Биоэтанол

На данный момент подавляющее большинство транспортных средств использует технологию ДВС — двигателей внутреннего сгорания. Согласно исследованию Navigant Research к 2035 году мировой автопаркинг должен перешагнуть отметку в 2 миллиарда автомобилей. Учитывая, что именно на долю транспорта приходится около половины вредных выбросов в атмосферу (в городах данное значение может достигать 85-90%), решение проблемы использования ДВС является критически важным для защиты окружающей среды.

Ещё с середины девятнадцатого столетия человечество пыталось создать альтернативные виды двигателей и топлива. Первые в истории "мототелеги" и вовсе работали на природном газе. Однако примерно в начале прошлого века большинство подобных разработок были вытеснены с рынка из-за того, что автомобили, использовавшие жидкое топливо, благодаря серийному производству компаниями монополистами стали дешевле, доступнее и выгоднее в эксплуатации и обслуживании. Именно по этой причине жидкое топливо на основе нефти (бензин, лигроин, дизельное топливо, керосин и т.д.) стало наиболее распространенным по всему миру.

Существует не мало различных альтернативных типов автомобилей: электромобили, автомобили, работающие на природном газе, паровые автомобили, автомобили с использованием двигателя Стирлинга, автомобили на дровах, и даже использующие водород в качестве топлива.

Я хотел бы рассказать о крайне перспективном, однако, по какой-то причине, несправедливо забытом и наименее известном альтернативном топливе для двигателей внутреннего сгорания — биоэтаноле или же топливном спирт.

Но что же это такое и чем он так хорош по сравнению с привычным нам бензином?

По сути биоэтанол — не что иное как привычный для нас этиловый спирт, входящий в состав алкогольных напитков, но в большой концентрации, около 99,8%. Горючие свойства паров спирта были известны людям давно, однако с появлением ДВС данный факт приобрёл новое значение.

Интерес с моей стороны к данному топливу обусловлено несколькими причинами:

Легкость изготовления. Биоэтанол, то есть этиловый спирт, получается в результате процесса брожения, в ходе которого дрожжи разлагаюторганические сахара на спирт и углекислый газ. При этом сырьём для брожения может выступать практически любой органический материал с высоким содержанием фруктозы, крахмала и иных сахаров. Наиболее распространено использование кукурузы или сахарного тростника, но также сырьём может выступать ячмень, картофель, сахарная свёкла, батат, маниок сорго и т.д. Для этого подходят даже отходы лесного производства, содержащие в себе много целлюлозу: рисовая или пшеничная солома, багасса сахарного тростника и даже древесные опилки.Для перегонки спирта, с целью повысить его концентрацию необходима температура в разы меньше, чем для перегонки нефти в топливо (95°С против 350°С). 

Эффективность и экологичность процесса производства. Все материалы, используемые при производстве топливного спирта безопасны для человека и окружающей среды, само производство не сопровождается выбросом опасных веществ, а сырьё имеет короткий срок рекреации (урожай можно собирать каждый год минимум). При этом, вода, которая остаётся после ректификации, может быть использована повторно.

Дешевизна. Стоимость этанола гораздо ниже в сравнении с бензином: на данный момент цена на топливо Mid-Grate (аналог нашего АИ-95) составляет 1,11 долларов за литр, против примерно 0,45 долларов за литр биоэтанола. На фоне ярко разгорающегосяв мире пламени топливного кризиса и борьбы за ископаемы углеводороды, переход на спиртовое топливо, это — решение, способное не только помочь нам сохранить биосферу Земли, но и стабилизировать мировую экономику и предотвратить межгосударственные конфликты.

Простота эксплуатации и транспортировки. Биоэтанол — жидкость, соответственно её транспортировка и хранение проще и безопаснее чем у газа. Спирт не портится и не теряет запасенную в молекулярных связях энергию, в отличие от батарей электромобилей. И, пожалуй, самое важное: биоэтанол не требует внесения кардинальных изменений в конструкцию двигателя автомобиля, классический ДВС может быть легко модифицирован для работы с этанолом, что не требует производства многочисленных батарей, электродвигателей, газовых смесителей, форсунок и иных дополнительных компонентов как в случае с переоборудованием автомобиля под иные виды альтернативного топлива.

Экологичность и безопасность использования. Пункт достаточно обширный. Начнём с того, что для сжигания 1 кг бензина требуется около 14,7 кг воздуха. Для сжигания аналогичного количества этанола требуется лишь 8,3 кг воздуха, что позволяет гораздо экономнее расходовать так необходимый нам кислород. Но идём дальше! Как правило, в силу несовершенства технологии ДВС и обработки нефтепродуктов, бензин сжигается не полностью, вследствие чего в атмосферу попадают промежуточные продукты горения топлива, среди которых находятся опасные вещества: монооксид углерода (угарный газ), оксид серы, монооксид азота, альдегиды, бензпирен, органические соединения свинца и иных тяжелых металлов.

В отличие от бензина, являющегося смесью сложных углеводородов, горение которых — многоступенчатый и непредсказуемый процесс, биоэтанол имеет простую молекулярную структуру, и в ходе его разложения образуется меньше промежуточных соединений, что снижает вред от его использования. Далее, температура сгорания бензина в двигателе колеблется в интервале от 900°С до 1100°С, в то время как горение спиртапроисходит примерно при 700-900°С, что не только снижает нагрев и износ частей двигателя, но и позволяет снизить температурную нагрузку на экосистему в целом. Немаловажно отметить и то, что в случае аварии при транспортировке или использовании биоэтанола, вред, который оказывает данное топливо на окружающую среду гораздо меньше: вероятность воспламенения топливного спирта при ДТП в разы ниже, чем у бензина, а пары этанола быстро улетучиваются и не так отравляют атмосферу, как бензин в испарённом виде. Таким образом, топливный спирт многократно превосходит бензин и дизельное топливо по степени безопасности для человека и окружающей среды.

Увы, у данной технологии есть один существенный недостаток. Несмотря на активное развитие аграрного сектора мирового рынка и технологий землеобработки, проблема дефицита зерновых и иных продовольственных культур всё ещё стоит достаточно остро. 

Из всего вышесказанного мы можем сделать вывод: биоэтанол — это топливо, способное изменить наш мир. Думаю, если мы сможем обуздать энергию топливного спирта и применить её, мы сможем не только преодолеть мировой углеводородный кризис, но и существенно повысить уровень жизни людей на нашей планете и сохранить биосферу Земли для будущих поколений.


Источники:

Автор: Бахтин Глеб, Журфак МГУ

Тэги: