Из всех методов, которые предлагаются автомобильной промышленностью для решения проблемы выбросов в атмосферу углекислого газа, использование биотоплива представляется наиболее сложным. Репутация биотоплива, как волшебного средства от парниковых газов, выросла из недостаточного внимания, уделяемого сложным процессам производства биотоплива и сырью, из которого оно производится – им, к примеру, может быть использованное в приготовлении пищи растительное масло.

В любом случае, правда состоит в том, что различные виды биотоплива являются чрезвычайно разными с точки зрения их воздействия на природу и других свойств, которые могут влиять на их применение. На самом деле уже сейчас становится ясно, что повсеместное нерегулируемое использование биотоплива может привести к многочисленным выходам из строя двигателей автомобилей, и огромному объёму расходов производителей по предоставляемым гарантиям.

Недостаток механизмов и возможностей регулирования использования различных видов биотоплива может привести к тому, что наряду с сокращением выбросов углекислого газа, некоторые из них могут привести к загрязнению окружающей среды другими, не менее опасными веществами, стандартов по которым пока нет. Проблема в том, что бензин и дизельное топливо представляют собой два совершенно конкретных продукта, производящихся во всём мире в соответствии со строгими международными стандартами, тогда как термин «биотопливо» имеет довольно расплывчатое значение, не относящееся конкретно к одному или двум видам топлива. Биотопливом называют в наши времена любое топливо, произведённое из материалов растительного или животного происхождения.

Различные современные виды биотоплива представляют собой смеси этанола и бензина, а также масла, используемые в или в смеси с дизельным топливом, или даже вместо последнего. В Европе бензин и дизельное топливо могут содержать до 5% таких биологических добавок: это не считается нарушением стандартов, и не приводит к негативным последствиям для обычных автомобильных двигателей.

Однако, далее ситуация становится куда более сложной.

Стандарты – или их отсутствие

Каждое семейство биотоплива производится с применением чрезвычайно отличных друг от друга технологий. Несмотря на давно и активно ведущуюся работу в этом направлении, до сих пор не существует стандартов, как на сами различные сорта биотоплива, так и на используемое сырьё, и на производственные процессы.

Этанол сам по себе является весьма стандартным веществом, имеющим широчайший спектр применения, и процессы его производства из большого количества видов сырья хорошо стандартизированы. Тем не менее, способов его использования в качестве компонента биотоплива может быть множество. На практике это может означать, что разные производители, скажем, биодизельного топлива, будут продавать под одним и тем же названием топливо с довольно сильно различающимися физическими и химическими характеристиками – не говоря уже о содержащихся в этих продуктах потенциально опасных веществах.

Анджела Джонсон (Angela Johnson), глава отдела инженерии и технологий исследовательского центра Ricardo, описывает ситуацию следующим образом: «Не все виды биотоплива одинаковы». На самом деле, они настолько разные, что эта разница может создать чрезвычайно серьёзные проблемы для разработчиков двигателей и компаний, которые занимаются топливом на этапе после производства.

Анджела входит в группу специалистов исследовательского центра Ricardo, перед которой была поставлена задача держать руку на пульсе событий, имеющих отношение к биотопливу, собирая, систематизируя и предоставляя информацию, результаты анализа и рекомендации множеству производителей автомобилей и компонентов для них. “Отчасти, моя роль состоит в рассмотрении проблем биотоплива со стратегической точки зрения», - говорит она, - «Нас интересуют рынки, последствия внедрения биотоплива, разница между различными его видами, в особенности касающиеся качества, технологические процессы, проблемы, с которыми сталкиваются автопроизводители, вопросы, связанные с качеством, доступностью и спектром видов сырья для производства биотоплива. Мы также интересуемся проблемами, стоящими перед потребителями ввиду большого количества различных видов биотоплива и недостаточной подготовленности основной части автомобильного парка к их использованию. Основной вопрос в глобальном плане состоит в том, как мы, в конце концов, будем использовать биотопливо на практике, и окажется ли данный подход к решению проблем загрязнения окружающей среды достаточно эффективным, чтобы вкладывать в него столь большие средства, усилия и время?».

Технические проблемы и последствия

Проблема внедрения биотоплива в повседневную практику носит двоякий характер.

Во-первых, до сих пор не известна его истинная способность обеспечить снижение вредных выбросов в атмосферу. Во-вторых, всё ещё недостаточно изучено его влияние на механику двигателей – будь то биотопливо в смеси с обычным или, в особенности, чистое биотопливо, каким бы оно ни было.

Биотопливо само по себе может являться сильным растворителем, и постепенно забивать мелкие форсунки инжекторной системы растворёнными в нём веществами. Сорта биотоплива, основанные на этаноле, могут быть выражено гигроскопичными, а растворяющаяся в них влага может поражать коррозией детали двигателя. Компоненты такого топлива могут также оказывать негативное воздействие на прокладки и уплотнители двигателя и системы подачи топлива, изготовленные из органических материалов. Говоря просто и кратко, налицо явная несовместимость материалов современных двигателей с биотопливом, когда оно используется в высоких концентрациях.

Этанол как таковой не является особой проблемой, ибо технологии его производства из разного сырья совершенствовались на протяжении десятков лет, и он всегда одинаковый, каково бы ни было сырьё: нефть или сахарный тростник. Поэтому с биоэтанолом, по крайней мере с точки зрения спецификаций, разночтений не наблюдается. Обычные бензиновые двигатели могут без проблем работать на смеси, в состав которой входит 5% этанола. Однако стоит чуть повысить эту концентрацию, и начнутся проблемы с химической несовместимостью, о которых говорилось выше, поэтому для использования топлива с большим количеством спирта в составе необходимы модифицированные двигатели, которые химически инертны по отношению к топливу и, кроме того, отрегулированы под характеристики его сгорания.

Помимо технических проблем, потребители могут также столкнуться с вопросами иного порядка. Так как европейский стандарт на бензин EN228 допускает до 5% этанола в его составе, поставщиками факт содержания спирта в топливе не всегда доводится до сведения потребителей. Однако этанол имеет меньшую энергетическую ценность на единицу массы, нежели бензин.

Эти вопросы сейчас интенсивно изучаются. В США, центр Ricardo сотрудничает с фирмой Bosch и Университетом штата Мичиган в совместной работе над оптимизированным под биотопливо автомобилем, который мог бы использовать топливо, содержащее любое количество этанола, вплоть до E85. Работу финансирует Департамент Энергетики США.

Внедрение биотоплива в ведущих странах мира

ЕС – планируется достижение к 2020 году 10% доли биотоплива в общем количестве топлива, используемого транспортом.

США – согласно стандартам использования возобновляемых энергоносителей (Renewable Fuel Standards) планируется потребление 25,7 миллиардов литров биотоплива к 2010 году, и 227 миллиардов к 2030.

Китай – к 2020 году планируется достижение 15% доли биотоплива в общем расходе топлива на транспорт.

Индия – планируется достичь 10% к 2010 году.

Бразилия – к 2013 году планируется довести потребление до 2,5 миллиардов литров биодизельного топлива, и содержания этанола в бензине до 24-27 процентов.

Австралия – 2010 год – 1% биотоплива, 2020 год – 5,75% биотоплива

Биодизель: основная проблема

Биодизели, и топливо для них, представляют собой основную проблему и главный повод для беспокойства. Опять же, европейский стандарт EN590 на дизельное топливо допускает присутствие в нём до 5% биодобавок. Однако, в отличие от этанола, который добавляется в бензин, в дизельное топливо могут добавлять различные добавки. В любом случае, при превышении их количества допустимых 5% начинаются проблемы с двигателем.

Чаще всего в качестве сырья для биодизельного топлива используется семя рапса, выращиваемого в Европе, пальмовое масло из Индонезии и Малайзии, или соя, на которую в основном полагаются в США. Управляющий отделом химических исследований центра Ricardo Йон Андерссон (Jon Andersson) указывает на то, что химический состав масел, получаемых из различных видов сырья, будет разным. «При недостаточной степени рафинирования, масла из разного сырья будут содержать разные побочные продукты в разном количестве. Все они могут оказывать негативное воздействие на производительность и надёжность работы двигателей, и сверх того могут приводить к ухудшению качества топлива с течением времени под воздействием тепла и света», - говорит он.

Вот типичный сценарий: некто приезжает в аэропорт, и оставляет машину на стоянке – с горячим мотором и тёплым топливом. Бак, вероятнее всего, не будет полным – и в течение нескольких дней, пока автомобиль находится на стоянке, топливо в баке вступает реакцию с воздухом и, вполне вероятно, подвергается нагреву на солнце. «В результате получается, что хозяин оставляет машину с одной смесью в топливном баке, - объясняет Андерссон, - а когда он приезжает, состав уже совершенно другой».

От такой же проблемы могут страдать и автозаправочные станции. На станции, расположенной на бойком месте, и продающей топливо в большом количестве, качество топлива может оставаться вполне постоянным. Однако в других местах биотопливо, подолгу находящееся в подземных резервуарах, может портиться. Если состав топлива непостоянен, и меняется со временем, то работать с ним будет практически невозможно. Любая задача по обеспечению работы двигателя с топливом превратится в стрельбу по «бегущему кабану»: нельзя будет обеспечить должную степень химической нейтральности материалов, если состав топлива постоянно изменяется. Наладить двигатель под работу с топливом с постоянно меняющимися характеристиками сгорания также будет невозможно. Двигатели будут постоянно ржаветь и получать другие химические повреждения, система подачи топлива будет забиваться продуктами разложения компонентов самого топлива, а автопроизводители будут вынуждены либо ограничивать предлагаемые гарантии на двигатели, либо разориться на их отработке.

Эксперименты с использованием в качестве дизельного топлива растительного масла, переработанного после использования для приготовления пищи, дали весьма беспокоящие результаты. Смешивание несгоревшего топлива с моторными маслами в двигателе само по себе является проблемой обычных автомобилей с дизельными двигателями. Однако, использование в качестве топлива растительных масел, не прошедших преэтерификации и без улучшающих сгорание добавок, приводит к тому, что эти масла начинают реагировать со смазочными, образуя полимеры, свойства которых никак не способствуют нормальной работе двигателей.

Разнообразие не всегда полезно

Даже если биотопливо само по себе качественное, большое количество его сортов делает калибровку двигателей под оптимальную производительность практически невозможной.

«В будущем вполне возможно создание синтетического дизельного топлива второго поколения, с качеством более высоким, чем современное дизельное топливо, и его производство в промышленных масштабах, - говорит Анджела Джонсон, - однако на данный момент перед нами стоит проблема, заключающаяся в большом разнообразии видов биодизельного топлива и, естественно, проблема их качества. Сейчас ни один из автопроизводителей не обладает достаточным количеством средств и техническими возможностями для проверки своих двигателей на совместимость с современными сортами биотоплива во всём их разнообразии. Для них также существует риск затратить большие деньги и длительное время на разработку двигателя под топливо, которое просуществует лишь десяток лет или около того, а затем будет вытеснено топливом второго поколения».

В наши дни некоторые производители дают гарантию на использование своих двигателей с топливом B100 (полностью биологическое), однако со многими оговорками касательно стандартов топлива, интервалов техобслуживания и режима эксплуатации.

Состав выхлопов после биотоплива также может быть весьма разным. Центр Ricardo провёл исследование многих видов биотоплива на этот предмет.

«Исследование сгорания биодизельного топлива B30 (т.е. 30% биодобавок) показало уменьшение количества угарного газа и углеводородов в выхлопных газов – но ценой снижения мощности двигателя, - говорит Йон Андерссон, - Количество частиц в выхлопах увеличилось, стабильных данных по окислам азота получить не удалось. В принципе, не обнаружилось ничего, с чем не могли бы справиться современные системы фильтрации».

Высокое содержание биодобавок в топливе коренным образом меняет динамику его сгорания. Андерссон углубляется в детали, рассказывая о том, что происходит внутри двигателя: «Биодизельное топливо обладает большей плотностью, и содержит более тяжёлые углеводороды, часть которых может не сгорать. Хотя разные двигатели ведут себя по-разному, в целом эти компоненты снижают температуру горения, в результате чего мы обнаруживаем меньшее количество окислов азота в выхлопах. В то же время, они же могут постепенно откладываться на внутренних поверхностях камер сгорания, и существенно повышать количество частиц в отработанных газах. Динамика этих процессов может довольно сильно отличаться при использовании разных сортов биотоплива – вот почему практически невозможно отрегулировать двигатель таким образом, чтобы он одинаково хорошо работал на любом из них».

Ricardo: исследования для правительства Великобритании

В 2001 году исследовательский центр Ricardo предпринял ряд исследований по заказу Британского Департамента Транспорта. Основным предметом исследований являлось растительное масло, и его использование в качестве топлива. Было также исследовано использование различных смесей - B10, B20 и B30 – в двигателях различных производителей; внимание специалистов было направлено на состав выхлопов и веществ, загрязняющих двигатель, а также на работу и регенерацию фильтра частиц. Центр Ricardo также провел углубленное изучение использования топлива B30 в двигателях высокой мощности, в особенности интересуясь выбросами, которые на данный момент не учитываются стандартами по вредным выбросам для автотранспорта.

«Тесты проводились, в основном, при помощи оборудования, которым проверяют свойства обычного топлива, - говорит Андерссон, - однако проблема состоит в непостоянстве состава биотоплива, как при сравнении различных сортов, так и каждого из них с течением времени, а критерии оценки основаны на результатах, полученных с обычным топливом. Таким образом, от того, пройден или не пройден данный конкретный тест, мало что зависит».

«Мы пытаемся расширить границы понимания последствий использования новых видов топлива в современных двигателях. Нам до сих пор не хватает информации для выводов о влиянии биотоплива на сроки службы и надёжность двигателей. Исследователям ещё предстоит «выловить» те компоненты и свойства биотоплива, от которых зависит сокращение срока службы – только тогда можно будет создать модели процессов взаимодействия топлива и материалов двигателей, которые могли бы дать ответы на наши вопросы».

Существует ещё одна проблема: разработка стандартов. Нефтяная промышленность и принадлежащие ей лаборатории не имеют специалистов с опытом работы с биологическими материалами. Кроме того, точки зрения специалистов-химиков, экспертов по двигателям и законодателей относительно того, с какой точки зрения рассматривать биотоплива, весьма далеки от согласия. Центр Ricardo, имеющий опыт работы с биотопливом на протяжении около четверти века, в этой ситуации становится одним из ключевых источников информации. Организуемые Центром курсы и семинары по проблемам биотоплива зачастую не могут принять всех желающих участвовать в них. Специалисты центра тесно работают с законодательными органами Европейского Сообщества, а также с различными группами и представителями бизнеса. «Мы считаем, - уточняет Андерссон, - что в первую очередь необходимо оказать содействие всем сторонам, участвующим в формировании стандартов».

Второе поколение биотоплива – ответ на все вопросы

Большинство проблем будет решено на стадии внедрения так называемого биотоплива второго поколения. Сорта биотоплива, производящиеся в наши дни, считают относящимися к первому поколению. Сейчас они производятся из ферментированного растительного сырья (этанол) и разнообразных растительных масел (биодизельное топливо). Топливо второго поколения будет производиться по технологии сжижения газов (gas-to-liquids, GTL) Фишера-Тропша (Fischer-Tropsch).

Технология включает в себя несколько стадий. Первая из них заключается в специальной обработке биомассы и получении из неё газообразных продуктов. Далее эти газы проходят очистку, перерабатываются в однородную смесь моноксида углерода и водорода, которая, в свою очередь, перерабатывается в жидкое топливо. Этот процесс далеко не нов – он был разработан в двадцатых годах прошлого века – однако вполне пригоден для изготовления поддающегося стандартизации химически однородного топлива. Таким образом, продукты обработки растительного сырья разлагаются до простых компонентов, которые затем можно синтезировать в высококачественное, лишенное примесей топливо.

Сырьём для подобного производства может быть любая биомасса, включая отходы деревообрабатывающего производства и остатки пищи. Данный процесс пока что используется очень небольшим числом компаний, и пройдёт ещё немало времени, не менее десяти лет, пока топливо начнёт производиться в промышленных масштабах. Только после этого может раскрыться истинный потенциал биотоплива, без побочных эффектов в виде нанесения им вреда двигателям.

Ждать осталось гораздо больше, чем хотелось бы, однако этот период можно использовать с немалым смыслом. У всех участников процесса, включая автомобильную и нефтяную индустрии, есть время на то, чтобы внимательно спланировать все свои шаги для подготовки к работе с новым топливом, а также в условиях его наличия, когда уже не будет оправданий для откладывания перехода на него.

Основные проблемы для производителей и продавцов энергоносителей

Определение состава топлива

Процесс получения однородной смеси этанола и бензина весьма непрост. При большой доле спирта в смеси может быть необходимым использовать вместо обычного бензина аналогичный продукт, получаемый крекингом и оксигенированием тяжёлых фракций нефти (Refinery Base Oxygenate Blendstock, RBOB).

Распространение

Топливо, содержащее биодобавки, (в особенности этанол) не может перекачиваться по обычным трубопроводам для нефтепродуктов. Кроме этого, автозаправочные станции должны специально подготавливать своё оборудование, в особенности топливные резервуары, тщательно высушивая их перед заливкой топлива с этанолом в составе: этанол весьма гигроскопичен, и если допустить контакт топлива с водой, оно станет опасным для двигателей, так как может привести к их коррозии.

Качество

Для того, чтобы оценить качество топлива, необходимы стандарты, а для биотоплива, как уже неоднократно упоминалось, их практически не имеется. Для составов E10, E85, B10, B30 и многих других они отсутствуют.

Стоимость и проблемы доведения продукта до потребителя

Ввиду большого количества сортов топлива на автозаправочных станциях может понадобиться дополнительное оборудование для каждого из них. На многих станциях просто будет негде разместить «колонки» для всех видов топлива. Широкий выбор внесёт путаницу; будут нередки случаи непреднамеренной заправки автомобилей неверным сортом топлива.

Подпись автора

Кто продает?! - Мы продаем! Забиваем, продаем!!!