К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ БИОТОПЛИВА В КАЧЕСТВЕ ГОРЮЧЕГО ДЛЯ АВТОМОБИЛЕЙ В РЕСПУБЛИКЕ КАЗАХСТАН

Гапеев В.В., Ибраев Н.Е.

   Общеизвестно, что основным источником загрязнения атмосферы в городах Ка­захстана являются отработанные газы автомобилей. Особенно

остро проблема выхлоп­ных газов от автотранспорта стоит в г. Алматы и других крупных городах страны. Ос­новными направлениями повышения экологической безопасности являются: повыше­ние экономичности двигателей, снижение массы конструкций, уменьшение сопротив­ления

движению, снижение токсичности отработавших газов, использование экологи­чески более чистых видов топлива. Работы по совершенствованию конструкций интен­сивно ведутся как для бензиновых двигателей, так и для дизельных. Применение элек­тронных систем впрыска с точным дозированием топлива позволяет повысить мощ­ность двигателя на 10-30% и снизить расход топлива на 20-30% /1/. Однако системы питания с

карбюраторами имеют ограниченный предел адаптации к различным режи­мам работы двигателя. В связи с этим в автомобиле развитых странах происходит дизелизация транспортных средств. Система питания дизеля обеспечивает более полное сгорание топлива в цилиндрах и снижение токсичности выбросов. /1/

Таблица 1 - Структура токсичных компонентов при сжигании 1 кг топлива в бензиновом двигателе и дизеле

Повышению экологических показателей дизелей способствует применение турбонаддува и рециркуляции отработавших газов. Дизели, оснащенные современными электронными системами управления в сочетании с турбонаддувом, рециркуляцией и высокоэффективной фильтрацией отработавших газов, соответствуют требованиям норм токсичности на уровне ЕВРО-2 - ЕВРО-3. Снижение токсичности отработавших газов достигается рядом технических решений, которые включают установку нейтрализато­ров отработавших газов, фильтров, присадок к топливу. Однако, следует иметь в виду, что все усовершенствования двигателей, направленные на повышение их экономичности и снижение токсичных выбросов, требуют больших финансовых затрат (таблица 2) /1/. В мире становится все более популярным использование возобновляемых  ресурсов, т. е. энергии, полученной из природных источников. Самое большое распространение в развитых странах получило биодизельное топливо, которое производят из самых различных растений — рапса, конопли, сои и бобов. Биотопливо - это жидкое топливо, получаемое благодаря технологиям синтеза из биогаза. По сравнению с обычным дизельным при сгорании биотоплива выделяется на 10 % меньше CO2  и на 50% меньше сажи. В 2013 году в Европе было выпущено  1,5 млрд.т биотоплива растительного происхождения. /1/

Таблица 2 –Соотношение затрат на модернизацию ДВС и достигаемого уровня снижения оксидов азота

В Великобритании начали производить дизельное топливо из использованного подсолнечного масла. Топливо XXI века стоит на 20 % дешевле, чем

аналогичные неф­тепродукты.Одновременно решается задача утилизации использованного пищевого продукта. Ежегодно остается не менее 70

млн. л подсолнечного масла. В ЕС установлен норматив доли биодизельного топлива — 7,5 % общего объема потребления топлива. Примером

широкого применения рапсового горючего является Чехия — 1 млн. т в год  /1/. Автоконцерны Даймлер, Крайслер и Фольксваген участвуют в проекте, направ­ленном на применение биотоплива. Проект поддерживает Министерство экономики Германии. В ходе исследования анализируют

качество биотоплива, затраты на его по­лучение и возможные масштабы экономии нефти и газа. В Японии ученые получили дизельное

топливо из отходов растительного масла. Для получения топлива их подвергают рециркуляции, фильтруют и удаляют из них во­ду. Затем в очищенный концентрат добавляют метанол. В г. Курумэ (префектура Фукуока) началось практическое использование нового топлива для заправки коммунального автотранспорта. При сгорании топлива в двигателях выделяется в 2 раза меньше опасных компонентов отработавших газов, в первую очередь оксида серы /2/. Российские топливно-энергетические компании особенного интереса к биоди­зельному топливу не проявляют. Лишь «ЛУКОЙЛ» заявлял о намерениях построить в Литве завод по производству биодизелина из рапсового масла (30 % — биомасса и 70 % — дизельное топливо). В августе 2000г. сейм Литвы принял закон о биотопливе /2/. По этой программе в республике будет выпускаться бензин с 7% этанола. Это позволит Литве сэкономить около 30 тыс. т нефти в год и на 25-30% сократить загрязнение воз­душной среды отработавшими газами. Предполагается для получения биотоплива ис­пользовать контрабандный алкоголь, который до сих пор уничтожался /2/. Проекты и программы типа «Этанол» разрабатываются в Белоруссии, Узбекиста­ не и Азербайджане /1,2/. В Казахстане данному вопросу уделяется недостаточное

вни­мание, хотя республика обладает достаточным сырьевым потенциалом для производст­ва спиртов. В Тайыншинском районе

Северо-Казахстанской области завершено строи­тельство производственного комплекса «Биохим», предприятия по производству био­ этанола.

Планируемый годовой объем производства по данным «KazakhZERNO» составит 60 млн. долларов /2/. Резкое повышение цен на зерно урожая 2007

г до 285 долларов за тонну сделало производство биоэтанола малоприбыльным делом. В средствах массовой информации прошла информация о продаже предприятия россиянам. Тем не менее, применение этанола в качестве компонента моторных топлив автомобилей считается  одним из перспективных направлений по следующим причинам:                                                                                         

1) Сокращается расход нефти на производство товарных бензинов  и капитальные  вложения в нефтепереработку, более   гибкой  становится схема переработки нефти на нефтеперерабатывающих заводах.

2)Высокое октановое число смешения этанола позволяет снизить требования к октановым характеристикам традиционных бензиновых компонентов и повысить окта­новое число головных бензиновых фракций при фракционировании в системе подачи.

3)Этанол как кислородсодержащий компонент способствует более полному сго­ранию топлива с меньшим выбросом вредных веществ в атмосферу, уменьшению вы­бросов на 30 и более процентов оксида углерода и более чем на 14% несгоревших угле­водородов, выводу из состава бензина канцерогенного бензола /2/.

4)Этанол производится из растительного сырья и является восстанавливаемым энергоресурсом, при его использовании экономия нефтепродуктов

составляет до 5 % /4/.

5)Применение этанола в автомобильных бензинах позволит отвлечь значительное количество спирта с нелегального рынка алкоголя, повысить спрос на сельскохозяйст­венную продукцию, служащую сырьём для получения этанола /4/. Основной проблемой внедрения в Республике Казахстан бензина, содержащего этанол, является отсутствие гарантий со стороны производителей автомобилей. Казах­стан зависит от импортеров автотранспортной техники. В настоящее время в республи­ке имеется предприятие «Азия Авто», где идет сборка автомобилей «Нива» и «Шкода» (Восточный Казахстан), и «КамАЗ Инжиниринг» в г. Кокшетау, где собираются авто­мобили семейства КамАЗ. Определяющее влияние на

количество автотранспортных средств в РК оказывают легковые автомобили. Их удельный постоянно возрастает - с 61% в 1991 г, до 78 % в 2000 г., а в 2006 г. составил более 80 % /5/. Использование спиртов в автомоторных топливах в Республике Казахстан потребует решения ряда технических, экологических и экономических задач, а также разработку мероприятий по охране труда, которые связаны с более высокой токсичностью спирта по сравнению с углеводородным топливом и его повышенной коррозионной активностью. Дело в том, что применение чистых спиртов влечет за

собой повышенную коррозию некото­рых видов металлов и пластмасс, затрудняет холодный пуск двигателя /6/. Кроме того, спирты имеют более высокую химическую активность по сравнению с традиционными видами топлив. Наличие спиртов способствует коррозии металлов, особенно цинка, свинца, магния. Во избежание этого возникает необходимость замены медных и цинко­вых деталей на никелевые /4/. Спирты являются хорошими растворителями, агрессивно воздействующими на пластмассовые или резиновые детали топливной системы авто­мобилей, днища

топливных фильтров, изготовленные из полиамида. Высокая раство­ряющая способность спиртов является причиной образования отложений и загрязнений топливных фильтров. Серьезные трудности возникают при транспортировке и хране­нии бензино-спиртовых смесей. При попадании воды в смесь происходит фазовое раз­деление. Даже при использовании абсолютизированного спирта в реальных условиях хранения и транспортировки бензино-спиртового топлива неизбежно его обводнение за счет попадания воды в топливо различными путями (влага в транспортных линиях, просачивающаяся в хранилища вода, конденсат из атмосферного воздуха при темпера­турных колебаниях и пр.). Тем не

менее, в большинстве стран мира для двигателей с искровым зажиганием применяют спиртосодержащие топлива. Так в США около 40% всех применяемых на основе бензина топлив содержат от 5-10% этанола («газоходы»). Все ведущие автомо­билестроительные фирмы США и Японии допускают применение в своих двигателях бензина содержанием до 10% этанола. На заправочных станциях Бразилии, США, Ка­нады продают смеси

бензина с этанолом Е 10 (10% этанола), Е 85 (85% этанола), Е 95 (95% этанола), Е 100 /2/. Из западноевропейских стран серьезное внимание использо­ванию этанола уделяется в Швеции. Шведское законодательство освобождает от упла­ты налога на бензин Е 85 полностью, если он используется в автобусах.           В 2008 году Западная Европа перешла к применению норм стандарта ЕВРО-5, поэтому данная проблема будет решаться ускоренными темпами. В Китае программа разработки метанольно-бензиновых топлив проводится уже около 20 лет. В Японии с 1993 года автомобили, использующие в качестве топлива бензин типа М85 (содержание метанола - 5%), официально допущены к коммерческой эксплуатации. Ведутся поиски единой композиции на основе метанола, которая могла бы использоваться как в искро­вых, так и в дизельных двигателях /2/. Считается, что основным барьером использова­ния этанольных топлив является высокая стоимость этанола: в среднем в два раза пре­вышающая цены на бензин. Однако по данным Американской экологической ассоциа­ции (ЕПА) разница в стоимости обычного бензина и бензина, содержащего этанол, со­ставляет три цента /3/. Зато благодаря этим трем центам можно предотвратить попада­ние в атмосферу сотни тысяч тонн отравляющих веществ. В России, как и в Казахстане, использование биотоплива тормозится в связи с достаточно высокой стоимостью его

производства (без налоговых льгот), а также неразвитостью у производителей и потре­бителей экологического сознания: никто не будет покупать более дорогое топливо, да­же если оно меньше загрязняет воздух. Поэтому только внедрение стандартов ЕВРО-3 и ЕВРО-4, а в перспективе и стандартов ЕВРО-5, в странах СНГ заставит производите­лей всерьез заняться этой проблемой. Таким образом, использование спиртосодержащих топлив в Республике Казах­стан является перспективным направлением в области уменьшения токсичности отра­ботавших газов двигателей внутреннего сгорания и расширения сырьевых ресурсов мо­торных топлив. Однако их внедрение встречает серьезное препятствие в виде техниче­ских проблем, требует детальной экономической проработки, а также разработки нор­мативной и законодательной базы, соответствующей современному экологическому мировоззрению.

Список использованных источников:

1.  Павлова Е.И. Экология транспорта, -М.: Высшая школа, 2006, 286с.

2. Цыганков С.Г. и др. Проблемы использования спиртов в

качестве моторных топлив //Вестник КазАТК, №3, 2007, с.45-47.

3. Жармагамбетова А.К. Экологические проблемы выбросов

автотранспорта и пути их снижения //Материалы конференции «Экологическая

устойчивость и здоровье поко­ления», - Алматы, 2006, с.34-36.

4. Онойченко СИ. Применение оксигенатов при производстве перспективных

автомо­бильных бензинов, М., 2003, 184с.

5. Бекмагетбетов М.М. Автомобильный транспорт Казахстана. Этапы

становления и развития, - Алматы, 2003, 244с.

6. Орлин Л.С., Круглов М.Г. и др. Двигатели внутреннего

сгорания, - М, Машино­строение, 1980, 345с.