Паливо ХХІ століття

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Харківського національного педагогічного університету імені Г.С. Сковороди

Природничий факультет

Індивідуальне навчально-дослідне завдання

з курсу «Актуальні питання хімії»

Паливо ХХІ століття

студентки 5 курсу 52 групи

Кулик Лілії Юріївни

Харків 2015

Зміст

паливо синтетичний бензин метанол этанол

Вступ

1. Паливо майбутнього - альтернатива природних копалин

1.1 Зріджені вуглеводневі гази (ЗВГ)

1.2 Синтетичний бензин

1.3 Метанол

1.4 Електромобілі

1.5 Автомобілі на паливних елементах

1.6 Етанол

2. Зріджений біометан - перспективне моторне паливо

2.1 Природний газ

3. Нові види палива майбутнього

3.1 Водорості - природне паливо

3.2 Деревне вугілля - синтетичне паливо

3.3 Синтетичний бензин з кукурудзи

3.4 Вуглеводневий газ для побутових цілей

Висновки

Список використаної літератури

Вступ

Роздуми про те, що чекає нас у майбутньому і раніше не давало спокою вченим. Сьогодні на цю тему говорять всі: від державних керівників до школярів. Глобальне потепління, танення вікових льодів, демографічні проблеми, клонування людини, сучасні і майбутні засоби зв'язку та пересування, залежність людей від енергоносіїв... І все-таки однією з найбільш популярних сьогодні тим є питання альтернативного палива.

Розвиток світового науково-технічного прогресу, зростання чисельності населення та поліпшення його добробуту привели до різкого збільшення енергоспоживання, зворотною стороною якого є виснаження вуглеводневих сировинних ресурсів. Багатьма закордонними фахівцями початок XXI ст. оцінюється як перехідний період у розвитку світової енергетичної системи. Характерними рисами цього періоду є закінчення ери дешевої нафти і різке скорочення її запасів. На думку одного з провідних західних експертів в галузі енергетики Рея Леонарда, до 2017 р. видобуток нафтового палива почне швидко скорочуватися, що вступить в протиріччя з постійно зростаючим попитом на нафту і призведе до глобальної нафтової кризи.

1. Паливо майбутнього - альтернатива природних копалин

Природні види палива в даний час є нашим основним джерелом енергії. Вуглеводні спалюють, щоб зруйнувати молекулярні зв'язки і звільнити їх енергію. Високий рівень споживання викопних видів палива призводить до значного забруднення природного середовища, коли вони спалюються.

Ми живемо в 21 столітті, цей час нових технологій, і багато вчених вважають, що настав час для створення альтернативного палива майбутнього, яке здатне замінити традиційне паливо і ліквідувати нашу залежність від нього. За останні 150 років, використання вуглеводнів збільшило кількість вуглекислого газу в атмосфері на 25%. Спалювання вуглеводнів призводить і до інших видів забруднення, таким як кислотні дощі і забруднення повітря і т.д. Цей тип забруднення не тільки завдає шкоди довкіллю, здоров'ю тварин і людей, але, крім того, призводить до війн, так як викопні види палива не є відновлюваними ресурсами і, в кінцевому рахунку, закінчаться. На даний момент важливо знайти нові рішення і встановити альтернативні джерела палива для майбутнього.

На відміну від розвинених зарубіжних країн, в Україні до цих пір не існує концепції виробництва та використання альтернативних видів моторного палива, що значною мірою ускладнює вирішення завдань розвитку вітчизняного моторобудування та екологізації автотранспорту. Першим кроком у вирішенні цієї проблеми є огляд усіх можливих видів альтернативного палива та аналіз перспективності їх використання в умовах країни.

1.1 Зріджені вуглеводневі гази (ЗВГ)

В широкому побуті під ЗВГ розуміють бутан-пропанову суміш. ЗВГ є найбільш високоякісним продуктом переробки нафти і нафтового супутного газу (ПНГ). Як моторне паливо ЗВГ володіють важливою перевагою перед іншими видами газового моторного палива (наприклад, природного газу, біогазу і т.д.): бутан-пропанова суміш при нормальній температурі і тиску в 1.6 МПа переходить у рідкий стан. Слід відзначити і більш низьку собівартість виробництва цього палива в порівнянні з бензинами. Саме тому у світі на цьому виді альтернативного палива працює найбільша кількість автомобілів - 3.5 млн.одиниць.

При розгляді перспектив застосування ЗВГ в якості моторного палива слід мати на увазі, що ці гази є хімічною сировиною для виробництва цілого ряду важливих продуктів. Таким чином, ресурси ЗВГ, які можуть бути виділені для використання в якості моторного палива, обмежені. У строгому сенсі цей вид моторного палива не є альтернативним, оскільки видобуток вихідної сировини - супутного нафтового газу - пов'язаний з видобутком нафти. Якщо її запаси вичерпаються, то дешевого бутан-пропану вже не буде. Витрати на видобуток попутного нафтового газу в 6-8 разів вище, ніж на видобуток природного газу - і вже в найближчі 10-15 років використання ЗВГ як альтернативного моторного палива стане не перспективним.

1.2 Синтетичний бензин

Сировиною для виробництва синтетичного (не нафтового) бензину може бути вугілля, природний газ та інші речовини. Найбільш перспективним вважається синтезування бензину з природного газу. При цьому природний газ окислюється у присутності каталізатора в синтез-газ, що містить СО₂. Моторне паливо з синтез-газу виробляється або з використанням процесу Фішера-Тропша, або з допомогою так званого Мобілпроцесса через проміжне отримання метанолу. З 1 м³ синтез-газу отримують 120-180 г синтетичного бензину. Проте в даний час синтетичне паливо з природного газу в 1.8-3.7 рази дорожче нафтових. Враховуючи важкий фінансовий стан нашої країни і високу вартість створення виробництва синтетичного бензину, в найближчі 20-30 років даний вид моторного палива навряд чи буде широко використовуватися в нашій країні.

1.3 Метанол

Метанол, як моторне паливо, має високе октанове число і низьку пожежну небезпеку. Його можна змішувати з бензином і використовувати як основу для ефірної добавки - метилтретбутилового ефіру (МТБЕ). У 1998 р. в США вироблено близько 12.5 млрд. літрів МТБЕ. Бензин з МТБЕ становить приблизно 30% від усього обсягу продажів бензину в США. В даний час МТБЕ заміщає у США більшу кількість бензину та сирої нафти, ніж всі інші альтернативні види палива, разом взяті.

1.4 Електромобілі

Інтерес до електромобілю, що працює на електриці від акумуляторних батарей, викликаний перш за все розвитком технологій зберігання енергії, які дозволили збільшити термін роботи батарей між підзарядками і скоротити час самої підзарядки, збільшити термін життя акумуляторів і знизити їх вартість. Поки джерелом енергії в електромобілі служать в основному свинцево-кислотні батареї як найменш дорогі. Стандартний комплект свинцево-кислотних акумуляторів для електромобіля середньої маси коштує близько 3000 дол. і дає можливість пробігу 150 км без підзарядки. Існують і більш розвинені технології зберігання енергії, що дозволяють збільшити термін роботи батарей, але вони поки що надто дорогі. У цілому, як і раніше, ціна електромобілів значно перевищує ціну бензинового аналога. В Україні роботи зі створення сучасних електромобілів практично не ведуться.

1.5 Автомобілі на паливних елементах

Паливні елементи - це пристрої, що генерують електроенергію безпосередньо на борту транспортного засобу за рахунок процесу, зворотного електролізу. Як палива, що містять водень, як правило, використовується або стиснений водень, або метанол. У цьому напрямку працюють досить багато зарубіжних автомобільних фірм, і якщо їм у результаті вдасться наблизити вартість автомобілів на паливних елементах до вартості бензинових, то це стане реальною альтернативою традиційним видам нафтового палива в країнах, що імпортують нафту. В даний час вартість закордонного експериментального легкового автомобіля з паливними елементами складає від 100 тис. до 1 млн. дол. Для України, яка характеризується низьким рівнем добробуту основної частини населення, в найближчі 30 років цей напрямок в автомобілебудуванні є не актуальними.

1.6 Етанол

Етанол, (спирт питної), володіючи високим октановим числом і енергетичною цінністю, є високоякісним моторним паливом. Наприклад, Бразилія щодня з 70-х по 90-ті минулого століття заміняла етанолом до 250000 барелів нафти, що імпортується. У 90-х рр. в Бразилії чистий етанол в якості моторного палива використали більше 7 млн. автомашин, ще 9 млн. машин - його суміш з бензином. У цій країні створена заправна мережа з 25 тис. етанолових заправок. Однак в останні роки намітився спад у використанні етанолу як моторного палива.

2. Зріджений біометан - перспективне моторне паливо

Біогаз є суміш метану і вуглекислого газу і є продуктом метанового бродіння органічних речовин рослинного і тваринного походження. Він відноситься до палив, які добувають з місцевої сировини. Хоча потенційних джерел для виробництва моторних палив з місцевої сировини досить багато, на практиці коло їх звужується внаслідок географічних, кліматичних, економічних та інших факторів. Особливо це актуально для Росії, дві третини території якої розташоване в зоні помірного холодного клімату, а фінансово-економічний стан залишає бажати кращого. Але тим не менш, з усіх видів моторного палива, одержуваного з місцевої сировини, тільки біогаз, з точки зору промислового виробництва і застосування в двигунах транспортних засобів, становить серйозний практичний інтерес для Россії та України.

2.1 Природний газ

В даний час в світі налічується більше мільйона транспортних засобів, які використовують природний газ як моторне паливо. Аналіз результатів досліджень токсичності газобалонних автомобілів, проведених за кордоном, показує, що при заміні бензину на природний газ викид токсичних складових (г / км) у навколишнє середовище знижується, в середньому, по оксиду вуглецю в 8 разів, вуглеводнів - в 3 рази, оксиду азоту - в 2 рази, ПАУ - у 10 разів, димності - у 9 разів.

Унікальні фізико-хімічні властивості природного газу (ПГ), значні природні запаси, розвинена мережа його доставки від родовищ в багато регіонів країни по магістральних газопроводах та екологічні переваги в порівнянні з традиційними видами палива дозволяють розглядати ПГ як найбільш перспективний і універсальне моторне паливо України в XXI в.

Використання природного газу як моторного палива - інтенсивно розвиваючий напрям, який вже найближчим часом перетвориться на самостійну високорентабельну підгалузь газової промисловості. Є всі передумови до того, щоб через 7-10 років річні обсяги використання ПГ на автотранспорті досягли 5-6 млрд. м3, а в більш віддаленій перспективі - 20р - 25 млрд. м3.

3. Нові види палива майбутнього

3.1 Водорості - природне паливо

Увагу американських вчених привернули швидкозростаючі бурі водорості. Морські насадження пропонується переробляти в газоподібний метан за допомогою бактерій. Також можливе отримання нафтоподібних речовин шляхом нагрівання. За розрахунками, природна ферма в океані площею насаджень 40 тис. га зможе в майбутньому забезпечувати енергією місто з населенням 50 тис. чоловік. Вчені з Франції пропонують використовувати в якості альтернативного палива одноклітинні водорості. Виявляється, ці мікроскопічні організми виділяють вуглеводні в процесі своєї життєдіяльності. Вирощуючи водорості в спеціальних ємностях і забезпечуючи їх вуглекислим газом і мінеральними солями, можна регулярно "збирати врожай вуглеводнів" і отримувати природне паливо.

Природні "бензоколонки АЗС" виявлені і в тропіках Південної Америки, на Філіппінах. Деякі види ліан і тропічних дерев містять природне паливо - "солярку", яку навіть не треба піддавати перегонці. Альтернативне паливо з ліан прекрасно горить в автомобільних моторах, даючи менш токсичний вихлоп, ніж бензин. Підходить для виробництва палива і пальмова олія, з якого порівняно легко можна одержувати "солярку".

3.2 Деревне вугілля - синтетичне паливо

Але поки це все в галузі наукової фантастики. Більш реальний проект отримання синтетичного палива з деревного вугілля. Досить простий метод розроблений вченими США. Вугілля подрібнюється, обробляється розчинником, і в отриману суміш додається водень. З тонни вугілля виходить майже 650 л синтетичного палива, з якої можна виробляти синтетичний бензин.

Вчені США всерйоз зайнялися підземної газифікацією вугільних пластів. Методом піролізу з нього отримують 40% метанового газу, 45% коксу і 3% рідкого палива. Фахівцями розроблено зовсім несподіваний спосіб отримання палива майбутнього... зі сміття. З відходів життєдіяльності людини попередньо витягають магнітні і немагнітні метали, які вподальшому відправляють на переплавку. Нова технологія переробки відходів скла дозволяє одержати з осколків скло більш дешеве і більш високої якості, ніж вихідна сировина. Залишки сміття переробляються в кокс, метановий газ та рідке паливо. "Сміттєві" нафтопродукти випробовували на досвідчених установках - горять прекрасно. З тонни сміття таким способом "добувають" від 6 до 20 доларів. У 1976-1977 рр. в Сан-Дієго став до ладу спеціальний завод для переробки сміття.

3.3 Синтетичний бензин з кукурудзи

Французький інженер А. Ротлисберже отримав альтернативний бензин із сухих стебел кукурудзи. Автор стверджує, що нове паливо майбутнього з октановим числом 98 цілком можна добувати з соломи, тирси, гички овочів та інших відходів, що містять целюлозні волокна. Під натиском урядових структур винахідник засекретив технологію синтезу нового палива, але відомо, що якість нового бензину в чому залежить від складних стабілізуючих добавок, що вводяться в спирти і ізопропініловие ефіри, одержувані з целюлози. Нове альтернативне паливо не детонує, згоряє без диму і запахів. Його можна змішувати в будь-яких пропорціях зі звичайним бензином. При цьому в майбутньому, конструктивних змін у двигунах не потрібно. Франція має намір з часом довести виробництво нового бензину до 20 млн.т на рік.

Ще один винахідник штучного бензину живе у Швейцарії. Вихідним матеріалом служить тріска, кукурудзяна лушпиння, поліетиленові пакети. Та ось біда, "бензин майбутнього" пахне самогоном. Винахідникові доводиться платити 8% податку як за виготовлення алкогольних напоїв. Тим не менш 1 л штучного "бензину майбутнього" коштує в 2 рази дешевше сьогодення, а автомобіль працює справно, як новий.

3.4 Вуглеводневий газ для побутових цілей

Розробки винахідників не обмежуються тільки штучним бензином, пропонуються оригінальні методи отримання вуглеводневого газу для побутових цілей. Один з яких розроблений в Німеччині. В якості нового джерела альтернативної енергії майбутнього виступає звалище сміття в приміському містечку Шверборн. При заповненні звалища під нею заклали мережу газових колодязів і трубопроводів. Виявляється, 1 кг сміття дає до 200 л газу, з якого 100 літрів - метан. Поки на звалищі "добувають" в годину 40 м³ газу.

Нове паливо опалює виробничі приміщення. Планується спорудження теплоцентралі на альтернативному паливі для опалення селища. За розрахунками, витрати на отримання альтернативного палива окупляться за 3,5 роки.

Другий спосіб ще більш несподіваний. З пропозицією виступили влади м Оттапалам в штаті Керала (Індія). Рецепт нового палива наступний:

Колодязь заповнюється коров'ячим гноєм і герметично закривається. Утворений при бродінні газ по приєднаним трубах відводиться до газових плит в будинках. Така біогазова установка повністю задовольняє потребу сім'ї в біоенергії для домашнього користування. Сьогодні в Індії розроблені і застосовуються 53 моделі біогазових систем. Ними ефективно користуються близько 3,5 млн. Сімей. Уряд країни активно підтримує поширення біогазових установок. Вже зараз за рахунок цього заощаджується близько 1,2 млрд. рупій на рік.

Висновки

При оцінці перспективності того або іншого виду моторного палива за кордоном обов'язково беруть до уваги і екологічну компоненту. Іншими словами, у вартість палива включають не тільки ринкову складову, але і «зовнішню», еквівалентну розміру компенсації шкоди, завданої здоров'ю населення і навколишнього середовища. Це дозволяє враховувати ті витрати і втрати, які заповнюються товариством за рахунок платників податків (витрати на медицину, реновацію об'єктів, втрати робочого часу і т.д.). На жаль, у Росії такі розрахунки до уваги поки не приймаються, але після введення закону «Про екологізації автотранспорту» екологічний компонент у вартості палива буде присутній. З урахуванням «зовнішньої» складової істотно змінюється співвідношення народногосподарської та соціальної вартості різних видів палива. Досвід показує, що при обліку соціальної «зовнішньої» вартості заміна нафтового палива на альтернативне істотно скорочує термін затрат.

В даний час серед безлічі різних варіантів альтернативних видів палива найбільш високі шанси вступити в конкуренцію з нафтовими видами палива в Україні має природний газ.

Список використаної літератури

1. Альтернативное томливо будущого. [Електронний ресурс].- режим доступу: http://sbk.ltd.ua/ru/texnicheskaya-dokumentacziya/104-alternativnoe-toplivo-budushhego-novoe-sinteticheskoe-i-prirodnoe-toplivo.html.

2. Промислова екологія. [Електронний ресурс]. - режим доступу: http://www.eco.com.ua/content/derevina-palivo-maybutnogo.

3. Топливо будущого. [Електронний ресурс]. - режим доступу: http://salon.demoi.ru/toplivo-budushhego-alternativnye-istochniki-energii/toplivo-budushhego.html.

Размещено на Allbest.ru