Альтернативное топливо
Стремительно истощающиеся запасы нефти заставляют искать альтернативные источники топлива для автотранспорта. Причём, учитывая большое число находящихся в эксплуатации транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания и налаженную структуру их производства и обслуживания, было бы очень желательно, чтобы альтернативное топливо по своим характеристикам приближалось к традиционным нефтепродуктам.
«- А твоя машина тоже на газированной воде? — спросил Незнайка.
— Нет, моя на спирту. В цилиндр, понимаешь, засасываются пары спирта и поджигаются электрической искрой. Пары, сгорая, расширяются и толкают поршень, а поршень вертит колеса. Машина может работать и на бензине, но от бензина в воздухе остается не очень приятный запах. От спирта же никакого запаха не остается.»
(Николай Носов, «Незнайка в Солнечном городе»)
В качестве заменителей бензина могут использоваться спирты, полученные в результате брожения различной сельскохозяйственной продукции — зерна, сладких плодов, сахарного тростника. Технология производства этилового спирта из растительного сырья хорошо отлажена, к тому же он обладает высоким октановым числом (105 ОЧИ, 100 ОЧМ). Главная проблема заключается в нехватке посевных площадей для выращивания растений, предназначенных для переработки в топливо. К тому же, теплота сгорания этанола значительно меньше, чем у традиционного бензина, что приводит к снижению запаса хода автомобиля и снижению мощности двигателя.
Производство топливного метанола не требует использования дефицитных пахотных земель. Метанол возможно получать из водорослей по двухступенчатой технологии — вначале осуществляется метановое брожение фитопланктона, потом — превращение метана в метанол. Однако, вырастить объём водорослей, достаточный для того, чтобы выработанное из них топливо обеспечило значительную долю потребления, очень сложно. Кроме того, остаётся та же проблема, что и у этанола — низкая теплота сгорания.
Существует и третий вариант — получение бутилового спирта путём ацетоно-бутилового брожения крахмалосодержащего сырья. По теплоте сгорания бутанол близок к традиционному бензину. Большим плюсом является его своеобразный резкий запах, что практически исключает случайное использование в виде напитка (такая проблема актуальна для топливного этанола, и, что намного хуже, метанола). Но для производства биобутанола требуется пищевое сырьё, что ограничивает возможности для его производства.
В настоящее время спирты, полученные путём сбраживания растительного сырья, используются только в качестве добавок к традиционному бензину. Их доля в готовом топливе обычно не превышает 5%.
Заменители дизельного топлива производятся из растительных масел. Любое растительное масло представляет собой смесь триглицеридов (сложных эфиров глицерина и жирных кислот). Глицерин придает вязкость и плотность растительному маслу, поэтому его необходимо удалить, заместив на спирт. Растительное масло (рапсовое, соевое, пальмовое) смешивается с этиловым либо метиловым спиртом и катализатором (используется гидроксид натрия или гидроксид калия). После нагрева до 45-65°С смесь расслаивается — более легкий биодизель поднимается на поверхность, а глицерин оседает на дно. Остаётся лишь очистить готовое топливо от катализатора путём промывки водой. По потребительским свойствам биодизель представляет собой хорошую замену нефтяному топливу, но его производство сдерживается из-за нехватки растительного сырья.
Автомобильное топливо также возможно производить из угля, который хоть и является невозобновляемым полезным ископаемым, но исчерпание его запасов не столь актуально, как в случае с нефтью. Технология получения из угля жидкого топлива основана на процессе, разработанном в 20-е годы прошлого века германскими исследователями Францем Фишером и Гансом Тропшом, работавшими в Институте кайзера Вильгельма. На первом этапе уголь подвергается воздействию водяного пара, в результате чего образуется так называемый синтез-газ — смесь монооксида углерода с водородом. Из синтез-газа возможно получать углеводороды или спирты. Конечные продукты зависят от применяемых катализаторов.
Рентабельность получения бензина из угля весьма сомнительна. Эта технология применялась в тех случаях, когда экономические показатели имели второстепенное значение. Во время Второй Мировой войны процесс Фишера-Тропша использовала нацистская Германия и находящаяся в ней в союзе Япония, позже — ЮАР времён апартеида. Рентабельность можно поднять за счёт государственных дотаций, но переработка угля в бензин вызывает опасения у экологов из-за значительного расхода пресной воды и выброса углекислого газа и загрязняющих веществ.
