Транспорт будущего: на нефти свет клином не сошелся

Автомобили на сегодняшний день являются основным источником загрязнения атмосферы. Их выбросы составляют 70-80% от общего количества загрязняющих веществ, попадающих в атмосферу благодаря человеку.

Две проблемы чёрными тучами маячат на автомобильном горизонте:

1. первая — это необходимость сокращать выбросы, вызывающие тепличный эффект, потому что 80% это огромная цифра.
2. Вторая в принципе может облегчить решение первой, т. к. запасы добываемой нефти подходят к концу и надо будет искать что-то другое.

Когда исчезнет нефть

Прогнозы по поводу времени, когда иссякнет нефть в скважинах, сильно различаются. Самые пессимистичные заглядывания в будущее приближают к нам этот "чёрный день” через 10 лет, оговариваясь при этом, что где-то останется "плохая нефть”. Другие отдаляют от нас это время на 60-80 лет. Так или иначе, ни один прогноз не переходит за столетний рубеж. И хочется спросить, а что же дальше? А дальше перейдём на газ, запасов которого хватит на 150-200 лет. А после газа, очевидно, будут уголь, запасы которого некоторые специалисты оценивают в 600-800 и даже в 1000 лет. В принципе достаточно много альтернативных источников энергии, а со временем прогресс и человеческая фантазия найдёт новые и сделает доступными источники энергии, кажущиеся сегодня почти фантастическими.

Уголь

Очевидно, что ресурсы неравномерно распределены между странами. Кому-то придётся столкнуться с топливным кризисом гораздо раньше общемировых прогнозов. Наверно, именно в таких условиях на первые позиции в энергетике и топливной промышленности станет переработка угля с получением топлива.

Ситуация, кстати, не нова для истории, когда в годы Второй мировой войны Германия испытывала дефицит горючего по причине нехватки нефти, и более 30% колёсного парка Вермахта ездило на топливе, получаемом из угля. Способ термической переработки угля с получением синтез газа был известен уже тогда.

Суть его заключалась в том, что измельчённый до порошкообразного состояния уголь вместе с водой подаётся в высокотемпературную зону, в которой поддерживается температура выше 2000 градусов по Цельсию. При этом образуются углеводороды, углекислый газ, водород. Процесс может вестись в зоне электрической дуги и в плазме. Синтез газ, получаемый в результате такой переработки, после отделения от него углекислого газа может использоваться как топливо. Ранее в качестве окислителя в данной технологии использовался кислород, что приводило к большому содержанию в продуктах термообработки углекислого газа. В настоящее время процесс переработки угля во многом усовершенствован, и получаемый синтез-газ практически не содержит балластного диоксида углерода, а температуру процесса, благодаря техническим новшествам, удалось снизить до 400-1000 градусов по Цельсию.

И опять же не все страны располагают запасами угля, поэтому для них будут перспективны разработки с другим углеродсодержащим сырьём. Некоторые территории обладают гигантскими запасами нефтяных битумов. Запасы их велики, но пока существует нефть, битумы практически никто не трогает. При окончании нефтяных запасов за счёт битумов, как полагают учёные, можно удовлетворить практически любые потребности человечества в топливе, но, бесспорно, стоимость топлива, получаемого из битумов, будет больше чем из нефти. Экспериментальное предприятие по переработке битумов в топливо уже существует в Канаде.

Дрова

Ну и что же делать тем, у кого нет ни угля, ни нефти, ни газа. Остаётся ещё древесина. Метод получения горючего из древесины также сам по себе не нов. Всем известно, что при переработке древесины можно получать метанол и этанол. Оба спирта можно подмешивать к топливу, не меняя ничего в двигателе: этанол до 22% от массы топлива, метанол — до 50-60%. В Финляндии введена в эксплуатацию установка по быстрому пиролизу древесины, дающая топливо. В условиях той же Беларуси, не имеющей легко доступных запасов сланцев, битумов, углей переработка древесины выглядит наиболее благоприятным способом получения топлив.

Тем более что производство придётся начинать не с нуля, потому что у нас уже работают два крупнейших в своей отрасли гидролизных завода, на которых осуществляется переработка древесины. Останется немного перенять опыт Бразилии, и поедут автомобили по белорусским дорогам на спирту. Ну а растительного сырья в Беларуси достаточно.

Расчетная лесосека республики составляет 5,3 млн куб. м, реально вырубают в пределах 3,8-4,1 млн куб. м. Беларусь пока что единственная страна в Европе, обладающая положительным лесным потенциалом. При переработке из одной тонны древесины можно получить до 280 кг угля, 200 кг смолы, 222 кг газового топлива. Но, как ни считай, если мы даже всю срубленную древесину переработаем на топливо, то не обеспечим и половины наших автомобилей горючим. Теоретически за счёт дерева Беларусь в состоянии обеспечить лишь какую-то долю автомобилей биотопливом. Поэтому ещё одним источником сырья для получения топлива у нас может быть растительная биомасса.

Растительное сырьё является возобновимым ресурсом и практически может использоваться бесконечно при рациональном подходе. Из одной тонны щепы, веток и т. п. можно получить до 300 кг нефтепродуктов, проводя процесс переработки под давлением порядка 28 МПа и температуре 350 градусов по Цельсию. Из одной тонны зелёной массы можно получить около 25 кг нефти и порядка полутора центнеров асфальтоподобного вещества.

В Белоруссии и на Украине проводились эксперименты с использованием рапсового масла в качестве топлива, в том числе и с заражённых радионуклидами территорий. Кукурузу, сахарную свеклу и некоторые другие культуры можно рассматривать как источник получения топлив. Существует немало технологий по переработке отходов биомассы, отбросов сельского хозяйства направленных на получение топлив. При этом не забывают и о бытовых отходах. В Японии разработан крупномасштабный план по переработке бытовых и сельскохозяйственных отходов с получением топлив. Это поможет снизить зависимость страны от поставок топливного сырья и оказать положительное влияние на окружающую среду. При переработке 1 млн т. отходов рассчитывают получить около 100 тыс. т топлива.

Водород

В настоящее время мир с надеждой смотрит на водородную энергетику. Водород при сгорании выделяет более чем в два раза больше тепла, чем природный газ, и при сжигании водорода в атмосферу выделяется вода, т. е. процесс горения водорода не привносит загрязнений в атмосферу. Прельщает то, что на Земле существует гигантский, практически неисчерпаемый источник водорода — вода.

Ведётся обширный поиск катализатора, способствующего разложению воды на кислород и водород с небольшими энергетическими затратами. Японские специалисты заявили, что обнаружен и исследуется катализатор на основе оксидов редких металлов, разлагающий под действием солнечного света воду на кислород и водород, но очевидно, процесс далёк от совершенства.

Возможно, что водород можно получить, используя специально выращенные микроорганизмы, что делает перспективным разработки генной инженерии в этом направлении. Финские специалисты разрабатывают технологию получения водорода из растительных масел. Идея заключается в применении катализатора, который использует кислород воздуха для естественного подогрева, при котором масло, трансформируемое паром, отдаёт водород. При переработке одной тонны биомассы можно получить около 160 кг водорода. При этом для получения одной молекулы водорода расходуется 103 кДж тепла, а при сжигании той же молекулы выделяется 285 кДж тепла, таким образом положительный энергетический эффект очевиден. Срок окупаемости такой установки предположительно 3-5 лет.

Западные специалисты оценили мировые энергетические ресурсы и составили предположительную схему развития событий и перемен, которые будут наблюдаться в автомобиле в связи с изменением используемого топлива. По исследованию французского журнала "Наука и будущее”, будущее за дизельным двигателем с системой обезвреживания газовых выбросов. Система включает в себя фильтр для частиц, камеру дожигания для несгоревших углеводородов топлива, ловушку для оксидов азота и каталитическое устройство для обезвреживания оксида углерода. Параллельно со сверхэкологичным двигателем будет развиваться создание дизельных двигателей, работающих на биотопливе.

В качестве топлива предполагается использовать этанол, метиловые эфиры растительных масел и метанол. Предполагают, что количество машин в Европе, работающих на биотопливе, к 2010 году вырастет почти до 6%. Ну а пока что лидирующие позиции по количеству машин, работающих на биотопливе, занимает Бразилия.

Уже началось достаточно активное развитие электромобилей преимущественно с использованием литиевых батарей и автомобилей, работающих на природном и биогазе. Что касается электромобилей, то пока их использование упирается в экономику. Уж очень они дороги и тяжелы. Автомобили, работающие на газе, — в принципе уже реальность. И на этом поле деятельности лидируют Аргентина с 370 тыс. машин, работающих на природном газе, и Италия. Ну и только к 2040 годам по предположению исследователей человечество придёт к водородным двигателям, практически не выбрасывающим в атмосферу никаких загрязняющих веществ. Но, не трудно заметить, что в последнее десятилетие наука опережает даже самые смелые предсказания. Возможно, что все новинки, выставляемые пока что на выставках в единичных экземплярах, войдут в нашу жизнь гораздо раньше.