГ уже допускается заправка автомобилей от домашней сети природного газа, но в России газовые службы на это пока разрешения не дают.
Для жителей небольших городов и сел, имеющих частные подворья, выходом из положения является использование небольших домашних биогазовых установок. В биогазовых установках можно производить биогаз из всех хозяйственно-бытовых отходов: навоз, птичий помет, ботва, листья, солома, стебли растений и других органических отходов индивидуального хозяйства. Биогаз представляет по химическому составу смесь газов, состоящий в основном из метана (до 75%) и углекислого газа. Простую биогазовую установку несложно изготовить самостоятельно, их описания в большом количестве приведены в интернете. Биогаз является горючим газом и может использоваться как топливо. Для повыщения его теплотворной способности биогазовую установку желательно дополнить углекислотной установкой, что позволит разделить биогаз на очищенные метан и СО2 и использовать полученные газы по их прямому назначению.
Для наполнения баллонов метаном или СО2 может применяться один и тот же компрессор высокого давления. В случае применения компрессора для заправки автомобиля метаном экономически выгоднее приобретать компрессор небольшой производительности, так он имеет значительно меньшую стоимость и предъявляет меньшие требования к домашней электрической сети. Компрессор производительностью 1-2 м3/час (что соответствует расходу природного газа в отопительном котле частного дома) включенный на постоянную работу обеспечивает наполнение метаном баллона, установленного в автомобиле. С целью ускорения заправки автомобиля газом, целесообразно подключить компрессор к батареи, состоящей из нескольких кислородных, углекислотных или метановых баллонов, из которых затем заправлять баллон в автомобиле.
Расход электроэнергии на наполнение баллона сжатым метаном зависит от конечного давления газа в баллоне. При давлении наполнения 200 атм. расход электроэнергии составляет приблизительно 0,5 квтч на 1 м3 закачанного газа.
Работающий компрессор должен находиться в помещении с вентиляцией, батарея баллонов должна быть под навесом.
С целью безопасности, баллоны, как заправочные, так и в автомобиле, должны периодически проходить испытание повышенным давлением. Для этой цели применяется гидравлическое испытание баллонов водой с подачей давления от устройства, состоящего из цилиндра с плунжером. Гидравлическое испытание для литых стальных баллонов проводится при давлении в 1,5 раза превышающим рабочее. Время выдержки под давлением не менее 10 мин. При испытании, внимательным осмотром проверяют баллон на появление мокрых мест в его корпусе. Отсутствие мокрых мест на баллоне, при его испытании повышенным давлением, означает что корпус баллона не имеет микротрещин и гарантирует владельца от случаев разрыва баллона при его дальнейшей эксплуатации.
Высокие антидетонационные свойства метанола в сочетании с возможностью его производства из ненефтяного сырья позволяют рассматривать этот продукт в качестве перспективного высокооктанового компонента автомобильных бензинов. Оптимальная добавка метанола — от 5 до 20%; при таких концентрациях бензино-спиртовая смесь характеризуется удовлетворительными эксплуатационными свойствами и дает заметный экономический эффект. Добавка метанола снижает теплоту сгорания топлива и стехиометрический коэффициент при незначительных изменениях теплоты сгорания смеси.
Вследствие изменения стехиометрических характеристик использование 15%-й добавки метанола (смесь М15) в стан¬дартной системе питания ведет к обеднению топливовоздушной смеси примерно на 7%. В то же время при введении метанола повышается октановое число топлива (в среднем на 3—8 единиц для 15%-й добавки), что позволяет компенсировать ухудшение энергетических показателей за счет повышения степени сжатия. Одновременно метанол улучшает процесс сгорания топлива благодаря образованию радикалов, активизирующих цепные реакции окисления. Исследования горения бензино-метанольных смесей в одноцилиндровых двигателях со стандартной и послойной системами смесеобразования показали, что добавка метанола сокращает период задержки воспламенения и продолжительность сгорания топлива. При этом теплоотвод из зоны реакции снижается, а предел обеднения смеси расширяется и становится максимальным для чистого метанола.
Особенности эксплуатационных свойств метанола проявляются и при его использовании в смеси с бензином. Возрастают, например, эффективный КПД двигателя и его мощность, однако топливная экономичность при этом ухудшается. По данным, полученным на одноцилиндровой установке, при е=8,6 и n=2000 мин-1 для смеси М20 (20% метанола) в области к = 1, 0—1, 3 эффективный КПД повышается примерно на 3%, мощность — на 3—4%, а расход топлива увеличивается на 8—10%.
Для холодного запуска двигателя при высоком содержании метанола в топливной смеси или пониженных температурах используют электроподогрев воздуха или топливовоздушной смеси, частичную рециркуляцию горячих отработавших газов, добавки к топливу летучих компонентов и другие меры.
Добавки метанола к бензину в целом способствуют улуч¬шению токсических характеристик автомобиля. Например, в исследованиях, выполненных на группе из 14 автомобилей с пробегом от 5 до 120 тыс. км, добавка 10% метанола изменяла выброс углеводородов как в сторону повышения на 41%, так и уменьшения на 26%, что в среднем составило 1% увеличе¬ния. Выбросы СО и NOx при этом уменьшились в среднем соответственно на 38 и 8% для всей группы автомобилей.
Одной из наиболее серьезных проблем, затрудняющих применение добавок метанола, является низкая стабильность бензино-метанольных смесей и особенно чувствительность их к воде. Различие плотности бензина и метанола и высокая раство¬римость последнего в воде приводят к тому, что попадание даже небольших количеств воды в смесь ведет к ее немедленному расслоению и осаждению водно-метанольной фазы. Склонность к расслоению усиливается с понижением температуры, увеличением концентрации воды и уменьшением содержания ароматических соединений в бензине. Например, при содержании от 0,2 до 1,0% (об.) воды в топливной смеси температура расслаивания повышается от —20 до +10°С, т. е. такая смесь практически непригодна для эксплуатации. Ниже приведены предельные концентрации воды Скр в различных бензино-метанольных смесях:
Для стабилизации бензино-метанольных смесей используют присадки — пропанол, изопропанол, изобутанол и другие спирты. При содержании воды 600 млн-1 помутнение обычной смеси М15 начинается уже при —9°С, при —17°С — смесь расслаивается, а при —20°С наступает практически полная дестабилизация. Добавка 1% изопропанола снижает температуру расслоения почти на 10°С, а добавка 25% —сохраняет стабильность смесей М15 даже с низким содержанием ароматических соединений в бензине практически до —40°С в широком диапазоне содержания воды.
В связи с высокой стоимостью и ограниченностью производства стабилизаторов бензино-метанольных смесей предложено использовать смесь спиртов, главным образом изобутанола, пропанола и этанола. Такая стабилизирующая присадка может быть получена в едином технологическом цикле совместного производства метанола и высших спиртов. Добавка даже небольших количеств метанола изменяет фракционный состав топлива. В результате усиливается склонность к образованию паровых пробок в топливоподающих магистралях, хотя при чистом метаноле это практически исключается из-за его высокой теплоты парообразования. Согласно расчетам, для 10%-й смеси метанола с бензином образование паровых пробок возможно при температурах окружающего воздуха на 8—11°С ниже, чем для базового топлива. Корректировка фракционного состава базового топлива возможна путем снижения содержания легких компонентов с учетом последующей добавки метанола.
Коррозионная активность бензино-метанольных смесей значительно ниже, чем у чистого метанола, однако в ряде случаев существенна и сильно зависит от присутствия воды. Например, в смесях с содержанием 10—15% метанола сталь, латунь и медь не корродируют, алюминий же корродирует медленно с изменением цвета.
За рубежом в карбюраторных двигателях практическое применение получили смеси 10—20% этанола с нефтяными бензинами, получившие название «газохол». Согласно стандарту ASTM, разработанному национальной комиссией по спиртовым топливам США, газохол с 10% этанола характеризуется следующими показателями: плотность 730—760 кг/м3, температурные пределы выкипания 25—210°С, теплота сгорания 41,9 МДж/кг, теплота испарения 465 кДж/кг, давление наcыщенных паров (38°С) 55—110 кПа, вязкость (—40°С) 0,6 мм2/c, стехиометрический коэффициент 14. Таким образом, по большинству показателей газохол соответствует автомобильным бензинам.
При использовании обводненного этанола в условиях пониженных температур окружающей среды для предотвращения расслоения в смесь необходимо вводить стабилизаторы, в качестве которых используют пропанол, втор-пропанол, изобутанол и др. Так, добавка 2,5—3,0% изобутанола обеспечивает устойчивость смеси этанола, содержащего 5% воды, с бензином при температуре до —20°С.
Наибольшее распространение газохол в Бразилии, где с 1975 г. осуществляется правительственная программа использования возобновляемых источников растительного сырья для производства этанола и его употребления в качестве автомобильного топлива. Число автомобилей, работающих в этой стране на этаноле и газохоле, составляло в 1980г. 2411 и 775 тыс. шт. соответственно. К 2000 г. из прогнозируемого парка легковых автомобилей Бразилии в 19—24 млн. ед. на спиртовых топливах должно эксплуатироваться от 11 до 14 млн.. В США на 1000 колонках в 20 штатах автомобили заправляются газохолом, содержащим 10—20% этанола.
В странах Европы с ограниченными возможностями производства этанола и его высокой стоимостью больший интерес проявляется к использованию добавок метанола. Наибольшее использование метанола в качестве моторного топлива и его компонентов получило в ФРГ. В рамках трехлетней федеральной программы исследований альтернативных источников энергии в период 1979—1982 гг. в ФРГ эксплуатировались свыше 1000 автомобилей на альтернативных топливах, преимущественно метаноле и бензино-метанольных смесях. Для работы на смеси М15 было переоборудовано 850 автомобилей, на смеси М100—120 автомобилей и 100 автомобилей на дизельном топливе с добавкой метанола. Смесь М100 на 95% состоит из метанола, в остальные 5% входят легкие бензиновые фракции (чаще изопентан), необходимые для облегчения пуска двигателя. Для зимней эксплуатации содержание бензиновых фракций увеличивается до 8—9%, при этом содержание воды в смеси допускается не более 1%.
В смеси М15 из 85% бензиновых фракций содержится не менее 45% ароматических углеводородов; содержание тетраэтилсвинца в смеси не превышает 0,15 г/кг, а воды — в пределах 0,10% (практически 0,05—0,06%). Смесь М15 содержит также антикоррозионные присадки.
В ряде стран в качестве добавки, расширяющей ресурсы высокооктановых бензинов, используют метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ). Антидетонационная эффективность его по сравнению с алкилбензином в 3—4 раза выше, благодаря чему с помощью эфира можно получить широкий ассортимент неэтилированных высокооктановых бензинов. Метил-трет-бутиловый эфир характеризуется следующими показателями: плотность 740 — 750 кг/м3, температура кипения 48 — 55°С, давление насыщенных паров (25°С) 32,2 кПа, теплота сгорания 35,2 МДж/кг, октановое число 95—110 (моторный метод) и 115—135 (исследовательский метод). Наибольшую антидетонационную эффективность эфир проявляет в составе бензинов прямой перегонки и каталитического риформинга обычного режима.
Отечественные бензины А-76 и Аи-92 с добавками 8 и 11% метил-трет-бутилового эфира соответственно удовлетворяют требованиям ГОСТ 2084—77 по всем показателям и по комплексу методов квалификационной оценки показали лучшие эксплуатационные свойства. Бензины с добавками эфира характеризуются хорошими пусковыми качествами и при пониженных оборотах двигателя имеют более высокие фактические октановые числа по сравнению с товарными бензинами.
Топливная экономичность и мощностные показатели двигателя при работе на бензинах с эфиром находятся на уровне товарного бензина. Токсичность отработавших газов при этом несколько снижается, в основном за счет уменьшения выбросов оксида углерода. Изменений и нарушений в состоянии и работе систем двигателя при использовании бензинов с эфиром не наблюдается.
5. Нахождение в природе
6. Здравоохранение
7.
При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость метанола на 40-50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого рост мощности двигателя повышается на 10-15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном ДВС с искровым зажиганием степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11.5:1. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества.
Недостатки:
- метанол травит алюминий. Проблемным является использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в ДВС.
- гидрофильность. Метанол втягивает воду, что является причиной засорения систем подачи топлива в виде желеобразных ядовитых отложений.
- метанол , как и этанол, повышает пропускную способность пластмассовых испарений для некоторых пластмасс. Эта особенность метанола повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, что может привести к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации.
- уменьшенная летучесть при холодной погоде: Моторы, работающие на метаноле, могут иметь проблемы с запуском и отличаться повышенным расходом топлива до достижения рабочей температуры.
Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемoм в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 миллионов галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средств, а также высоко- уровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использования метанола в качестве топлива. Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензина существует технология применения метанола для создания на его базе угольной суспензии которая в США имеет коммерческое наименование «метакол». Такое топливо предлагается как альтернатива мазута, широко используемого для отопления зданий. Такая суспензия в отличие от водоуглеродного топлива не требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след», чем традиционные варианты синтетического топлива получаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.
При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) метанола (удельная теплота сгорания = 22,7 МДж/кг) на 40-50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого мощность двигателя повышается 7-9%, а крутящий момент на 10-15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1 [ источник не указан 380 дней ] , в то время как в обычномДВС с искровым зажиганием степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11,5:1. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества.
Отдельно следует отметить увеличение индикаторного КПД при работе классического ДВС на метаноле по сравнению с его работой на бензине. Такой прирост вызван снижением тепловых потерь и может достигать единиц процентов
Недостатки
Метанол травиталюминий. Проблемным является использование алюминиевыхкарбюраторовиинжекторных систем подачи топливавДВС. Это относится в основном к метанолу-сырцу, содержащему значительные количества примесей муравьиной кислоты и формальдегида. Технически чистый метанол, содержащий воду, начинает реагировать с алюминием при температуре выше 50 °C, а с обычной углеродистой сталью не реагирует вовсе.
Гидрофильность. Метанол втягиваетводу, что является причиной расслоения топливных смесей бензин-метанол.
Метанол, как и этанол, повышает пропускную способность пластмассовых испарений для некоторых пластмасс(например, плотногополиэтилена). Эта особенность метанола повышает риск увеличения эмиссиилетучих органических веществ, что может привести к уменьшению концентрацииозонаи усилениюсолнечной радиации.
Уменьшенная летучесть при холодной погоде: моторы, работающие на чистом метаноле, могут иметь проблемы с запуском при температуре ниже +10 °C и отличаться повышенным расходом топлива до достижения рабочей температуры. Данная проблема однако, легко решается добавлением в метанол 10-25 % бензина.
Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемoм в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 млн галлоновметанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средств, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использования метанола в качестве топлива.
Помимо применения метанола в качестве альтернативы бензинасуществует технология применения метанола для создания на его базеугольнойсуспензии которая в США имеет коммерческое наименование «метакол» (methacoal ). Такое топливо предлагается как альтернатива мазута, широко используемого для отопления зданий (Топочный мазут). Такаясуспензияв отличие отводоуглеродного топливане требует специальных котлов и имеет более высокую энергоемкость. С экологической точки зрения такое топливо имеет меньший «углеродный след» , чем традиционные варианты синтетического топливаполучаемого из угля с использованием процессов, где часть угля сжигается во время производства жидкого топлива.
Более экологичным видом моторного топлива мог бы стать метиловый спирт. В этой области уже есть прецеденты.
Так, в начале 90-х гг. в Стокгольме проводился эксперимент по испытаниям этого вида топлива на общественном транспорте. Себестоимость метанола меньше чем бензина, а он требует минимальной переналадки бензиновых двигателей (производится каталитическим методом из природного газа). Этот вид моторного топлива мог бы рассматриваться с экономической точки зрения как весьма перспективный. Экологический эффект его применения нуждается в уточнении, хотя в ходе эксперимента в Стокгольме наблюдалось снижение валового выброса вредных веществ почти в 5 раз.
Существенным препятствием к широкому использованию метанола в России является высокая гигроскопичность метанола и трудности с запуском двигателя в холодное время года. Критики метанола аргументируют свою позицию тем, что при преобразовании природного газа в метанол освобождается такое же количество углекислого газа, как и при сгорании бензина.
Технология автомобильных силовых установок с метанолом достаточно известна и отработана. Первое широко распространенное метано-ловое топливо — это бензин М85 — (смесь 85% метанола и 15% бензина). Чистый метанол создает проблемы при холодном пуске двигателя, поэтому добавляется 15% бензина для повышения летучести топлива и легкости пуска. Топливо М-85 имеет октановое число 100 (у бензина — 87-95). Более высокое октановое число обеспечивает плавное сгорание при более высокой степени сжатия, чем в карбюраторных двигателях (баз детонационных ударов). Более высокая степень сжатия позволяет получить эффективную конструкцию двигателя, в которой можно оптимизировать расход энергии. Не случайно в течение ряда лет на гоночных автомобилях применяется чистый метанол с октановым числом -ПО. Метанол обеспечивает также более высокую скорость распространения фронта пламени, чем бензин, что повышает оборотность двигателя и улучшает его эффективность.
Кроме того, обладая более высокой температурой испарения, метанол позволяет двигателю охлаждаться быстрее, благодаря чему обыкновенный радиатор жидкостного охлаждения может быть заменен на воздушный, дающий экономию массы.
В качестве промежуточного звена при решении вопроса замены топлива можно рассматривать кислородсодержащие добавки к бензину. Хотя они несколько снижают теплотворную способность топлива, но это компенсируется повышением октанового числа и уменьшением выброса в окружающую среду вредных веществ. К числу таких добавок относятся метанол (метиловый спирт СН3ОН) и метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ — СН3ОС (СН3 )3). Благодаря внедрению кислородсодержащих добавок в США объем реализации свинец-содержащего бензина снизился с 45% в 1983 г. до 5% в 1990 году.
В любой современной автомашине можно без всяких переделок использовать смесь из 90% бензина и 10% метилового спирта — так называемый газохол, который не уступает высококачественному этилированному бензину, при меньших объемах выброса загрязняющих веществ.
Этанол. Топливо, полученное ферментацией различных сельскохозяйственных культур. Из-за относительно высокой стоимости и преимуществ других альтернативных топлив этанол вряд ли станет широко применяться в будущем.
Как и метанол, этанол имеет высокое октановое число и может применяться для повышения производительности двигателей.
В последние 10 лет этанол широко применяется в США и используется в качестве 10%-ной добавки к бензину. В Бразилии применяется этанол, произведенный из сахарного тростника. Он известен под названием Б-100 и нуждается в некоторых добавках бензина при применении в условиях более холодного, чем в Бразили, климата.
В будущем этанол, возможно, будет производиться из воды, если технология обеспечит приемлемые расходы.