Бензин – основний вид моторного палива

     Водень  ― паливо майбутнього, оскільки в  найближчій перспективі людство  змушене буде остаточно перейти на відновлювальні джерела енергії. Перехід  транспорту на водневе паливо дозволить не тільки значно зменшити залежність від постачання нафти, але й зменшити викиди вихлопних газів і знизити рівень шуму в містах. Технології використання водневого палива вже досягли такого високого рівня, що незабаром стане можливим масове виробництво відповідних транспортних засобів. Водень виробляється переважно шляхом елекролізу. Екологічно чистим водневе паливо вважається тоді, коли для його виробництва застосовується екологічно чиста електроенергія.

       Водне́вий двигун - різновид двигуна, де використовується для отримання енергії водень як пальне. Двигун складається з двох основних частин - це паливний елемент, як первинний генератор енергії та електродвигун, який її використовує для зміни її типу [12].

     Стосовно  технології одержання водню необхідно відзначити, що він є вторинним енергоносієм і в природі зустрічається тільки у виді різних сполук. Але ресурсна база для його одержання є досить широкою. Крім води, з якої водень можна одержати шляхом електролізу з використанням електричної та теплової енергії, до ресурсної бази належать практично всі викопні види палива, різні види біомаси, а також різні відходи виробництва, побутові відходи та ін. Найбільш відомі технології одержання водню базуються на хімічному, термотехнічному процесах та електролізі води, але вони мають такі головні недоліки, як використання високо потенційної енергії з витратами викопного палива і відповідно значним забрудненням довкілля. Недоліком електролізу води є значний рівень споживання електроенергії. Електролітичний водень є найбільш доступним, але більш коштовним продуктом. Сьогодні у світі найбільше розповсюдження отримала технологія виробництва водню або суміші водню з іншими газами шляхом парової конверсії природного газу - метану, але при цьому майже половина початкового обсягу газу витрачається на проведення ендотермічного процесу парової конверсії. У зв'язку з цим у світі ведеться інтенсивний пошук таких технологій одержання водню, які б відповідали вимогам економічної та енергетичної ефективності й екологічної чистоти [7].

     Інтерес до водню як моторного палива великий, адже при його згорянні в двигуні  утворюється вода і в цьому  відношенні він є найбільш екологічно чистим паливом. Температура його згоряння в 2,5 раза вища, порівняно з бензином, сировинна база для одержання водню – практично безмежна. В якості палива може використовуватися як безпосередньо сам водень, так і водень разом з традиційними паливами. Його можна застосовувати і в паливних елементах.

     Технічні  труднощі при використанні і висока вартість водню призвели до розробки комбінованого палива бензин-водень. Проведені випробування показали, що використання бензино-водневих сумішей дозволяє понизити вдвічі витрату бензину при швидкості 90-120 км/год, і на 28 % - при русі у місті.

     Останніми роками багато уваги приділяється розробці і використанню на автомобільному транспорті паливних елементів, паливом для яких є водень або продукти, здатні виділяти його при переробці. Паливні елементи - це пристрої, що виробляють електричну енергію за рахунок енергії окислювально-відновлювальної хімічної реакції рідких або газоподібних реагентів, які безперервно надходять до електродів ззовні, тобто вони є хімічними джерелами струму безперервної дії. Найбільше поширення одержали воднево-кисневі паливні елементи [8].

     Робота  воднево-кисневого паливного елемента основана на перетворенні енергії хімічної реакції водню з киснем в електрикуПаливний елемент складається з багатьох десятків комірок, кожна приблизно в сантиметр завтовшки. Кожна комірка складається з двох електродів, розділених електролітом. На один електрод (анод) підводиться паливо (водень), на інший (катод) — окисник (кисень - повітря). Водень тут не згоряє, хімічна реакція окиснення відбувається при низькій температурі в присутності каталізатора. Мета роботи пристрою, використовуючи цю реакцію, розділити позитивний і негативний заряди в просторі й створити між ними напругу. Тому електроліт, який заповнює простір між електродами, повинен мати здатність пропускати крізь себе протони (йони водню) і не пропускати електрони. На аноді водень розпадається на електрони і протони, далі протони проходять крізь шар електроліту, досягають катода і, з'єднуючись із киснем, утворюють воду.

       Кожний паливний елемент виробляє  електричну енергію напругою  біля 0,6 В. З'єднані 200-700 паливні елементи забезпечують необхідну потужність в межах 50 - 75 кВт. Автомобіль з паливними елементами, що працюють на водні, стерильно чистий: замість відпрацьованих газів - чиста вода.

       Однак у питаннях отримання  якісного й недорогого електроліту наука поки що зазнає величезних труднощів. Полімерний електроліт американської фірми «Дюпон» коштує близько 700 євро за м², а на батарею для середнього автомобіля потрібно десятки квадратних метрів такого матеріалу. Зрозуміло, що при такій вартості електроліту неможливо налагодити серійний випуск водневих автомобілів. Ученими всього світу ведуться інтенсивні дослідження з метою здешевлення цього матеріалу й використання його при більш високих температурах (150—200°С). Є й інші технології отримання водню, наприклад електроліз, крекінг або переробка біомаси (деревини, соломи). Кожен із цих варіантів має свої недоліки. Головна перешкода для впровадження водневого автомобіля — відсутність системи промислового отримання водню в потрібних обсягах, систем його збереження, транспортування й заправлення автомобілів [2].

     Автомобілі  на водневому паливі умовно можна  розділити на три класи.

• Перший — це машини зі звичайним двигуном внутрішнього згоряння, який працює на водні або водневій суміші. Такі моделі можуть працювати на чистому водні або 5—10% водню додають до основного палива. В обох випадках ККД двигуна збільшується (у другому випадку приблизно на 20%) і вихлоп стає набагато чистішим (вміст чадного газу (СО) і вуглеводнів зменшується в півтора рази, оксидів нітрогену — до 5 разів). Такі двигуни й автомобілі були сконструйовані й пройшли всі випробування в нас і за кордоном приблизно в 70—80-х роках. Однак, з огляду на витрати і й конструкційні складності, це може бути тільки проміжним, перехідним етапом на шляху до третього типу.
• Другий — це машини з двома електроносіями, так звані гібридні, їх колеса рухає електропривод, енергію якому постачає акумулятор, що у свою чергу заряджається від високо-економічного двигуна внутрішнього згоряння, що працює на водні або суміші водню з бензином. Це дуже вигідно, адже ККД електродвигуна сягає 90—95% на відміну від бензинового (35%) або дизельного (50%). Таким чином, загальний ККД підвищується до 30%, відповідно знижується витрата палива. Навіть якщо для підзарядки акумулятора використовується бензин, об'єм шкідливих викидів дозволить вкластися в норми «Євро-4» із десятикратним запассґм. І все-таки отримати абсолютно чистий вихлоп можна тільки від автомобілів третього типу.
• Третій — справжній водневий автомобіль — це машина з електродвигуном, який працює від паливного елемента, що знаходиться в автомобіли. Теоретично ККД паливного елемента, що працює на суміші водень—повітря, може перевищувати 85%. Зараз вже вдалося одержати двигуни з ККД близько 75% — це більш ніж удвічі вище відповідного покажчика найкращих двигунів внутрішнього згоряння. В умовах міста такі машини одержать п'яти-шестиразову перевагу над звичайними автомобілями [12].

     Головна перевага водневого пального полягає  в тому, що транспорт працює без  надмірного шуму, а з вихлопної труби замість двоокису вуглецю та інших речовин, які забруднюють навколишнє середовище, виходить водяна пара без різних домішок. Інша, не менш важлива перевага цього пального — безпечність. Відомо, що в бензобаку, крім бензину, є ще й повітря, а це за певних умов може викликати вибух пального. Водень перебуває у баках під тиском, і повітря туди проникнути не може. Ці баки настільки міцні, що навіть під час дорожньо-транспортної пригоди можна не боятися вибуху пального.

     Основною  проблемою використання водню є його зберігання на борту енергетичного засобу. Так, пропонується тримати його у вигляді стиснутого газу або зрідженого водню. Одним із шляхів вирішення цієї проблеми є використання носіїв водню у вигляді гідридів металів або інших носіїв. Практика показує, що найкращі показники забезпечуються при зберіганні зрідженого водню [8]. 

     6. Біопаливо

     Міністр промисловості Франції Франсуа  Лоос пропонує Європейському союзу  більш активно використовувати  біопаливо. За рішенням ЄС на частку біопалива повинно припадати не менше 2% всього палива, що продається в країнах Євросоюзу автомобільного бензину. Мова йде про автомобільне паливо з добавками рослинного походження. У солярку додають рослинну олію (в основному рапсове), а в бензин - етанол, вироблений з зерна чи буряка. Суміші які продаються сьогодні на європейських автозаправках позначаються як «біо» і частка спирту або олії складає приблизно 5%. Більше половини всього біодизельного палива  яке виробляється в ЄС припадає на Німеччину.В про

     Його  виробництво обходиться дорожче, ніж  традиційних видів бензину, однак  на заправках воно коштує, навпаки, значно дешевше - завдяки урядовим субсидіям. Вони можуть становити від 29 євроцентів за літр, як у Великій Британії та Іспанії, до 40-47 центів в Італії та Німеччини. Інтерес до біопалива викликаний не тільки бажанням європейських урядів підтримати місцевих сільгоспвиробників. Як тільки ціни на нафту на світовому ринку сягають $ 50 за барель, виробництво альтернативних видів палива стає цікавим комерційно, пояснює зростаючий попит на біодизель [17].

     Для заправки техніки можна використовувати  масло і спирт навіть в чистому  вигляді. При цьому воно екологічно безпечно, нетоксичний і практично  пожежобезпечність. По температурі  згоряння звичайне дизельне паливо та рапсове масло майже однакові - 34020 кДж / літр і 34040 кДж / літр відповідно, так що при роботі двигуна на біодизель втрачається лише 8% потужності.

     Ціна  нафти продовжує йти вгору, і  кінця процесу аналітики поки не прогнозують. Зростає і частка біопалива. За даними Європейської ради з біодизеля, лише в минулому році зростання виробництва цього виду палива склало 35%. Основні посіви ріпаку розташовані у Франції, Великобританії, Чехії, Данії, Фінляндії, Польщі. Від Європи не відстає і інший світ - дві третини посівів зосереджені в Індії, Китаї та Канаді. Державні біодизельних програми прийняті в США, Франції, Австралії та Бразилії [18].  

Висновки

           Загострення проблеми охорони довкілля на фоні зростаючого попиту на паливо та енергію  спонукає світову спільноту до ефективного пошуку нових енергетичних технологій, які б забезпечували прийнятний рівень забруднення і одночасно не уповільнювали економічного зростання. Ключове місце в розв'язанні цієї проблеми займають альтернативні джерела енергії – газ, сонячна енергія, водневе паливо, ДТ, біопаливо, які були розглянуті у даній роботі. Їх доцільно використовувати як замінника бензину у на транспортних засобах.

     Властивості палива (бензину, ДТ) повинні відповідати їх призначенню, бути екологічно безпечними та забезпечувати вимоги щодо енергозбереження, зазначених у відповідних нормативних документах. Метою випробувань є визначення комплексного показника якості, який складається зі здатності до прокачування, утворення нагару, температурних (спалах, випаровування, горючість), захисних та санітарно-епідеміологічних властивостей (токсичність) тощо. Доцільно, зокрема використовувати замість бензину газ, або ж поєднувати газ із бензином – задоволення не з дорогих та значно економить кошти у процесі експлуатації. Перспективним е також використання біопалива, яке активно поширюється у Європі та водневого палива, яке знаходиться ще на стадіїї експериментальних розробок.

     Сьогодні  фахівці прогнозують: у недалекому майбутньому традиційні види палива можуть остаточно замінити екологічно чисті. Тож для багатьох країн світу дослідження стають пріорітетними напрямками розвитку науки. Вони забезпечують фінансування як з боку держави так і бізнесових структур. Зрозуміло, що основна мета розробки технологій – зниження залежності від традиційних енергоносіїв, а головне – зменшення токсичних викидів в атмосферу від сплювання вуглеводнів. Розробки в цьому напрямі ведуться і вітчизняними науковцями, однак вони не відчувають необхідної фінансової підтримки держави.  
 
 

   Список  використаних джерел:

1. Власова А.В. Основи товарознавства непродовольчих товарів – К.: Центр навчальної літератури,2006. – 208 с.
2. Г.С.Асланин. Проблематичность водорода в плане замещения нефти./ Энергетическая политика, вып.2, -2006, с. 42-51.
3. Караулов А.К., Худолий И.Н. Автомобильные топлива. Бензины и дизельные. Ассортимент и применеие. – К.: «Журнал Радуга»,1999. – 214с.
4. Керрод Робін, Меджвік Уенді  Книга знань у запитаннях і відповідях :         Пер. з .англ. – К.: Махаон-Україна, 2005. – 160с.
5. Михайлов В.І., Глушкова Т.Г., Зельніченко О.І.  Непродовольчі товари – К.: Книга, 2005. – 556с.
6. Оснач О.Ф . Товарознавство: Навчальний посібник – К.: Центр навчальної літератури, 2006.-219с.
7. Пономарев-Степной Н.Н., Столяревский А.Я. Атомно-водородная энергетика. Пути развития. // Энергия, - 2004, - №1, с.3-9.
8. Энергия будущего // Знания и мир. - 2004.- №5. – С.139-140
9. Энергия солнца // Знания и мир. - 2004.- №18. – С.151-152
10. http://antei-auto.ru/auto_page/heat_03 солнце
11. http://journal.agrosector.com.ua/archive/15/306 
12. http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%B5%D0%B2%D0%B8%D0%B9_%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D1%83%D0%BD 
13. http://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%A1%D0%BE%D0%BD%D1%8F%D1%87%D0%BD%D0%B0_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D0%B5%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0 
14. http://www.neftecentr.ru/history.php  
15. http://xauto.com.ua/articles/benzin_ili_dizel.html?chapter=0#chapter  
16. http://xauto.com.ua/articles/benzin_ili_dizel.html?chapter=1#chapter  
17. http://antei-auto.ru/auto_page/heat_04 
18. http://www.neftecentr.ru/technology_11.php