Улучшение экологических характеристик топлива

На состояние окружающей среды определяющее влияние оказывает транспорт, поэтому особое внимание необходимо уделять применению новых экологически чистых видов топлива — прежде всего сжиженного и сжатого газа.

В мировой практике в качестве моторного топлива наиболее широко используется сжатый природный газ, содержащий не менее 85 % метана.

В меньшей степени распространено применение попутного нефтяного газа, обычно представляющего собой смесь пропана и бутана. Эта смесь может находиться в жидком состоянии при обычных температурах под давлением до 1,6 МПа. Для замещения 1 л бензина требуется 1,3 л сжиженного нефтяного газа, при этом по сравнению со сжатым газом его экономическая эффективность по эквивалентным затратам на топливо в 1,7 раз ниже. Следует отметить, что природный газ, в отличие от нефтяного, не токсичен.

Применение сжиженного газа сокращает выбросы:

• окислов углерода —в 3…4 раза;
• окислов азота — в 1,5…2 раза;
• углеводородов (не считая метана) — в 3…5 раз;
• частиц сажи и двуокиси серы (дымность) дизельных двигателей — в 4…6 раз.

При работе на природном газе с коэффициентом избытка воздуха а = 1,1 выбросы, образующиеся в двигателе при сгорании топлива и смазочного масла (включая бенз(а)пирен), составляют 10 % от выбросов при работе на бензине. Двигатели внутреннего сгорания (ДВС), работающие на природном газе, уже сейчас удовлетворяют всем современным нормам по содержанию газообразных и твердых составляющих в выхлопных газах (табл. 2).

Особо следует остановиться на выбросах углеводородов, которые претерпевают в атмосфере фотохимическое окисление под действием ультрафиолетового облучения (ускоряющееся в присутствии NOₓ). Продукты этих окислительных реакций являются причиной возникновения так называемого смога.
В бензиновых двигателях основное количество углеводородных выбросов приходится на этан и этилен, а в газовых — на метан, так как эта часть выбросов бензиновых двигателей образуется в результате крекинга паров бензина в несгорающей части смеси при высоких температурах, а в газовых двигателях несгорающий метан никаким преобразованиям не подвергается.

Легче всего под воздействием ультрафиолетового облучения окисляются непредельные углеводороды, например этилен. Предельные углеводороды, включая метан, более стабильны, по причине того что требуют для фотохимической реакции более жесткого (коротковолнового) излучения. В спектре солнечного излучения составляющая, инициирующая окисление метана, имеет столь малую интенсивность по сравнению с инициаторами окисления других углеводородов, что метан практически не окисляется. Поэтому в ограничительных стандартах автомобильных выбросов ряда стран углеводороды учитывают без метана, хотя пересчет ведется на метан.

Таким образом, несмотря на то что сумма углеводородов в выхлопных газах двигателей, использующих газомоторное топливо, оказывается такой же, как и у бензиновых двигателей, а в газодизеле часто и выше, эффект загрязнения воздушного бассейна этими компонентами при использовании газового топлива в несколько раз меньше, чем при использовании жидкого.

Важно также иметь в виду, что при применении газового топлива моторесуры двигателя увеличиваются в 1,4…1,8 раза, срок службы свечей зажигания — в 4 раза, моторного масла — в 1,5…1,8 раза, межремонтный пробег — в 1,5…2 раза. При этом снижаются уровень шума (на 3…8 дБ) и время заправки. Все это обеспечивает быструю окупаемость затрат, связанных с переводом транспорта на газомоторное топливо.

Внимание специалистов привлекают также вопросы безопасности использования газомоторного топлива. Определенную опасность представляют утечки газа через неплотности соединений. В этом отношении наиболее опасен сжиженный нефтяной газ, так как плотность его паров больше, чем воздуха, а сжатого — меньше (3:1 и 5:0,5 соответственно). Следовательно, сжатый газ после выхода из неплотностей поднимается вверх и улетучивается, а сжиженный — образует местные скопления и, подобно жидким нефтепродуктам, «разливается», что при пожаре увеличивает очаг возгорания.

Многие специалисты предрекают большое будущее также и жидкому водороду как практически идеальному с экологической точки зрения моторному топливу. Еще несколько десятилетий назад применение жидкого водорода в качестве горючего не представлялось перспективным. К тому же траги-
ческая гибель в канун Второй мировой войны наполненного водородом дирижабля «Гинденбург» надолго вычеркнула «топливо будущего» из каких-либо серьезных проектов. Однако быстрое развитие космической техники вновь заставило обратиться к жидкому водороду как почти идеальному горючему для исследования и освоения космоса.

Все изложенное выше позволяет сделать вывод, что переход на водородное топливо, в первую очередь в авиации, а затем и в наземном транспорте, станет реальностью уже в ближайшем будущем. К этому времени будут преодолены технические проблемы, окончательно ликвидировано недоверие к водороду как слишком опасному виду горючего и создана необходимая инфраструктура.