Метилтретиннобутиловий ефір
Цей продукт є одним із видів перспективного синтетичного палива. Його одержують при взаємодії метанолу з ізобутиленом у присутності каталізаторів.
Порівняльну характеристику МТБЕ з іншими видами палива наведено в табл.4.1, з якої випливає, що він має порівняно високу антидетонаційну стійкість і у зв'язку з цим є перспективним компонентом автомобільних бензинів. МТБЕ практично нетоксичний і при доданні в бензин у кількості 15 % не погіршує його фракційний склад та стабільність.
Таблиця 4.1
Фізико-хімічні та експлуатаційні характеристики бензину і деяких видів перспективного палива
Позитивні якості МТБЕ при доданні до бензину такі:
можливим є здобуття неетилованих високооктанових сумішей, оскільки за антидетонаційною ефективністю МТБЕ значно перевершує всі марки бензинів (його октанове число за моторним методом – 100, а за дослідним – 117) і не має необхідності змінювати регулювання паливної апаратури;
у МТБЕ висока теплотворна здатність (37 700 кДж/кг);
домішка 10 % МТБЕ підвищує октанове число бензинів за дослідним методом на 2,1...5,9 одиниць, а 20 % – на 4,6... 12,6 одиниць, що є ефективнішим, ніж використання метанолу;
полегшується фракційний склад бензинів, при цьому знижується температура перегонки 50 % фракцій, завдяки чому поліпшуються пускові якості та прийомистість двигуна, хоча збільшується небезпечність створення парових пробок;
трохи поліпшуються потужність та економічні показники двигуна в усьому діапазоні навантаження і частоти обертання колінчастого вала;
знижується токсичність відпрацьованих газів приблизно на 10 % завдяки зменшенню вмісту оксиду вуглецю;
зменшується витрата бензину на 3 %.
Можливе використання МТБЕ вже сьогодні розглядається, як один із перспективних напрямів розширення ресурсів високооктанових неетилованих бензинів.
Газові конденсати
Газові конденсати – це рідкі вуглеводні, які знаходяться в підземних пластах під тиском 4,9...9,8 МПа та температурі до 150 °С і конденсуються за нормальних умов із природних газів.
Усі газові конденсати складаються в основному із нафтенових та парафінових вуглеводнів. Уміст ароматичних вуглеводнів невеликий. Газові конденсати різних місцезнаходжень істотно різняться. Тому рівень їхніх фізико-хімічних й експлуатаційних властивостей близький до дизельного палива.
З 1 січня 1981 р. введено в дію ТУ 51-28–81 «Топливо газокон-денсатное широкофракционное для бьістроходньїх дизелей (ГКТ)». Це паливо одержують з уренгойської нафти прямою перегонкою газового конденсату, а також компаундуванням фракцій газового конденсату з товарним дизельним паливом (табл. 4.2).
Таблиця 4.2
Основні властивості газових конденсатів
Газоконденсатне паливо рекомендується при експлуатації дизелів у північних умовах при температурі повітря -45 °С і більше. Це паливо токсичне і вибухонебезпечне, шкідливо діє на центральну нервову систему, подразнює слизові оболонки очей та верхніх дихальних шляхів. Граничною концентрацією парів вуглеводнів у перерахунку на вуглець є 300 мг/м3.
Вибухонебезпечні суміші виникають при вмісті парів газоконденсатного палива у повітрі за об'ємом від 1,4 до 8 %. Температура запалювання парів становить -5 °С, а самозапалювання -250...370 °С.
Цетанове число і густина газоконденсатного палива менші, ніж звичайного дизельного палива, що зумовлює велику затримку запалювання і зменшує його подачу. Якщо регулювання паливної апаратури не міняється, то це призводить до зменшення потужності дизеля приблизно на 7 % порівняно з дизельним паливом. При відповідному регулюванні паливної апаратури дизеля його потужність, а також ефективність та економічність показників роботи практично не змінюється, причому динамічні показники навіть кращі.
Водень
До недавнього часу водень розглядався лише як потенційне ефективне паливо. Проте стан справи міняється буквально на очах. Постійно з'являються повідомлення про розробки експериментальних моделей автомобілів та інших транспортних засобів, що працюють на рідкому водні. Техніку поводження з ним можна вважати повністю відпрацьованою.
На початку 80-х років XX ст. під керуванням академіка В.С. Струминського був випробуваний дослідний автомобіль РАФ-2203, в кузові якого були встановлені баки з рідким воднем. Аналогічні випробування, включаючи створення дослідних зразків, здійснюються в нашій країні в Інституті проблем машинобудування в м. Харкові.
Найбільш характерними властивостями водню є: теплотворна здатність водню дорівнює 118 045 кДж/кг і перевищує теплотворну здатність бензину в 2,7 раза. Проте об'ємна енергоємність його низька через малу густину (водень – найлегший елемент, навіть у рідкому стані він у 14 разів легший за воду).
Швидкість горіння горючої суміші водню з повітрям у 6 разів перевищує швидкість згоряння бензиноповітряної суміші. Для спалювання 1 кг водню потрібно вдвічі більше повітря, ніж для спалювання дизельного палива, але він може моментально змішуватися з іншими газами і, зокрема, з повітрям. Суміш водень-повітря запалюється при вмісті водню від 4 до 74 % і горить при температурі понад 500 °С з утворенням пари дистильованої води.
Відпрацьовані гази при роботі двигуна на водні не містять шкідливих домішок, за винятком оксидів азоту, яких дуже мало. Проте водень має дуже низький рівень запалювання. Ці властивості водню зумовлюють порушення нормального проходження робочого процесу: дострокове запалювання робочої суміші в циліндрах, жорстке її згоряння, виникнення детонації, спалахів у впускному трубопроводі.
Незважаючи на зазначені недоліки водень є перспективним паливом загалом і для двигуна внутрішнього згоряння зокрема. Нині він цікавий як домішка до рідкого палива для його збагачення висококалорійним компонентом. При цьому двигун не потребує ніяких змін.
Установлено, що домішка водню залежить від режиму роботи двигуна. В режимі холостого ходу, малих і середніх навантажень для забезпечення оптимальних потужнісних та динамічних показників його потрібно близько 20...25 %, а в режимі середнього і повного навантаження (на трасі) – значно менше. Тому бензиноводневі суміші найдоцільніше застосовувати на автомобілях інтенсивного міського руху.
Установлено, що в режимі холостого на 100 км пробігу автомобіля замість 12,2 кг бензину витрачається всього 5,5 кг бензину та 1,8 кг водню. Отже, 1,8 кг водню замінює 6,7 кг бензину, тобто економиться 50...55 % бензину.
Слід ураховувати, що ціна водневого палива не вища від ціни інших видів синтетичного палива. При цьому концентрація оксиду вуглецю у відпрацьованих газах знижується в 13 разів, оксидів азоту – в 5 разів, вуглеводнів на – 30 %.
Для комбінованого постачання бензиноводневої суміші, коли витрата водню невелика (близько 20 % основного палива), водень можна використовувати в стисненому стані. Включення і відключення подачі водню не спричинює труднощі і здійснюється за допомогою електромагнітного клапана.
При використанні водню в чистому стані зберігати та застосовувати його доцільно в рідкому стані, але при цьому потрібна надійна теплоізоляція паливного бака, оскільки температура рідкого водню становить -253 °С. Тому для транспортування та зберігання водню слід використовувати кріогенні резервуари з подвійними стінками й ізоляцією між ними. Однак і рідкий водень займає в 3,5 раза більший об'єм, ніж еквівалентна за енергією кількість бензину. Через це най-перспективнішою формою застосування водню вважаються повторні енергоносії, наприклад металогідриди, здатні акумулювати в собі водень. У цьому разі розв'язується проблема безпеки експлуатації водневого палива й забезпечується допустимий енергозапас без необхідності створення високих тисків або кріогенних температур.
Виділення водню відбувається при підігріванні гідридів гарячою рідиною із системи охолодження або відпрацьованими газами. При цьому об'ємна енергоємність кращих гідридів наближається до рівня рідкого водню, у зв'язку з чим об'єм гідридного бака може бути меншим від об'єму кріогенного бака для рідкого водню, але сумарна маса бака з паливом порівнянна з сумарною масою рідководневих паливних баків.
Гідридний акумулятор не потребує суттєвого догляду, швидко заряджається, собівартість його нижча, а термін експлуатації більший, ніж кислотних акумуляторних батарей. Тому вони можуть відмінно конкурувати зі звичайними автомобілями й електромобілями.
З огляду перспектив застосування водневої енергетики в майбутньому на перший план виступають сировинні та економічні чинники. В цьому відношенні водень як енергоносій не має конкурентів. Сировинні ресурси для здобуття водню необмежені, а відповідні енер-говитрати у вільному стані можуть бути забезпечені використанням ядерної енергетики, у більш далекому майбутньому – термоядерного синтезу.
В екологічному відношенні застосування водню має перевагу, тому що теоретично небажані речовини мають бути відсутні, а практично вони є, що пов'язано зі згорянням моторної оливи (кількісно їх у десятки разів менше, ніж при роботі двигуна на бензині). Поки ще в значній кількості рідкий водень використовують для запуску американських космічних ракет і проведення експериментів в авіації. Однак недалеко той день, коли й наземний транспорт перейде на застосування цього ефективного та привабливого палива. Етапом до такого переходу буде масштабне використання метану. Звикнуть до баків-термосів, кріогенних ізольованих цистерн для перевезення цього виду палива. Кріогенні баки для перевезення метану через кілька десятиліть зійдуть із сцени, поступившись місцем своєму більш низькотемпературному спадкоємцю – рідкому водню. Однак це відбудеться лише тоді, коли буде істотно вдосконалений спосіб зберігання в такому стані, наприклад, гідридів деяких металів.
Отже, широке використання водню як палива в близькому майбутньому важкодоступне не тільки через перелічені вище недоліки, а й через високу вартість його виробництва. Тільки за умови забезпечення енергетичної та економічної технології, коли витрати енергії на здобуття водню будуть компенсовані його енергетичним потенціалом і загальним економічним ефектом, це паливо займе чільне місце в загальному енергетичному балансі.