7 экологичных видов топлива для автомобилей

Многие годы исследователи бьются над поиском альтернативы бензину как основному типа топлива для автотранспорта. Экологические и ресурсные причины нет смысла перечислять — о токсичности выхлопных газов не говорит только ленивый. Решение проблемы ученые находят в самых, порой, необычных видах топлива. Recycle выбрал наиболее интересные идеи, бросающие вызов топливной гегемонии бензина.

Биодизель на растительных маслах

Биодизель – разновидность биотоплива на основе растительных масел, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом. Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит еще Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.

Как правило, для получения биодизеля используют рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Разумеется, сами по себе растительные масла в качестве топлива в бензобак не заливаются. В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биосоляры» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты — метанол и, реже, этанол. Это и становится компонентом биодизеля.

Во многих европейских странах, а также в США, Японии и Бразилии, биодизель уже стал неплохой альтернативой обычному бензину. Так, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.

Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. В почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля — это минимизирует степень загрязнения рек и озёр.

Сжатый воздух

Модели пневмоавтомобилей — машин, ездящих на сжатом воздухе — выпущены уже несколькими компаниями. Инженеры Peugeot в свое время произвели фурор в автомобильной индустрии, заявив о создании гибрида, у которого в помощь к двигателю внутреннего сгорания добавляется энергия сжатого воздуха. Французские инженеры рассчитывали, что такая разработка поможет малолитражкам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Специалисты Peugeot утверждают, что в городе пневмогибрид может до 80% времени передвигаться на сжатом воздухе, не создав ни миллиграмма вредных выбросов.

Принцип работы «воздухомобиля» довольно прост: в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). Пневматический мотор конвертирует энергию сжатого воздуха во вращение полуосей.

К сожалению, машины целиком на сжатом воздухе или air-гибриды создаются, в основном, мизерными партиями — для работы в специфических условиях и на ограниченном пространстве (например, на производственных площадках, требующих максимального уровня пожарной безопасности). Хотя существуют некоторые модели и для «стандартных» покупателей.

Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair – первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию. Его уже можно видеть на улицах Мельбурна. Грузоподъёмность – 500 кг, объём баллонов с воздухом – 105 литров. Пробег грузовичка на одной заправке – 16 км.

Продукты жизнедеятельности

До чего дошел прогресс — некоторым автомобилям для работы двигателя нужен не бензин, а попадающие в канализацию отходы жизнедеятельности человека. Такое чудо автопрома создали в Великобритании. На улицы Бристоля выкатили автомобиль, который использует в качестве топлива метан, выделенный из человеческих экскрементов. Прототипической моделью стал Volkswagen Beetle, а производитель машины VW Bio-Bug на инновационном топливе – компания GENeco. Установленный на кабриолете «Фольксваген» перерабатывающий фекалии двигатель позволил проехать 15 тысяч километров.

Изобретение GENeco поспешили назвать прорывом во внедрении энергосберегающих технологий и экологически чистого топлива. Обывателю идея кажется сюрреалистической, поэтому стоит разъяснить: в автомобиль загружается, конечно, уже переработанное топливо — в виде готового к использованию метана, полученного заблаговременно из отходов жизнедеятельности.

При этом двигатель VW Bio-Bug использует два вида топлива одновременно: машина стартует от бензина, но, как только двигатель прогревается, а автомобиль набирает определенную скорость, включается подача переработанного на заводах GENeco человеческого желудочного газа. Потребители могут даже не заметить разницы. Впрочем, остается главная маркетинговая проблема — человеческое негативное восприятие того сырья, из которого получают биогаз.

Солнечные батареи

Производство автомобилей, питающихся солнечной энергией — пожалуй, самое развитое направление автопрома, ориентированного на использование эко-топлива. Машины на солнечных батареях создаются по всему миру и в самых разных вариациях. Еще в 1982 году изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток (правда, со скоростью всего лишь 20 км в час).

В сентябре 2014 года автомобилю Stella на солнечных батареях удалось проехать маршрут от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско, а это 560 км. Солнцемобиль, разработанный группой из голландского Университета Эйндховена, оснащён панелями, собирающими солнечную энергию, и 60-килограммовым блоком батарей ёмкостью шесть киловатт-часов. Stella имеет среднюю скорость 70 км в час. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км. В октябре 2014 года студенты из Эйндховена на своей чудо-машине приняли участие в World Solar Challenge — 3000-километровой ралли по Австралии для машин на солнечных батареях.

Самым скоростным электрокаром на солнечных батареях на данный момент является Sunswift, созданный командой студентов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса. На испытаниях в августе 2014 года этот солнцемобиль на одном заряде аккумулятора преодолел 500 километров с потрясающей для такого транспорта средней скоростью 100 км в час.

Биодизель на кулинарных отходах

В 2011 году Министерство сельского хозяйства США вместе с Национальной лабораторией возобновляемых видов энергии проводило исследование альтернативных типов топлива. Одним из удивительных результатов стал вывод о перспективности использования биодизельного топлива на основе сырья животного происхождения. Биодизель из остатков жиров — технология еще не слишком развитая, но уже используемая в азиатских странах.

Каждый год в Японии после приготовления национального блюда, тэмпура, остается приблизительно 400 тысяч тонн использованного кулинарного жира. Раньше он перерабатывался в корм для животных, удобрения и мыло, однако в начале 1990-х годов экономные японцы нашли ему еще одно применение, наладив на его основе производство растительного дизельного топлива.

По сравнению с бензином такой нестандартный вид автозаправки выделяет в атмосферу меньшее количество окиси серы — главной причины кислотных дождей — и на две трети сокращает количество других ядовитых выбросов выхлопных газов. Чтобы сделать новое топливо более популярным, его производители придумали любопытную схему. Каждому, кто пришлет на завод по выработке РДТ десять партий пластмассовых бутылок с использованным кулинарном жиром, выделяется 3,3 квадратных метра леса в одной из японских префектур.

До России технология в таком объеме еще не дошла, а зря: ежегодное количество отходов российской пищевой промышленности составляет 14 млн тонн, что по своему энергетическому потенциалу эквивалентно 7 млн тонн нефти. В России пущенные на биодизель отходы закрыли бы потребность транспорта на 10 процентов.

Жидкий водород

Жидкий водород уже давно считается одним из главных видов топлива, способных бросить вызов бензину и дизелю. Транспортные средства на водородном топливе не являются редкостью, но в силу многих факторов так и не завоевали широкую популярность. Хотя в последнее время благодаря новой волне озабоченности «зелеными» технологиями идея водородного двигателя приобрела новых сторонников.

Сразу несколько крупных производителей сейчас имеют в своем модельном ряду машины с водородным двигателем. Один из самых известных примеров – BMW Hydrogen 7, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который может работать и на бензине, и на жидком водороде. BMW Hydrogen 7 имеет бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода.

Таким образом, автомобиль может использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение с одного типа горючего на другое происходит автоматически, при этом предпочтение отдается водороду. Таким же типом двигателя оснащен, например, гибридный водородно-бензиновый автомобиль Aston Martin Rapide S. В нем двигатель может работать на обоих видах топлива, а переключение между ними осуществляет интеллектуальная система оптимизации расхода и выбросов вредных веществ в атмосферу.

Водородное топливо собираются осваивать и другие авто-гиганты – Mazda, Nissan и Toyota. Считается, что жидкий водород экологически безопасен, так как при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.

Зеленые водоросли

Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.

Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.

Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.

В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.

Как моторное масло за экологию борется

Сегодня много рассуждают об экологичности автомобильного транспорта. Принимаются постановления и программы, звучат призывы переходить на природный газ и пересаживаться на электромобили и гибридные транспортные средства.

Но это все дело будущего, пусть и ближайшего. А пока в автомобильном мире царит ДВС, работающий на бензине или дизельном топливе. И ему необходимо современное экологичное моторное масло. Что скрывается за этим понятием?

Не будем касаться утилизации «отработки» – это отдельная тема. Поговорим о свежих товарных маслах, заливаемых в моторы при очередном ТО. Их влияние на экологичность автомобиля можно рассматривать в нескольких аспектах, тесно связанных между собой.

Бережем катализаторы

Начнем с очевидного – совместимости моторного масла с узлами, чья задача самим работать на экологию. Как вы догадались, речь о сажевых фильтрах и каталитических нейтрализаторах. Для каждого из них в рецептуре моторного масла найдется свой враг.

Так, сульфатная зольность масла влияет на загрязнение и возможность регенерации сажевого фильтра DPF.

Фосфор отравляет катализатор дожига угарного газа CO и несгоревших углеводородов CH. Кроме того, фосфор способствует образованию кислот, снижающих щелочность масла. А это влечет коррозионный износ деталей и ухудшение экологических показателей мотора.

Cера нарушает работу нейтрализатора оксидов азота. А еще при сгорании серы образуются оксиды SO2 и SO3. Их попадание в атмосферу вызывает кислотные дожди.

Но не все так страшно. Производители масел научились бороться с этими напастями. Сегодня можно свободно купить масло, содержащее минимум фосфора и серы. Главное – изучить характеристики продукта по документации производителя.

Итак, сера, фосфор и сульфатная зольность. Давайте познакомимся с некоторыми цифрами. Нефтяные компании научились снижать содержание серы в топливе – на то и вводимые повсеместно нормы Euro. Значит, слово за моторным маслом? Именно так. Вот какие нововведения внедрены в практику маслосмесительных заводов в последнее время.

Наверняка все слышали о технологии «low SAPS». Расшифруем этот ребус: «low» – низкий; SA – сульфатная зольность (от sulphate и ash – зола); P – фосфор (phosphorus), S – сера (sulphur). Итак, масло, созданное по данной технологии, характеризуется низкой сульфатной зольностью и малым содержанием серы и фосфора.

Наличие серы в масле теперь зависит лишь от состава присадок и ограничивается величиной 0,25%, максимум 0,3%. Содержание фосфора в масле по новейшим спецификациям не превышает 0,08–0,09%. Что касается сульфатной зольности, то для бензиновых двигателей она снизилась с 1,3–1,5% до величины, не превышающей 0,8%.

Вдумайтесь: снижение не на какие-то жалкие доли процента, а в 1,5–2 раза! Это ставит перед производителями присадок и моторных масел сложнейшие задачи.

Например, содержание зольных присадок надо уменьшать, а уровень моющих свойств и срок службы масла оставить прежними. И даже увеличить, если того требуют производители двигателей.

А ведь с зольностью связан такой важнейший показатель, как щелочность масла – надо же нейтрализовать кислоты. А зольность маслу придают соединения металлов, входящие в состав моющих присадок – детергентов. Значит, нужны беззольные носители щелочности и принципиально новые моющие, противоизносные, антиокислительные и прочие присадки. В частности – заменители дитиофосфатов цинка, активно используемых в масляном деле много лет.

Кстати, о противоизносных присадках. Традиционно они содержали соединения фтора. А ведь фтор – яд для человека. Кроме того, при его сгорании образуются очень токсичные вещества.

Вот и получается, что для решения экологических задач необходимы композиции присадок нового поколения. И такие присадки созданы. Более того – они уверенно работают в составе современных моторных масел.

Вспомним еще одну характеристику моторного масла, тесно связанную с экологией. Это фракционный состав товарного продукта. Здесь нам придется заглянуть во внутренности ДВС.

В камеру сгорания масло попадает двумя путями. Во-первых, через зазор между цилиндром и поршнем. Во-вторых, за счет испарения части легких фракций масла со стенок цилиндра. Специалисты называют это явление «селективным испарением». В результате в камере сгорания оказываются специфические углеводородные соединения, отрицательно влияющие на состав отработавших газов и состояние нейтрализаторов.

Поэтому разработчики моторных масел обязаны ограничить испаряемость своего продукта строго определенными величинами. Например, существует метод испытаний, когда масло выдерживается при 250 °С в течение часа. После «экзекуции» оценивается потеря массы продукта за счет испарения. Так вот: для экологически чистых и совместимых с нейтрализаторами и сажевыми фильтрами масел эти потери не должны превышать 12%.

Экономим топливо

Еще один экологический аспект моторных масел – энергосбережение. Снижая расход топлива, мы уменьшаем общее количество отработавших газов. Если выигрыш умножить на число автомобилей, колесящих по дорогам, эффект будет ощутимым. Кроме того, в атмосферу попадет меньше углекислого газа CO2. А это означает борьбу с парниковым эффектом на нашей планете.

Создание энергосберегающего масла начинается с выбора основы. Существует правило: базовое масло должно обеспечивать зимние характеристики из ряда SAE0W, 5W или 10W. Летняя характеристика ограничивается показателем SAE30, более вязкие энергосберегающие масла встречаются очень редко. Таким образом, масла SAE0W‑30 или SAE5W‑30 могут быть энергосберегающими, а вот SAE5W‑50 или SAE15W‑40 – нет.

База такого масла может быть синтетической или минеральной гидрокрекинговой. Чисто минеральное энергосберегающее масло – скорее исключение, чем правило.

Подобрать композицию присадок при создании энергосберегающего масла непросто. Вот лишь один пример: модификаторы трения конфликтуют с другими ингредиентами пакета, в частности, с дисперсантами и детергентами. Каждый из них стремится к адсорбции на металлической поверхности и жаждет потеснить конкурента.

Что же требуется от химиков? Преодолеть антагонизм присадок? Не только. Их задача – создать такую композицию, чтобы антагонисты превратились в синергистов, когда содружество присадок оказывается эффективнее отдельных ингредиентов.

Что и говорить, работа ювелирная. Но результат того стоит. В энергосберегающих маслах композицию составляют так, чтобы моющие, антиокислительные, диспергирующие, вязкостные и прочие присадки и сами не увеличивали потерь, и не мешали работе модификаторам трения.

Как происходит оценка энергосберегающих свойств масел? И официальное их подтверждение? Конечно же, путем испытаний в двигателях по специально разработанным методикам. Расход топлива сравнивается с контрольными цифрами, полученными при работе тех же двигателей на так называемом «эталонном масле». Разумеется, эталон энергосберегающими свойствами не обладает.

По европейским меркам экономия топлива для масел категорий ACEA А1, А5, В1 и В5 должна быть не менее 2,5%. Только тогда испытуемое масло официально признается энергосберегающим.

Ну ладно, испытания испытаниями, а какую реальную экономию топлива можно получить в условиях повседневной эксплуатации? Вот усредненные цифры: при коротких поездках в городе – до 3–5,5%; на маршрутах «город – пригород» – до 2,2–2,8%; в дальних рейсах по благоустроенным дорогам – до 2,0%. В условиях роста цен на топливо и это неплохо.

Наибольшее энергосбережение получается при езде в городе зимой, когда расход топлива велик; наименьшее – на автострадах летом, когда он относительно мал.

О биоразлагаемых маслах

И в качестве «вишенки на торте» еще одно замечание. Говоря об экологии моторных масел, нельзя обойти малоразмерные двигатели, применяемые на моторных лодках, квадроциклах, бензопилах и садовой технике.

Все эти машины и механизмы трудятся «на пленэре», непосредственно соприкасаясь с почвой и водой. Поэтому с точки зрения экологии для них оптимальны биоразлагаемые масла.

Эти продукты распадаются под действием бактерий и солнечного света и не наносят вреда окружающей среде. Лучше всего разлагаются масла, созданные на основе растительного сырья или сложных эфиров.

Вот так, если коротко, выглядит современный взгляд на проблему «моторное масло и экология».