Современная жизнь невозможна без использования двигателей внутреннего сгорания. Человек использует такие двигатели в профессиональной деятельности и быту. К сожалению, они несут с собой не только благо. Выхлопы двигателей 700 млн. автомобилей, десятков тысяч судов, самолетов, тепловозов и всевозможных стационарных установок дают 40% глобального загрязнения атмосферы вредными веществами
В России в 1998 году выбросы загрязняющих веществ в атмосферу всеми транспортными средствами составили 13,2 млн. тонн, в том числе автомобильным транспортом более 11,8 млн. т. По оценке экологов, основная масса (80 процентов) вредных веществ выбрасывается автотранспортом на территории населенных пунктов. Более чем в 180 городах уровни загрязнения атмосферного воздуха (от всех источников) превышают предельно допустимые концентрации. В последние годы максимальные разовые концентрации превышали 10 ПДК в 66 городах. В 89 городах уровень загрязнения воздуха характеризуется как высокий и очень высокий.
Парк автомобилей Российской Федерации по состоянию на 1 января 1999 года составил 24,5 млн. единиц. В том числе 18,8 млн. легковых автомобилей, 4,4 млн. грузовиков, около 7000 тысяч специальных машин и более 620 тысяч автобусов.
В целом специалисты отмечают низкий уровень экологических характеристик автомобильного парка России. Подавляющая часть автомобилей сертифицирована на соответствие требованиям Правил ЕЭК ООН, действовавшим в Европе до 1992 года. Средний возраст автомобильного парка России превышает 10 лет. До 10 процентов автомобилей имеют возраст более 20 лет и вообще не проходили экологической сертификации. Массовое поступление на отечественный рынок легковых автомобилей, соответствующих требованиям Евро-1, и грузовых автомобилей, соответствующих требованиям Евро-2, можно ожидать не ранее 2002 года.
Использование каталитических нейтрализаторов имеет очень ограниченный характер и не может обеспечить быстрого повышения экологических характеристик автотранспортных средств. Основные причины этого заключаются в следующем: не разработана правовая база контроля; отсутствуют нормативные требования к таким автомобилям; нет современных приборов контроля, а главное - не решена проблема повсеместного гарантированного обеспечения автотранспорта неэтилированным бензином.
ЕС решил перевести 10% автотранспорта на биотопливо к 2020 году.Евросоюз поставил задачу к 2020 году перевести 10% своих автомобилей на биологическое топливо. Такое решение одобрили на встрече в Брюсселе министры энергетики 27 стран ЕС. «К 2020 году как минимум 10% автомобильного горючего, потребляемого в каждой стране Евросоюза, должно стать топливо биологического происхождения», - говорится в резолюции Совета ЕС по энергетике и транспорту. Речь идет о таких видах горючего как спирты и производимый из биомассы метан. В резолюции подчеркивается необходимость принять общеевропейские меры, чтобы повысить эффективность технологий производства этого топлива и улучшить его коммерческие возможности. В настоящее время, производимое в Европе биотопливо в среднем на 15-20 дороже традиционного.
Кроме этого, министры также призвали к 2020 году довести долю возобновляемых источников энергии в общеевропейском энергопотреблении до 20%, тогда как сегодня оно составляет 7%. Однако эта договоренность не носит обязательного характера. Против введения жесткой обязательной для всех стран ЕС нормы использования возобновляемых источников энергии высказались Великобритания, Франция и Финляндия. Между тем правительство Великобритании уже в 2005 году объявило о намерениях ввести новые правила, согласно которым с 2010 года продаваемые в стране бензин и дизельное топливо должны будут на 5% состоять из растений - биотоплива. В настоящее время биотопливо составляет 2% от общего объема продаваемого в Великобритании горючего. В бензин добавляется этанол, изготовленный из бразильского сахарного тростника, а в дизельное топливо добавляется рапсовое и переработанное растительное масла. Такая топливная смесь, включающая в себя 5% биотоплива, может использоваться во всех автомобилях, для этого им не требуется модификация. Некоторые модели автомобилей, в том числе Saab 9-5 и Ford Focus, приспособлены для использования топливной смеси, в которой содержится 80% биотоплива.
Биодизель - это топливо, полученное из растительного масла посредством его химического превращения так называемым процессом переэтерификации. В Европе оно изготавливается из подсолнечного и рапсового масла, в Соединенных Штатах - из соевого или из разновидности рапсового масла. Происходит химическая реакция масла с алкоголем, в основном с метиловым спиртом, для уменьшения вязкости и очищения масла. Этот химический процесс позволяет получить однородный, устойчивый и качественный продукт: EMVH (Метиловый сложный эфир растительных масел), свойства его близки к дизельным маслам. Преимущества биодизеля:
- 1. Биодизель - это источник возобновляемой энергии, решение будущего, приходящее на смену использования нефти
- 2. Использование биодизеля не требует изменения кинематической цепи, только в зависимости от модели, давности автомобиля - устанавливается топливный фильтр.
- 3. Биодизель позволяет предотращать потепление на нашей планете, вызванной повышенным содержанием углекислого газа и серы в атмосфере: в отличие от горючих двигателей, он не увеличивает процент содержания CO2 в атмосфере. Действительно в течение жизненного цикла растение должно поглащать количество углекислого газа эквивалентное количеству выбросов в процессе работы двигателя.
- 4. Биодизель уже достаточно часто добавляется в дизельное топливо, продаваемое на бензозаправках Европы, но его содержание пока не высоко и отличается в разных странах. Например, во Франции его процент составляет около 1.5%. Возможно также и другое соотношение в зависимости от пожеланий.
- 5. Не токсичный и полностью разлагаемый в природе, он соответствует Европейской норме EN 14214.
Главный претендент на звание, «топлива будущего» - водород , запасы которого практически не ограничены, в двигателе, а процесс сжигания в двигателе характеризуется высоким энергетическим и экологическим совершенством. Для получения водорода могут быть использованы различные термохимические, биохимические, или электрохимические способы с использованием экологически чистой энергии Солнца. В нашей стране и за рубежом уже созданы экспериментальные автомобили, использующие водород в жидком виде, или в составе твердого металлогидратов, в качестве основного топлива или в смеси с бензином.
Преимущества водорода как автомобильного топлива несомненны. Его теплотворная, способность в три раза выше, чем у бензина, а продукты сгорания содержат безобидный компонент - водяной пар. Более полувека назад профессор А. Орлин из Московского высшего технического училища впервые создал и запустил карбюраторный двигатель на водороде.
Сейчас производственная потребность водорода, необходимого для производства аммиака, метилового спирта и пластмасс, очень невелика.
Использование водорода в качестве топлива для двигателей потребует значительного увеличения его производства. Это одно из главных препятствий на пути широкого применения водорода в качестве двигательного топлива.
Исключением может стать только электрический автомобильный двигатель. Работы по его созданию ведут крупнейшие автомобилестроительные фирмы мира, прежде всего Япония
Источником тока в электромобилях пока являются свинцовые аккумуляторы. Без подзарядки такие автомобили обеспечивают пробег до 50-60 км (максимальная скорость 70 км/ч, грузоподъемностью 500 кг), что позволяет использовать их в качестве такси или для технологических перевозок мелких партий грузов внутри города, Серийное производство и использование электромобилей потребует созданию станций зарядки аккумуляторов, отвечающих всем необходимым технико-экономическим требованиям.
Специалисты полагают, что наиболее энергосберегающим и высокоэффективным источником энергии для электромобилей являются батареи топливных элементов. У таких элементов много достоинств, прежде всего высокий КПД, достигающий в реальных установках 60-70%; их не надо заряжать, как аккумуляторы, достаточно пополнять запасы реагентов. Наиболее перспективен водородно-воздушный электрохимический генератор (ЭХГ), в котором продуктом реакции при выработке электрической энергии является химически чистая вода. Главный недостаток ЭХГ на сегодняшний день - высокая стоимость.
Апельсиновые рощи Валенсии могут скоро стать поставщиком топлива для испанских машин. Новая технология позволит делать биотопливо из фруктовой кожуры. Автомобили, заправленные цитрусами, не будут загрязнять окружающую среду.
Человечество слишком медленно, но все же подходит к пониманию того, что необходимо поставить материальное потребление на подобающее ему место среди других источников личного удостоверения, таких не материальных ценностей, как семья, дружба, общение с другими людьми, развитие собственной личности; что следует, наконец, жить в соответствии с возможностями Земли.
От решения именно этой задачи в первую очередь зависит, сохраним ли мы биосферу Земли.
Было бы хорошо, если бы люди привыкли ходить пешком и ездить на велосипедах. По моему мнению, общественный транспорт должен быть таким, чтобы людям хотелось пользоваться чаще им, а не собственными машинами. Ведь увеличение транспорта наносит огромнейший вред бесценному здоровью людей и окружающей среде. Хотелось бы измененить некоторые маршруты грузовых автомобилей, чтобы немного улучшить экологическую обстановку. Выхлопные газы автомобилей - это настоящее бедствие. Так давайте же беречь и охранять нашу планету, как самое дорогое, что у нас есть, - жизнь!
газ отработанный окружающий бензин
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 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.
Тема урока: Экологическая характеристика видов топлива.Цель: Сформировать понятие об экологической характеристике видов топлива.
Задачи: Образовательная- сформировать понятия о видах топлива, создать условия для анализирования преимуществ и недостатков различных альтернативных видов автомобильных топлив ;
Развивающая- развивать умения самостоятельно решать поставленные задачи, познавательный интерес, умение обобщать, анализировать, сравнивать, формировать ключевые компетенции ;
Воспитательная- формирование мотивов, потребностей и привычек экологически целесообразного поведения и деятельности; воспитание активности, увлеченности, целеустремленности, настойчивости, наблюдательности, волевых качеств, интуиции, сообразительности, самостоятельности.
Оборудование, наглядные пособия: презентация
Тип занятия: урок изучения нового материала
Методы занятия: словесный, наглядный, практический.
Ожидаемый результат: знание экологической характеристики видов топлива.
Ход занятия:
1.Организационно- психологический настрой
2.Актуализация знаний и умений:
Разминка:
Взаимовыгодное сожительство организмов Симбиоз .
Наука, изучающая взаимосвязи живых организмов между собой и окружающей средой Экология.
Организм, часто являющийся первым звеном в цепи питания Растение.
Воздушная оболочка Земли Атмосфера.
Группа особей одного вида, длительно обитающая на определенной территории, относительно обособленно от представителей этого же вида Популяция.
Сообщество живых организмов Биоценоз.
Организм, нападающий, убивающий и поедающий свою жертву Хищник.
Листья сосны. Хвоя
Искусственное насаждение вдоль дорог. Лесополоса
Сосновый лес. (Бор)
Плод дуба. (Желудь)
«Плач» березы весной. (Сокодвижение)
Защитный экран Земли. (Озоновый слой)
Токсичный туман. (Смог)
Совокупность условий, в которых живет организм. (Среда обитания)
Дубовый лес. (Дубрава)
Ядовитый металл, содержащийся в выхлопных газах автомобильного транспорта. (Свинец)
Дополнительные вопросы:
Отличие агроценоза от биоценоза
Что такое экосистема?
Что изучает аутэкология?
Способна ли атмосфера к самоочищению? Каким образом?
Законодательная база охраны ОС в РК
Составить цепи питания:
Цапля, лягушка, комар (Комар – лягушка – цапля)
Рыба, водоросли, медведь (Водоросли – рыба – медведь)
Пшеница – мышь полевка – сова (пшеница – мышь полевка – сова)
Заяц- трава-лиса (Трава – заяц – лиса) слайд 1
7.Распределить: сова, куница , лягушка, паук, прыткая ящерица , лягушка, бабочка, зеленые плоды, цветковые, кора, бактерии, листья и семена, грибы. слайд 2
Продуценты-
Консументы-
Редуценты-
3.Формирование новых знаний и умений:
Вопросы:
Какие компоненты содержаться в автомобильных выхлопных газах?
(Смесь примерно 200 веществ. В них содержатся углеводороды–не сгоревшие или не полностью сгоревшие компоненты топлива)
На каком виде топлива работает подавляющее большинство современных автомобилей? ( автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти) .
3.В чем причина поиска замены традиционного топлива на альтернативные? ( резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу, привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу)
4.Что такое цетановое число дизеля?
Цетановое число - характеристика воспламеняемости дизельного топлива, определяющая период задержки воспламенения смеси (промежуток времени от впрыска топлива в цилиндр до начала его горения).
5.Чем ниже содержание в топливе «вредных» ароматических углеводородов, тем цетановое число будет больше или меньше ( больше /выше ).
(цель, тема)
Человек успел за короткий срок сделать условия жизни на Земле невыносимыми. И только от него зависит, станет ли на Земле, лучше или хуже. Серьезную проблему представляет выброс в воздух загрязняющих веществ автотранспортом.
В последние годы в связи с ростом плотности движения автомобилей в городах резко увеличилось загрязнение атмосферы продуктами сгорания двигателей. При горении углеводородного топлива происходит образование токсичных веществ, связанное с условиями горения, составом и состоянием смеси.
Подавляющее большинство автомобилей до сих пор - это автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти.
Сейчас за один день нефти сжигается столько, сколько природа с помощью солнечной энергии способна выработать за тысячу лет. По прогнозам ученых запасов нефти в мире осталось немного. Сложившаяся ситуация не является тайной. Научно-исследовательские организации многих стран мира ищут адекватную замену топливу, получаемому при переработке нефти. Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Однако резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу (особенно остро эта проблема стоит в крупных городах) привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу
Задание: Расшифруйте А-95.
Задача достаточно сложна, и единого решения до сих пор нет, хотя автомобили, работающие на альтернативных видах топлива, производили и успешно эксплуатировали не только в нынешнем веке, но и в XX, и даже в XIX веке. Первая в мире газовая самобеглая повозка «Гиппомобиль» была создана Жаном-Этьеном Ленуаром еще в 1862. В нашей стране в 1930-х годах выпускали газогенераторные автомобили, которые «топили»... березовыми чурками, торфом или углем. Дрова термически разлагались при относительно низкой температуре, превращаясь в газ, который сгорал в цилиндрах двигателя. Широко известная немецкая авиакомпания «Дейче Эрбас» разрабатывает первый в мире аэробус, летающий на жидком водороде.
Задание: Заполнить таблицу « Сравнительные показатели различных видов топлив »
вид
Достоинства
Недостатки
газообразное
Более полное сгорание благодаря более качественному образованию смеси в цилиндрах,
Низкая токсичность продуктов сгорания,
Низкая стоимость и транспортировки газа
Низкий уровень шумового загрязнения атмосферы,
Невозможность хищения топлива обслуживающим персоналом,
Низкая стоимость переоборудования автомобиля.
высокая токсичность самого топлива
высокая взрывоопасность баллонов с газом при ДТП,
Электроэнергия
Экологическая безопасность (отсутствие выхлопных газов)
Простота конструкции
– низкая стоимость заправки
– низкий уровень шумового загрязнения
– лёгкость в управлении, надёжность
– эксплуатация электромобиля обходится дешевле, чем традиционной
– малый запас хода
– длительное время зарядки,
– проблема утилизации аккумуляторов
– отсутствие заряжающих станций
– большинство электростанций – тепловые, сжигающие топливо для получение электроэнергии, вредные компоненты.
Биотопливо
– имеет неограниченные запасы сырья (возобновляемость ресурса)
– меньшее количество вредных веществ в отработавших газах
– высокие смазочные характеристики, что продлевает срок жизни двигателя
– высокое цетановое число
Высокая температура воспламенения
Низкая стоимость
– большая вязкость биодизеля, что вызывает необходимость подогревать топливо при низких температурах для обеспечения приемлемой текучести,
Малый срок хранения – около 3х месяцев.
Спирт
– нейтрален как источник парниковых газов
– низкая стоимость
– повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, это приводит к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации,
– низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность
Водород
– сгорает полнее
– высокая удельная теплота сгорания,
– отсутствие токсичных выхлопов
– можно получать буквально из всего: из природного газа, океанской воды, биомассы, воздуха
– обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси
– несовершенные технологии хранения водорода
– высокая себестоимость водорода,
– сложный процесс получения водорода в промышленных масштабах, в процессе которого выделяется все тот же СО,
– высокая стоимость водородной силовой установки и сложность ее обслуживания,
– взрывоопасность водородно-воздушной смеси – отсутствие развитой структуры водородных заправочных станций.
Просмотр видео
Основная причина загрязнения воздуха заключается в неполном и неравномерном сгорании топлива. Всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% "летит на ветер". К тому же камера сгорания автомобильного двигателя-это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже не винный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые оксиды азота.
Основными токсичными веществами, загрязняющими атмосферу, в отработанных газах двигателей с воспламенением от искры являются: оксид углерода, оксиды азота и углеводороды. Особое место занимают канцерогенные вещества, основным представителем которых в отработанных газах является бенз(а)пирен.
Вследствие глобального загрязнения окружающей среды свинцом, он стал вездесущим компонентом любой растительной и животной пищи и кормов. Растительные продукты в целом содержат больше свинца, чем животные.
Причина летнего листопада - высокое содержание свинца в воздухе. Но, концентрируя свинец, деревья тем самым очищают воздух. В течение вегетативного периода одно дерево обезвреживает соединения свинца, содержащиеся в 130 л бензина. Наименее восприимчивым к свинцу является клен, а наиболее восприимчивы орешник и ель.
Сторона деревьев, обращенная к автомобильным магистралям, на 30 – 60% «металличнее». Хвоя ели и сосны обладает свойствами хорошего фильтра по отношению к свинцу. Она его накапливает и не обменивает с окружающей средой. Растительность суши вовлекает в биологический круговорот ежедневно 70 – 80 тыс. т. свинца
Чтобы автомобиль с полным основанием можно было назвать экологически чистым, должно быть экологически чистым топливо. И газ отвечает этому требованию. Применение газа заметно снижает по сравнению с бензином суммарную токсичность отработавших газов. Более чем втрое уменьшается количество токсичной окиси углерода СО (угарный газ), в 1,6 раза - содержание канцерогенных углеводородов СН, состоящих из частиц несгоревшего топлива. Концентрация окиси азота NO и двуокиси NO2 образующихся в процессе горения смеси кислорода и азота (безвредный азот, попадая в камеру сгорания из атмосферы, превращается в ядовитое соединение - оксиды азота), при работе двигателя на газе снижается в 1,2 раза. Соединения же свинца и различные ароматические полимеры,содержащиеся в бензине и также являющиеся опасными канцерогенами, в газовом топливе совершенно отсутствуют.Дымность выхлопа при работе на газовом топливе втрое ниже, чем при работе на бензине.
Исследования опровергли устоявшееся мнение, что использование газа вместо бензина - вынужденная мера. Газовое топливо сгорает полнее, поэтому концентрация окиси углерода в выхлопе газового двигателя в несколько раз меньше. Автомобиль на бензине выбрасывает в атмосферу сернистый газ, который образуется от сгорания сернистых компонентов топлива, и тетраэтилсвинец. В природном газе серы, как правило, нет, а поэтому в выхлопах газового двигателя нет ни сернистого газа, ни соединений свинца. В отработанных газах бензинового двигателя из-за неполного сгорания топлива содержится и окись углерода (СО) - токсичное для человека вещество. И газовые, и бензиновые автомобили выбрасывают в атмосферу одинаковое количество углеводородов.Для здоровья человека опасны не сами углеводороды, а продукты их окисления.
Двигатель, работающий на бензине, выбрасывает сравнительно легко окисляющиеся вещества - этил и этилен, а газовый двигатель - метан, который из всех предельных углеводородов наиболее устойчив к окислению. Поэтому углеводородный выброс газового автомобиля менее опасен. Газ как моторное топливо не только не уступает бензину, но и превосходит его по своим свойствам, которые на химическом уровне разрушают детали камеры сгорания, каталитический нейтрализатор и лямбда зонд.
Вопрос: Какими же свойствами должно обладать идеальное топливо?
4.Закрепление изученного материала
Вопросы
Вид топлива используется в автомобилях. Дешевое, экологически чистое, по многим свойствам превосходите бензин, его использование не требует изменения конструкции автомобиля.
Вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.
Итальянский физик, химик и физиолог; открыл метан при исследовании болотного газа. Его именем названа единица измерения электрического напряжения.
Сжатый природный газ (без цвета и запаха) является основным компонентом природного газа. Взрывоопасный, часто называют «болотным». Имеет высокую детонационную стойкость - его октановое число более 100 ед. При сгорании он практически не оставляет вредных продуктов.
Природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых др. органических соединений. Используется для получения из неё технически ценных продуктов, главным образом моторных топлив, растворителей, сырья для химической промышленности, её подвергают переработке.
Экологически чистое топливо, продуктом его сгорания является вода. Выделяет больше тепла, чем любой вид традиционного ископаемого топлива.
Спирт, может быть получен путем ферментации биомассы, содержащей крахмал, сахар либо целлюлозу. Используется как топливо, ДВС в чистом виде, в качестве растворителя и как наполнитель в спиртовых термометрах.
Масличная культура используется в качестве корма скоту, хорошее зеленое удобрение, великолепный медонос; масло этой культуры используется в кулинарии, в металлургии для закалки стали, как сырье для производства эластичных материалов и в производстве биотоплива.
Альтернативный источник энергии для автомобилей. Автомобили, работающие на этом источнике появились существенно раньше работающих на бензине, были широко распространены в конце 19 - начале 20 в. Они не шумящие и не дымящие, в отличие от бензиновых или паровых машин, пользовались популярностью у аристократии.
Органическое соединение, являющееся производным углеводородов и содержащее в молекуле одну или несколько OH (гидроксильных) групп. Образуется при брожении сахаристых веществ, при окислении предельных углеводородов. В последнее время его роль растет, как топлива в двигателях внутреннего сгорания.
Вид топлива подходит под критерий доступность и низкая токсичность. На автотранспорте в настоящее время не используется.
Важнейшее свойство дизельного топлива, оценивается цетановым числом. По её показателю можно судить о количественном составе вредных компонентов СО и СН в выработанных газах дизеля.
Высококачественное полноценное топливо для автомобильных двигателей. Охлажденный до -160 °С природный газ. Его основные компоненты - пропан и бутан.
Горючая смесь лёгких углеводородов, предназначена для применения в качестве топлива для карбюраторных и инжекторных двигателей, а также при производстве парафина, чистке тканей. Получают путем разгонки и отбора фракций нефти.
Ответы
1
а
2
л
3
ь
4
т
5
е
6
р
7
н
8
а
9
т
10
и
11
в
12
н
13
ы
14
е
5.Домашнее задание дополнительный материал, привести примеры различных автомобилей, работающих на экологических видах топлива.
6.Итог урока (рефлексия, выставление оценок)
I вариант
1. Основным видом топлива до конца XIX в. были:
а) нефть б) уголь в) торф г) дрова
2. Главная нефтяная база страны на сегодня:
а) Западная Сибирь в) Бакинская
б) Волго-Уральская г) Печорская
3. Какой угольный бассейн в России дает самый дешевый по себестоимости уголь?
а) Кузнецкий в) Канско-Ачинский
б) Южно-Якутский г) Подмосковный
4. Какая из следующих особенностей ТЭК характерна для России:
а) топливные ресурсы сосредоточены на западе, а основной потребитель на востоке страны
б) большая часть природного газа добывается в Черноземье;
в) трубопроводы от основных месторождений Сибири направлены на север и северо-восток
г) основной потребитель сосредоточен на западе страны, где есть недостаток в топливных ресурсах
а) ее невозможно транспортировать
б) ее нельзя накапливать
в) ее можно накапливать
г) ее можно транспортировать по трубопроводу
7. Какой тип альтернативной электростанции отсутствует в России?
а) ветряная в) приливная
б) геотермальная г)солнечная
8. Недостаток ГЭС заключается в том, что они:
а) дают много отходов, сильно загрязняя атмосферу
б) медленно меняется режим работы
в) нарушают гидрологический режим реки
г) обслуживание станции обеспечивается большим количеством высококлассных специалистов
б) черная и цветная металлургия
в) черная металлургия и добыча топлива
г) цветная металлургия и транспорт
12. Крупнейшие центры по выплавке алюминия находятся вблизи:
а) месторождений бокситов
в) месторождений каменного угля
б) крупных ТЭЦ
г) крупных ГЭС
13. Самая напряженная экологическая ситуация в России наблюдается в городах, где расположены:
а) заводы по выплавке алюминия
б) заводы передельной металлургии
в) комбинаты полного цикла
г) предприятия малой металлургии
14. Крупнейшее месторождение железной руды в мире:
а) Качканарское в) гора Магнитная
б) КМА г) Костомукшское
15. В каком городе России находится крупнейший в мире завод по производству никеля?
а) Медногорск в) Красноярск
б) Норильск г) Братск
16. Основной фактор размещения предприятий передельной металлургии:
а) наличие сырья в виде металлолома
б) наличие сырья железной руды
в) наличие месторождений каменного угля
г)экологический
Итоговый контроль по теме «ТЭК. Металлургия.»
II вариант
1. Главным топливом в России с 1960-х годов является:
а) нефть в) торф
б) уголь г) дрова
2. Важнейшим угольным бассейном в России в конце XIX века был:
а) Кузбасс в) Печорский
б) Донбасс г) Подмосковный
3. Самый дешевый и экологически чистый вид топлива:
а) мазут в) бурый уголь
б) каменный уголь г) газ
4. ТЭК России имеет следующие особенности (укажите 1 верный ответ):
а) большая часть нефти добывается в России в субтропиках Кавказа
б) угольная промышленность, как старая отрасль, требует реконструкции
в) основной потребитель топливных ресурсов и ресурсные базы равномерно распределены на востоке страны
г) газовая отрасль - одна из кризисных отраслей ТЭК
5. В состав электроэнергетики входят:
а) АЭС и транспортировка электроэнергии по ЛЭП
б) транспортировка электроэнергии по ЛЭП и газовая промышленность
в) ГЭС и угольная промышленность
г) нефтяная промышленность и ТЭС
6. Крупнейшим районом добычи российского газа является:
а) Якутский;
б) Оренбургско-Астраханский;
в) Западно-Сибирский;
г) шельф Баренцева моря.
7. Наибольшая доля энергии в России вырабатывается на:
а) ТЭС; в) ПЭС;
б) ГЭС; г) АЭС.
8. Преимущества ГЭС состоят в том, что:
а) можно размещать, где угодно
б) производится самая дешевая электроэнергия
в) быстро и дешево строятся
г) легко включаются, могут покрывать пиковые нагрузки
9. Перспективы электроэнергетики состоят в следующем:
10. Выберите верные утверждения:
а) Нефтеперерабатывающие заводы размещены преимущественно в европейской части страны.
б) ТЭС являются самыми экологически чистыми видами электростанций.
в) Сланцевая промышленность относится к топливным.
г) По запасам газа Россия занимает 4-е место в мире.
д) На ТЭЦ помимо электроэнергии вырабатывается горячая вода и пар.
4. Какие электростанции России могут работать на угле?
а) ГЭС б) ТЭС в) ПЭС г) АЭС
5. Почему крупнейшие ГЭС России располагаются в азиатской части?
а) там расположены главные потребители электроэнергии
б) там находятся наибольшие гидроресурсы
в) чтобы поставлять электроэнергию в азиатские страны
г) они были построены с расчетом на быстрое увеличение местного населения
6. В состав топливной промышленности входит:
а) угольная промышленность и транспортировка электроэнергии по ЛЭП
б) транспортировка топлива по трубопроводам и электроэнергии по ЛЭП
в) добыча торфа и транспортировка топлива по трубопроводам
г) производство электроэнергии и доставка потребителю по ЛЭП
7. Перспективы электроэнергетики состоят в следующем:
а) строительство АЭС по всей стране
б) строительство ГЭС по всей стране
в) применение энергосберегающих технологий
г) закрытие ТЭС из-за загрязнения атмосферы
8. Самый дешевый и экологически чистый вид топлива:
а) мазут в) бурый уголь
б) каменный уголь г) газ
9. Первая в России геотермальная электростанция построена на :
а) полуострове Камчатка; в) Урале;
б) Кавказе; г) Кольском полуострове.
10. Какая отрасль использует коксующийся уголь в качестве топлива?
б) черная металлургия;
в) лесоперерабатывающая;
г) консервная.
11. К какой группе цветных металлов относится медь и никель?
а) к легким
б) к тяжелым
в) к благородным
г) к легирующим
12. К каким местам тяготеют предприятия передельной металлургии?
а) к месторождениям железа
б) к газопроводам
в) к железным дорогам
г) к крупнейшим машиностроительным центрам
13. Определите, почему крупнейшие заводы по производству алюминия в России расположены в Восточной Сибири:
а) здесь находятся крупные запасы бокситов
б) здесь дешевая электроэнергия
в) здесь сосредоточены основные потребители продукции
г) здесь низкие температуры
14. Крупнейший в России и в мире центр по выплавке меди и никеля расположен :
а) в Норильске в) в Череповце
б) в Кировске г) в Старом Осколе
15. В состав металлургического комплекса не входит :
а) добыча руды в) обогащение руды
б) выплавка металла г) производство проката
д) все отрасли входят
16. Распределите металлы по крупнейшим центрам их выплавки:
2.Норильск б) алюминий
3. Череповец в) медь
4.Медногорск г) никель
Итоговый контроль по теме
«ТЭК. Металлургия.»
Ответы (I вариант)
1-Г; 2-А; 3-В; 4-Г; 5-В; 6-Б; 7-Г; 8-В; 9-Б; 10 – 1-г, 2-б, 3-а, 4-в; 11–Б; 12–Г; 13–В; 14–Б; 15–Б; 16–А.
Ответы (II вариант):
1-А; 2-Б; 3-Г; 4-Б; 5-А; 6-В; 7-А; 8-Б, Г; 9-В; 10-А, В, Д; 11 – Б; 12 – А; 13 – А; 14 – В; 15 – А, Б; 16 – В.
Ответы (III вариант)
1 – В; 2 – В; 3 – Б; 4 – Б; 5 – Б; 6 – В; 7 – В; 8 – Г; 9 – А; 10 – Б; 11 – Б; 12 – Г; 13 – Б; 14 – А; 15 – Д; 16 – 1-б, 2-г, 3-а, 4-в.
В настоящее время Корпорация Топливные Технологии осуществляет разработку всех видов топлив, в том числе разработку и выпуск высокооктанового топлива для гоночных моторов. Мы производим изучение новых принципов теории горения и осуществляем поиск возобновляемого сырья, что немаловажно с экологической точки зрения.
Нашей компанией выпускаются различные виды гоночного топлива и присадки дл серийных видов бензина, позволяющие существенно снизать вредные выбросы в атмосферу. Наши специалисты всегда подробно Вас проинформируют обо всех особенностях того или иного вида топлива, выпускаемого нашей компанией.
ТОТЕК - это топливно-информационные технологии, экология и экономия, корпорация созданная при непосредственном участии учеными, разработчиками ракетных и космических топлив. В работе нашей компании задействованы самые лучшие научно-технические разработки в области топливных технологий.
ТОТЕК - это поиск, разработка и внедрение в жизнь экологически чистых видов топлив и экологически чистых производств данного топлива, таких, как современные топливные технологии и прочее. Нефть - это отходы древней жизни, мы же можем превратить отходы современной жизни в новое топливо.
Газированные напитки могут стать экологически чистым топливом
Американские ученые создали батарейку, работающую на безалкогольных напитках в рамках проекта по разработке экологически чистого вида топлива.
Новое устройство, которое работает от почти любого вида сахара, может использоваться как портативное зарядное устройство для мобильных телефонов. Исследователи из университета Сент-Луис в Миссури полагают, что их изобретение может, в конечном счете, заменить литий в батарейках многих небольших электронных приборов, включая компьютеры.
Разлагаемая микроорганизмами жидкость содержит ферменты, которые преобразовывают топливо - в этом случае сахар - в электричество, оставляя воду как главный побочный продукт.
В ближайшей перспективе прогнозируется повышение роли угля в топливно-энергетическом балансе страны, что обусловлено его крупными запасами. Однако экологические ограничения (особенно после ратификации Киотского протокола) требуют разработки и внедрения новых экологически чистых угольных технологий, обеспечивающих высокую полноту использования топлива при максимально низкой вредной нагрузке на окружающую среду.
Применение суспензионного угольного топлива является реальной возможностью замены не только «грязного» угля и малоэффективных методов его сжигания в слоевых топках, но и дефицитных жидких и газообразных видов топлива.
Особенно остро стоит проблема в угольных регионах России, где вокруг угледобывающих и углеперерабатывающих предприятий в гидроотвалах и отстойниках скапливается большое количество добываемого угля, представленного в виде тонкодисперсных угольных шламов. Указанная проблема решается, как правило, наиболее примитивным образом. Воды шахтного притока, технологические воды обогатительных фабрик с мелкими угольными частицами сбрасываются в поверхностные отстойники, которые периодически чистятся механо-гидравлическим способом, и повторно добытые угольные шламы либо сбрасываются в отработанные выработки шахт, либо в ближайшие овраги и водоемы. В отдельных случаях производится обезвоживание отходов флотации и их складирование на свободных площадях.
Перевод шламов в транспортабельное и технологически удобное суспензионное водоугольное топливо (ВУТ) позволит получить существенный экономический эффект и резко улучшить экологическую обстановку в регионах. При этом получаемое топливо и технологии его использования должны отвечать жестким требованиям современного рынка: экономическая конкурентоспособность и минимально возможное опасное экологическое воздействие на окружающую среду при его получении и использовании.
Учитывая, что в себестоимости вырабатываемой тепловой энергии стоимость топливной составляющей составляет от 40 до 70%, снижение стоимости топлива или его удельного расхода является важным фактором получения экономического эффекта.
Водоугольное топливо (ВУТ) представляет дисперсную систему, состоящую из тонкоизмельченного угля, воды и реагента-пластификатора: состав ВУТ: уголь (кл. 0-500 мкм) - 59-70%, вода - 29-40%, реагент-пластификатор - 1% температура воспламенения - 450-650°C; температура горения - 950-1050°С;
обладает всеми технологическими свойствами жидкого топлива: транспортируется в авто- и железнодорожных цистернах, по трубопроводам, в танкерах и наливных судах, хранится в закрытых резервуарах;
сохраняет свои свойства при длительном хранении и транспортировании;
взрыво- и пожаробезопасно.
Стратегическими целями при внедрении суспензионного угольного топлива являются:
минимизация затрат на реконструкцию существующих систем теплоэнергетики;
повышение экономической и экологической эффективности систем теплоэнергетики и создание экономической мотивации для отказа от использования топочного мазута, природного газа и угля со слоевым сжиганием;
повышение надежности и гарантированной работоспособности систем теплоэнергетики;
повышение энергобезопасности конечных потребителей.
С целью широкого внедрения экологически чистого водоугольного топлива, а также организации производства угольных брикетов и брикетных установок было подписано соглашение о сотрудничестве между НПЦ «Экотехника», «Сибэкотехника» (г. Новокузнецк) и Беловским заводом горношахтного оборудования (БЗГШО).
Были поставлены задачи - разработать и обеспечить по заказам предприятий производство модульных установок приготовления ВУТ на основе угля и угольных шламов и технологических комплексов по получению доступной тепловой и (или) электрической энергии при его сжигании. Одновременно, с учетом того, что на БЗГШО уже была создана брикетная установка по производству брикетного топлива из угля и угольных шламов, решаются задачи организации изготовления необходимого комплекса оборудования для комплектации модульных установок приготовления ВУТ, брикетных установок и технологических комплексов, поставки сопутствующего оборудования, сборки разработанных комплексов и обучения эксплуатационного персонала.
автотранспорт экологический загрязнитель топливо
На первом этапе на заводе смонтирован и запущен в эксплуатацию пилотный демонстрационный технологический комплекс по приготовлению ВУТ и его сжиганию.
В настоящее время суспензионное угольное топливо из угольных шламов гидродобычи готовится также на опытно-промышленной установке при котельной шахты «Тырганская». На совместное сжигание рядового угля и ВУТ переведен котел КЕ-10-14С. Излишки топлива отгружаются в котельную ОАО «Хлеб» (г. Новокузнецк), где на ВУТ переведен газомазутный котел КП-0,7. Полученный эксплуатационный опыт работы различных котлов на суспензионном топливе как в летнее, так и в зимнее время (при температуре до - 42°С) показал высокую эффективность использования нового вида жидкого топлива из угля.
Экологические преимущества ВУТ перед другими видами топлива были высоко оценены представительной комиссией при проведении в 2005 году Первого всероссийского конкурса русских экологических инноваций. Проект «Экологически чистая технология комплексной утилизации шламов и отходов флотации углеобогатительных фабрик методом сжигания суспензионного топлива», представленный ЗАО НПП «Сибэкотехника», занял первое место.
Внедрение в энергетику более эффективных и экологически чистых технологий сегодня является одной из приоритетных задач. Связано это как с необходимостью всемерной экономии энергоресурсов, так и с защитой окружающей среды - проблемой, которая еще более обострится в связи с ожидаемым сокращением подачи природного газа на электростанции России и возрастанием потребления ими угля. Этим вопросам были посвящены доклады, представленные на 5-й секции международной научно-практической конференции «Экология энергетики-2000».
Планируемое сокращение подачи газового топлива на электростанции России в ближайшие годы вынуждает энергетиков начать широкомасштабную работу по замене природного газа углем и другими видами твердого топлива, внедрению новых технологий, в том числе связанных с использованием возобновляемых источников энергии. Рост потребления угля на ТЭС, особенно при традиционных методах его сжигания, неизбежно повлечет за собой негативные экологические последствия; переход к возобновляемым источникам энергии потребует больших первоначальных затрат, хотя, как полагают специалисты, они могут достаточно быстро окупиться. При такой альтернативе представляют интерес разработанные отечественной наукой и техникой малозатратные методы и технологии для энергетики, а также мировой опыт в этих вопросах.
Доклады, представленные на конференции по указанной в заголовке статьи тематике, можно разделить на две группы:
- - посвященные технологиям получения, подготовки к сжиганию и собственно сжиганию топлив;
- - посвященные новым источникам энергии и методам ее преобразования.
Из докладов первой группы внимание участников секции привлек, в частности, доклад Е.А. Евтушенко и др. «Новая технология использования твердого топлива в энергетике» (Новосибирский государственный технический университет, «Новосибирск-энерго»). Авторами доклада предложена и испытана оригинальная технология приготовления и сжигания жидкого композита, состоящего из смеси угля и торфа. По этой технологии специально приготовленная суспензия угольной пыли в воде направляется в диспергатор-кавитатор, после которого смешивается с водной суспензией измельченного торфа, также предварительно обработанной в диспергаторе-кавитаторе. В обоих случаях содержание жидкой фазы в суспензиях должно быть не менее 15% по объему. При необходимости в полученную смесь можно также добавлять нефть или мазут. Таким образом, за счет вариации компонентов, интенсивности обработки каждого из них и композиции в целом получают экологически чистое жидкое топливо заданного качества. Оно может быть использовано и как основное топливо, и в качестве растопочного. Опыт сжигания композитного топлива оказался весьма успешным.
В докладе Г.Н. Делягина «Экологически чистое топливо ЭКОВУТ - путь резкого улучшения экологической ситуации в энергетике России» (ГУП «Научно-производственное объединение «Гидротурбопровод», Москва) предложено в эксплуатируемых ныне котлах ТЭС и котельных взамен природного газа использовать водоугольное топливо, создаваемое на основе угля, со свойствами, необходимыми потребителям. Топливо ЭКОВУТ - это дешевое, экологически чистое топливо, технология производства которого создана в последнее десятилетие в НПО «Гидротрубопровод». В процессе производства этого топлива, в результате механохимической активации его начальных компонентов, практически полностью разрушается структура угля как природной «горной» массы. Уголь распадается на отдельные органические и минеральные компоненты с высокой химической активностью поверхности, образующейся при такой обработке твердого топлива. Исходная вода, имеющая ассоциированную структуру, при производстве ЭКОВУТА также претерпевает ряд превращений, в результате чего образуется дисперсионная среда, насыщенная ионными компонентами. Таким образом, топливо ЭКОВУТ - это высокостабильное топливо, взрыво- и пожаробезопасное; при длительном его хранении в емкостях-хранилищах никогда не образуется плотного осадка.
При сжигании ЭКОВУТА в продуктах сгорания отсутствуют монооксид углерода, вторичные углеводороды, сажа и канцерогенные вещества; резко сокращается образование и выброс микронных твердых частиц, оксидов серы и оксидов азота. Уровень выбросов оксидов азота, как правило, не превышает 0,08-0,1 г/МДж, что составляет 50-60% от допустимого уровня. Цена топлива ЭКОВУТ существенно зависит от цены исходных сырьевых компонентов (угля, воды, химреагентов). Доля исходного угля (в расчете на 1 т у.т.) в стоимости топлива ЭКОВУТ составляет 40-60%. Итоговая стоимость (в расчете на 1 т у.т.) топлива ЭКОВУТ, готового к употреблению и не требующего какой-либо подготовки у потребителя, превышает цену исходного угля (также в расчете на 1 т у.т.) всего на 5-18%. По данным за 1999 г., при цене исходного каменного угля у потребителя, равной 300 руб./т (460 руб./т у. т.), цена топлива ЭКОВУТ составит от 290 до 325 руб. за 1 т (480-540 руб./т у.т.). Технология приготовления и сжигания ЭКОВУТА отработана на ряде ТЭС России, в том числе на Иркутской ТЭЦ-11, Семипалатинской ТЭЦ-2 и др. Способ сжигания топлива ЭКОВУТ в кипящем слое отработан на отопительном котле НР-18 котельной в п. Ульянино Московской области. Котел, работающий на топливе ЭКОВУТ, сдан в постоянную эксплуатацию.
Сжигание топлива в кипящем слое было рассмотрено в ряде докладов. Опыту сжигания углей и горючих отходов на экспериментальном промышленном котле УГТУ с циркулирующим кипящим слоем (ЦКС) было посвящено сообщение сотрудников Уральского государственного технического университета (УГТУ) А.П. Баскакова, С.В. Дюкина и др. Котел с ЦКС УГТУ тепловой мощностью 11,6 МВт рассчитан на сжигание в режиме ЦКС ряда видов углей: березовского Б-2, кузнецкого Т, буланашского Г, отходов обогащения богословского угля. Полученные при опытном сжигании данные были использованы при разработке проекта реконструкции котла КВТС-10. Разработан малогабаритный котел с кипящим слоем мощностью 1 МВт, специально предназначенный для установки в существующих слоевых котельных для дожигания шлака и уноса, выходящих из топки основного котла.
О проблемах экологической безопасности при сжигании низкосортных топлив и утилизации горючих отходов в топках с кипящим слоем говорилось в докладе сотрудников Уральского государственного технического университета Б.В. Берга и др. Приведены экспериментальные зависимости концентрации оксидов азота в дымовых газах от температуры кипящего слоя и коэффициента избытка воздуха при сжигании нерюнгринского и кизеловского каменных углей. Установлено, что концентрация оксидов азота в дымовых газах возрастает с увеличением температуры кипящего слоя. В то же время присутствие серы в топливе заметно снижает выход оксидов азота, так как одновременно с их образованием они расходуются на доокисление оксидов серы:
- 2NO + 2SO2 = N2 + 2SO3;
- 2NO + SO2 = N2O + 2SO3.
Использование технологии низкотемпературного кипящего слоя позволяет в значительной степени решить проблему снижения выбросов оксидов серы в атмосферу. Для этого в кипящий слой вводят соответствующие присадки (известняк или доломит), связывающие серу в сульфат по реакциям:
CaCO3 = CaO + CO2; CaO + SO2 + 0,5O2 = СaSO4.
Были рассмотрены возможности с помощью кипящего слоя подавить образование диоксинов. Средние выбросы диоксинов от тепловых электростанций, по данным авторов, составляют 2,5 нг/м3, что в 2,5 раза выше допустимых. Однако необходимо отметить, что по общим объемам выбросов диоксинов тепловые электростанции стоят на четвертом месте среди различных источников (устройств индивидуального отопления, старых мусоросжигательных установок и автотранспорта) и доля их составляет 0,13% (без учета энергопредприятий, сжигающих различные отходы). По мнению авторов доклада, низкий уровень содержания диоксинов в продуктах сгорания можно получить при одноступенчатом сжигании топлива (и отходов) в топках с кипящим слоем, но для этого необходимо обеспечить такой режим, при котором увеличилось бы время пребывания продуктов горения в пределах слоя.
Новая технология сжигания углей с высокотемпературным предварительным подогревом угольной пыли, разработанная в Сибирском теплотехническом научно-исследовательском институте (ОАО «СибВТИ»), была представлена в докладе В.В. Белого и др. По этой технологии достигается снижение выбросов оксидов азота за счет предварительного подогрева угольной пыли до 850 град. С в условиях восстановительной среды, когда азот переходит в свободное состояние (N2), с последующим ступенчатым сжиганием горячей угольной пыли. На основании полученных опытных данных спроектирован опытно-промышленный котлоагрегат на Минусинской ТЭЦ, который должен иметь следующие показатели по выбросам (мг/нм3): оксиды азота - до 200, оксиды серы - до 300, зола - до 50, т.е. укладываться и в старые, и в новые нормы, а также соответствовать лучшим международным стандартам. Опытно-промышленный котлоагрегат Минусинской ТЭЦ предназначен для отработки и демонстрации данной новой технологии сжигания топлива и очистки газов. При успешном его освоении предложенная технология может получить широкое распространение на тепловых электростанциях.
Об экологически чистой ТЭС с каталитическим сжиганием газового топлива шла речь в докладе А.И. Поливоды и др. (МЭИ, УТЕХ). В ЭНИН и в МЭИ выполнен большой объем научно-исследовательских работ, направленных на разработку экологически чистой каталитической теплоэлектростанции (КТЭС), обеспечивающей полное исключение выбросов вредных веществ в воздушный бассейн благодаря сжиганию топлива в присутствии катализатора. Применение катализаторов позволяет проводить беспламенное глубокое окисление топлива при температурах в реакторе в пределах 600-800 град. С.
Каталитические реакторы можно подразделить на два типа: первый - с фиксированным катализатором и теплопередачей к рабочему телу посредством инфракрасного излучения и второй - с псевдоожиженным кипящим слоем. Фиксированные катализаторы применяют преимущественно для топливно-воздушных смесей, содержащих газовое и парообразное топливо. В реакторах с псевдоожиженным кипящим слоем окисление газообразного или жидкого топлива происходит кислородом воздуха во взвешенной массе гранул диаметром 2-4 мм. В качестве материала гранул применяют гамма-оксид алюминия. В настоящее время ведутся опытно-конструкторские работы по сооружению первой экспериментальной КТЭС мощностью 2 МВт для электротеплоснабжения автономного микрорайона Куркино в Москве. Применение каталитических электростанций вместо низкоэффективных старых котельных позволит значительно улучшить экологическую обстановку в городе.
Вторая группа докладов, относящаяся к тематике «Экологически чистые технологии при использовании возобновляемых источников энергии» - охватывала: геотермальные энергетические технологии (доклад О.В. Бритвина, О.А. Поварова и др. от РАО «ЕЭС России», НУЦ «Гео» МЭИ, АО «Геотерм»); совместное скоординированное использование солнечной и геотермальной энергии (Г. Эрдманн и Я. Хинрихсен - Берлинский технический университет); использование тепловых насосов для теплоснабжения автономных потребителей (Г.В. Ноздренко и др. - НГТУ, ОАО «Новосибирскэнерго»).
На данной секции конференции были сделаны доклады и сообщения также по ряду других вопросов и проблем, связанных с экологией энергетики, в том числе по совершенствованию энергетических вихревых горелок (Б.В. Берг и др. - УГТУ); охране окружающей среды при транспортировке и хранении твердого топлива на тепловых электростанциях (В.В. Демкин и В.И. Казаков - РАО «ЕЭС России» и УралВТИ); способам утилизации энергии транспортируемого природного газа без выбросов вредных веществ в окружающую среду (В.С. Агабабов и др. - МЭИ, ТЭЦ-21 «Мосэнерго», Мосэнергопроект); оценке эффективности технологических природоохранных мероприятий для газомазутных котлов (Л.Е. Егоров и др. - МЭИ); альтернативным системам хранения природного газа в абсорбированном состоянии (Л.Л. Васильев и др. - Институт тепломассообмена им. Лыкова); совершенствованию методов эксплуатационного контроля технического состояния оборудования турбоустановок для снижения пережога топлива и вредных выбросов ТЭС (Е.В. Дорохов и др. - МЭИ).
Одна из шеффилдских автоконструкторских фирм занялась разработкой новой экономичной и экологически чистой топливной системы для автомобилей, работающей на водороде. Представители компании ITM Power утверждают, что по окончании разработок водородное топливо впервые можно будет воспроизводить в домашних условиях.
По официальному заявлению компании, новый вид топлива может использоваться в транспортных средствах с бензиновым двигателем для поездок на расстояния до 25 миль. Причем, для более длинных поездок предусмотрена возможность обратного переключения на бензиновый вариант. Первый опытный образец был сконструирован на базе Ford Focus.
Разработчики компании ITM Power говорят, что до сих пор единственным фактором, препятствующим более широкому распространению таких автомобилей, была стоимость оборудования, преобразующего воду, платину и электричество в водород.
В настоящее время в мире существуют единицы авто, работающих на водородном топливе. Также невелико и количество автозаправочных станций, способных обслуживать такие машины. Кроме того, существующие сейчас транспортные средства работают на жидком водороде, который трудно хранить. В качестве альтернативы приходится использовать готовые взаимозаменяемые топливные элементы или электродвигатели.
Прототип компании ITM Power на базе Ford Focus буде снабжен топливной системой, позволяющей сжигать водород в обычном бензиновом двигателе.
Специалистам из ITM Power потребовалось восемь лет, чтобы разработать новый, относительно дешевый способ получения водорода. Их запатентованная станция дозаправки использует уникальный дешевый материал, который позволяет снизить потребности в платине, а затраты на его производство составляют примерно 1% от стоимости традиционной, ранее используемой технологии.
Новая система позволит получать водород в домашних условиях. Ожидается, что в случае производства такой станции на конвейере, ее стоимость будет равносильна покупке обычного котла для нагрева воды. Также предполагается, что как только новая технология получит широкое распространение, водородный эквивалент бензина будет стоить примерно 80 центов.
Основным элементом системы будет так называемый "электролизер", который и будет преобразовывать воду и электричество в чистый водород и кислород. Для того, чтобы сделать производство полностью экологически безопасным, предлагается получать электричество, используя энергию ветра, приливов и отливов, солнца, а также посредством гидроэлектростанций.