Анализ причин и перспективы использования заменителей углеводородных топлив

Арестов О. В., Ружицкая Е. В.

АНАЛИЗ ПРИЧИН И ПЕРСПЕКТИВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЗАМЕНИТЕЛЕЙ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВ

Необходимость разработки и последующего применения альтернативных по отношению к нефтяным моторных топлив объясняется двумя основными факторами, которые непосредственно взаимосвязаны между собой.

Первый - достаточно быстрые темпы использования и, соответственно, истощение запасов нефти на Земле. За последние 20 лет мировое энергопотребление возросло на 30 %. Запасы нефти в недрах Земли ограничены, а затраты на ее добычу и транспортировку постоянно растут. Если нынешние темпы роста добычи и потребления известных запасов нефти сохранятся, то ее по оптимистичным прогнозам хватит примерно на 100 лет, а по пессимистичным - на 40-50 лет.

Мировое потребление ископаемых топлив составляет около 12 млрд. т. у. т. (условного топлива) в год. Их ежегодное потребление в Европейском союзе составляет 2,1 млрд т. у. т., из них 45 % - нефть, 25 % - газ, 16 % - уголь, 14 % - ядерное топливо. В США - 3,4 млрд т. у. т., из них 40 % -нефть, 27 % - газ, 26 % - уголь, 8 % - ядерное топливо. Энергопотребление России составляет 1,3 млрд. т. у. т., из них 6 % - ядерное топливо.

Мировая ежегодная добыча нефти составляет 3,5 млрд. тонн, из которой около 50 % расходуется на получение моторного топлива. Это объясняется быстрым ростом автопарка - в настоящее время во всем мире эксплуатируется более 700 млн. автомобилей. И это не считая мотоциклов, судов, стационарных двигателей, тракторов, самолетов, тепловозов, дорожно-строительных и других машин.

Второй фактор связан с ухудшением экологической обстановки. Выхлопные газы автомобилей оказывают наибольшее отрицательное влияние на окружающую среду. На его долю приходится 50-60 % в общем объеме вредных выбросов. Так в России объем вредных выбросов в атмосферу от транспорта достигает 35 млн. т, из них 89 % приходится на автомобили, 8 % - на железнодорожный, 2 % - на авиацию и 1 % - на водный транспорт.

Кроме всего прочего в нынешних условиях нефть становится предметом политического шантажа и экономического давления.

Исходя из вышесказанного нужны поиски заменителей топлива, имеющего нефтяную основу. Причем важно, чтобы применение заменителей, во-первых, не влекло за собой коренного изменения конструкции двигателей, их топливной аппаратуры и способов хранения бортового запаса топлива, а во-вторых, не приводило к резкому ухудшению эксплуатационных показателей транспортных средств. В этом направлении наиболее перспективно применение биотоплива.

Биотопливами (биологическими топливами) называют жидкие не нефтяные топлива, которые получают из возобновляемых, в основном растительных источников сырья. В последние годы производству этих видов топлив уделяется наибольшее внимание во многих зарубежных странах, так как они являются наиболее приемлемыми на данный момент заменителями нефти.

Наибольшее распространение получили спиртовые (биоэтанольные) и масличные (биодизельные, в дальнейшем именуемые как биодизель) виды топлива. Причем, спиртовые виды топлива известны достаточно давно, но до сих пор не нашли широкого применения. Например, ЮАР, будучи в экономической блокаде еще в 40-х годах XX века начало широкое использование спирта в качестве заменителя бензина. В Бразилии работы в этом направлении при поддержке государства ведутся с 1931 г. и к настоящему времени не менее 50 % ее автотранспорта использует спирт.

Биодизельное топливо появилось в Южной Африке перед Второй мировой войной и предназначалось для большегрузных автомобилей. В настоящее время разработкой и производством биодизелем достаточно интенсивно занимаются в странах Западной Европы и США.

Наиболее широко о биотопливах начали говорить с внедрением в практику биодизельного топлива. Это связано с тем, что на фоне все более дорогого бензина огромной популярностью стали пользоваться автомобили с дизельным двигателем (эта тенденция коснулась даже сектора очень дорогих легковых автомобилей), которые оказалось проще приспособить к новому вида горючего. При использовании биодизеля в конструкцию двигателя нет необходимости вносить какие-либо изменения, чего не скажешь о бензиновых двигателях. У последних в случае применения

биоэтанольных топлив необходимо модифицировать систему питания либо ограничиваться добавками спиртов в бензин в объеме не более 10 %.

Для выработки биодизеля могут использоваться различные масличные культуры (конопля, соя, рапс, подсолнечник и т.п.), а также отходы производства говяжьего и других животных жиров. В Европе наибольшее распространение для производства биодизеля получило рапсовое масло. Это связано с тем, что рапс достаточно легко выращивается и имеет одну из самых низких себестоимостей, что сказывается на конечной стоимости топлива.

Растительные масла могут использоваться как самостоятельное топливо, так и в сочетании с традиционными нефтепродуктами. Введение до 10 % биодизеля практически не влияет на физико-химические и эксплуатационные свойства нефтяного дизельного топлива, при большем содержании возникает необходимость в добавлении депрессорных присадок.

В странах Западной Европы, США, Китае и Японии на АЗС можно приобрести биодизель, либо смеси бензина и спиртов в различных пропорциях. Там же организовано производство автомобилей, рассчитанных на работу на топливах, содержащих более 20 % спирта.

Например, в США предложены два вида топлива для дизельных двигателей: В100 - так называемое «чистое» биодизельное топливо и В20 - нефтяное дизельное топливо, содержащее 20 % биодизеля. При использовании биодизеля топлива и его смесей с нефтяным, в отличие от биоэтанольного, не требуется реконструкция инфраструктуры (хранение, транспортные коммуникации, заправочное оборудование, автомобильные баки и т.п.). Характеристики дизельного двигателя, работающего на биодизеле и традиционном нефтяном (мощность, расход топлива, ускорение), аналогичны.

Двигатели автомобилей, работающих на биодизельном топливе, выделяют меньше сажи, оксида углерода и менее токсичны по сравнению с двигателями, использующими нефтяное топливо, эмиссия оксидов азота примерно одинакова.

Россия, в плане разработок и применения биотопливных технологий, очень сильно отстает не только от США и стран Западной Европы, но и от бывших союзных республик. В странах Прибалтики, Белоруссии, Узбекистане, Азербайджане и в Украине были приняты соответствующие государственные программы и организовано производство биотоплив. Примечательно, что крупнейшая российская нефтяная компания «Лукойл» в этих странах уже не первый год производит биотоплива. И лишь недавно на территории Российской Федерации появился первый завод «Лукойла» для получения биодизеля, вся продукция которого отправляется за рубеж.

В то время, как за рубежом за последние годы резко возросло потребление биотоплив (с 3 млн. тонн до 14 млн тонн в год), в России дальше разрешения вводить до 3 % метанола дело практически не пошло. И это не смотря на то, что многие регионы страны имеют богатый потенциал для производства жидкого топлива из возобновляемых природных источников.

Возьмем, к примеру, Дальний Восток. Здесь имеется немало лесозаготовительных и лесоперерабатывающих предприятий, в результате деятельности которых остается много отходов в виде стружки и опилок. Из них можно было бы получать метиловый спирт для последующего использования в качестве добавок к бензину.

Еще проще организовать производство биодизеля, сырьем для которого могут служить растительные и животные жиры. В качестве поставщиков сырья (использованное растительное масло), могут быть производители пищевых продуктов и пункты общественного питания. Особо следует обратить внимание на коноплю. Ее использование позволит с пользой уничтожать дикорастущие виды с последующим вытеснением посевными сортами. Для получения биодизеля можно использовать установки украинского производства. Они достаточно мобильны, т.к. могут быть размещены в контейнере размером 8000x2400x2900 мм и обеспечат, как минимум, фермерское хозяйство своим собственным топливом и снизят затраты на эксплуатацию сельхозтехники.

Последние разработки в этой области позволяют получать биотопливо и из водорослей.

России для стимулирования производства и потребления биотоплива необходимо на государственном уровне решить ряд вопросов, среди которых необходимо внести поправки в закон о госрегулировании производства и оборота спиртсодержащих продуктов, изменить Налоговый Кодекс для снятия акциза на топливный биоэтанол и ряд других.