Альтернативные топлива

Альтернативные топлива (от лат. Alter - другой, один из двух), получают в основном из сырья ненефтяного происхождения, применяют для сокращения потребления нефти с использованием (после реконструкции) энергопотребляющих устройств, работающих на нефтяном топливе.

Основные виды альтернативных топлив:

ü сжиженный нефтяной газ (СНГ) и компримированный (сжатый) природный газ (КПГ) и сжиженный природный газ (СПГ);

ü спирты, продукты их переработки и смеси с бензином;

ü сложные эфиры (МТБЭ, диметиловый эфир и др.)

ü топливные смеси;

ü искусственное жидкое топливо;

ü водород;

ü биотопливо;

Сжиженные и компримированные газы - углеводородные газы С₃Н₈ и С₄Н₁₀ (пропан-бутановые фракции, получаемые переработкой нефтяных попутных и природных газов), а также метан СН₄, используемый в чистом виде и в составе природного газа или продукта газификации твердых топлив. В США разработана и в 2002 году внедрена технология извлечения из угольных и сланцевых пластов до 80% содержащегося в них метана, который нередко является причиной взрывов на угольных шахтах. Для добычи сланцевого газа используют горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта и сейсмическое моделирование. Аналогичная технология добычи применяется и для получения угольного метана. Вместо гидроразрыва пласта может использоваться безводный пропановый фрекинг.

Хотя сланцевый газ содержится в небольших количествах (0, 2 — 3, 2 млрд м³ /км²), но за счет вскрытия больших площадей можно получать значительное количество такого газа. В 2009 году США стали мировым лидером добычи газа, причём более 40 % приходилось на метан из угольных пластов и сланцевый газ.

Спирты, продукты их переработки и спиртобензиновые смеси. Наиболее перспективны этанол С₂Н₅ОН и особенно метанол СН₃ОН, которые благодаря высоким октановым числам и небольшому загрязнению атмосферы выхлопными газами могут использоваться как автомобильное топливо непосредственно или в смесях с бензином. Достоинство этанола - доступность сырьевых ресурсов, метанола - горит при более низкой температуре, чем бензин; недостатки метанола - низкая теплота сгорания (примерно вдвое меньше, чем у бензина), высокая токсичность. Интерес к метанолу быстро возрастает по следующим причинам: синтез-газ, из которого главным образом производят метанол, может быть получен конверсией любого углеродсодержащего сырья, в т.ч. природного газа, нефтяных остатков и углей; синтез метанола освоен в крупных масштабах; из него получают высокооктановый бензин, высокооктановые добавки к нему (метил-трет-амиловый и метил-трет-бутиловый эфиры), др. виды топлив, например дизельные.

Для повышения детонационной стойкости топлива и, следовательно, мощности двигателей внутреннего сгорания применяют смеси метанола или этанола с бензином (3-15% спирта). Проблема при использовании этих смесей - предотвращение их расслаивания при пониженных температурах в зимнее время.

Топливные смеси. Водно-топливные эмульсии (80-85% дизельного топлива, остальное - вода) используют для транспортных дизельных двигателей. Метанольно-угольные, углемасляные, водно-угольные, водно-углемазутные и другие смеси - вместо жидкого котельного топлива (мазута) или угля (например, на тепловых электростанциях либо на речном транспорте). Указанные смеси легко воспламеняются, имеют высокую теплоту сгорания, хорошо перекачиваются по трубопроводам и легко распыляются топочными форсунками. Стабильность их при хранении и транспортировании обеспечивается введением ПАВ. Масштабы применения топливных смесей определяются разницей в ценах на мазут и уголь.

Искусственное жидкое топливо получают переработкой (напимер., гидрогенизацией, термическим растворением, полукоксованием) твердых горючих ископаемых - угля, сланцев, торфа, а также газификацией их с последующим синтезом из СО и Н₂ (процесс Фишера-Тропша). Кроме того, сырьем для производства искусственного жидкого топлива могут служить различные битуминозные породы

Биотопливо — возобновляемое топливо. Продукт химической и биотехнологической переработки биомассы растительного сырья (фитомассы) — древесины и сельскохозяйст-венных растений. Производственной основой современной биотехнологии является микробиологическая промышленность, включающая гидролизные производства. Разрабатываются способы получения биотоплива из коммунально-бытовых отходов

Водород как топливо имеет ограниченное применение из-за его пожаро- и взрывоопасности. Смесь водорода с воздухом образует гремучий газ, поэтому требуется полная герметичность топливной системы и заправочных устройств. Энергетические возможности водорода в 3 раза выше бензина, однако для его хранения требуются криогенные емкости (температура ниже -120°С). Используется как 20% добавка к бензину. Для хранения водорода перспективно использование металлогидратных аккумуляторов.

Среди перспективных новых видов углеводородного сырья выделяют гидрат метана, известные запасы которого сосредоточены под морским дном, и по ориентировочным оценкам, составляют не менее 250 триллионов м³ - по энергетической ценности это в 2 раза больше ценности всех имеющихся на планете запасов нефти, угля и газа вместе взятых.

Гидрат метана - супрамолекулярное соединение метана с водой. Вокруг молекулы метана образуется решетка молекул воды (льда). Стабилен при температуре 0°C и давлении порядка 25 бар и выше. При атмосферном давлении устойчив при температуре − 80°C. При нагреве либо повышении давления распадается на воду и метан. Из одного м³ гидрата метана при нормальном атмосферном давлении можно получить 164 м³ природного газа.

Контрольные вопросы:

1. Основные виды альтернативных топлив.

2. Сжиженные и компримированные газы. Источники получения. Способы использования.

3. Спирты. Источники получения. Способы использования.

4. Синтетическое жидкое топливо. Сущность процесса Фишера-Тропша.

5. Технология добычи сланцевых нефти и газа.

6. Перспективные источники углеводородного топлива.