Сейчас практически в каждой промышленно развитой стране проводятся значительные исследовательские работы среди производителей и научных организаций в области создания наиболее оптимальных с точки зрения экологичности, высокой эффективности, низких издержек производства и значительных запасов, новых видов моторных топлив. Целью этих работ является разработка национальных топливных концепций и создание соответствующих двигателей, отвечающих самым жестким мировым стандартам.
В отличие от развитых зарубежных стран, в России до сих пор не существует концепции производства и использования альтернативных моторных топлив, что в значительной степени усложняет решение задач развития отечественного моторостроения и экологизации автотранспорта.
Очевидно, что первым шагом в решении этой проблемы является учет всех видов возможных альтернативных моторных топлив и анализ перспективности их использования в условиях России.
Сжиженные углеводородные газы (СУГ)
В широком обиходе под СУГ понимают бутан-пропановую смесь. СУГ является наиболее высококачественным продуктом переработки нефти и нефтяного попутного газа (ПНГ).
Как моторное топливо СУГ обладают важным преимуществом перед другими видами газовых моторных топлив (например, природного газа, биогаза и т.д.): бутан-пропановая смесь при нормальной температуре и давлении в 1,6 МПа переходят в жидкое состояние. Следует отметить и более низкую себестоимость производства этого топлива по сравнению с традиционными моторными топливами- бензинами.
При рассмотрении перспектив применения СУГ в качестве моторного топлива в России следует иметь ввиду, что эти газы являются химическим сырьем для производства целого ряда важных продуктов и незаменимым технологическим материалом в ряде производств. Необходимо также учитывать, что СУГ широко используется для бытовых нужд в местах, удаленных от газопроводов природного и попутного газа (отопление, приготовление пищи).
Таким образом, ресурсы СУГ, которые могут быть выделены для использования в качестве моторного топлива, ограничены. Затраты на добычу попутного нефтяного газа в 6-8 раз выше, чем на природный газ. Сегодня себестоимость добычи ПНГ составляет от 200 до 300 руб. за 1000 м3 ПНГ, транспортирование добавляет еще до 400 руб. за 1000 м3 ПНГ.
По мнению специалистов, чтобы сделать добычу ПНГ рентабельной в настоящее время, цена на СУГ должна приблизиться к 40 долл. США за 1000 м3. Ввиду этого, уже в ближайшее 10-15 лет использование СУГ как альтернативного моторного топлива станет неперспективным.
Синтетический бензин
Сырьем для производства синтетического (не нефтяного) бензина может быть уголь, природный газ и другие вещества.
Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа. При этом природный газ окисляется в присутствии катализатора в синтез-газ, содержащий СО и Н2. Моторные топлива из синтез-газа производятся или с использованием процесса Фишера-Тропша, или с помощью так называемого Мобил-процесса через промежуточное получение метанола.
Из 1 м3 синтез-газа получают 120-180 г синтетического бензина. За рубежом, в отличие от России, производство синтетических моторных топлив из природного газа освоено в промышленном масштабе. Так, в Новой Зеландии на установке фирмы «Мобил» из предварительно полученного метанола ежегодно синтезируется 570 тыс. т моторных топлив.
Однако в настоящее время синтетические топлива из природного газа в 1,8-3,7 раза дороже нефтяных (в зависимости от технологии получения). Учитывая тяжелое финансовое положение России и высокую стоимость создания производства синтетического бензина, в ближайшие 20-30 лет данный вид моторного топлива, не будет широко использоваться в РФ.
Метанол
Метанол, как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают широкое применение метанола на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки- метилтретбутилового эфира (МТБЭ).
В 1998 г. в США произведено около 12,5 млрд. л МТБЭ, при этом бензин с МТБЭ составляет примерно 30% от всего объема продаж бензина в США. В результате, в настоящее время МТБЭ замещает в США большее количество бензина и сырой нефти, чем все другие альтернативные топлива вместе взятые.
В России метанол производят для газовой промышленности: его закачивают в магистральные трубопроводы для снижения температуры конденсации примесей природного газа.
В качестве моторного топлива метанол ввиду его высокой стоимости (500 долл. США за 1 т) в России не используется.
Электромобили
Интерес к электромобилю, работающему на электричестве от аккумуляторных батарей, в начале XXI в. обеспечен, прежде всего, развитием технологий хранения энергии, которые позволили увеличить срок работы батарей между подзарядками и сократить время самой подзарядки, увеличить срок жизни аккумуляторов и снизить их стоимость.
Пока источником энергии в электромобиле служат в основном свинцово-кислотные батареи. Это — наименее дорогой из всех типов батарей. Стандартный комплект свинцово-кислотных аккумуляторов для электромобиля средней массы стоит порядка 3000 долл. США. Однако на подобных батареях без подзарядки нельзя проехать более 150 км, и менять их приходиться минимум раз в три года.
Существуют и более продвинутые технологии хранения энергии, позволяющие увеличить срок работы батарей, но они пока слишком дороги. В целом, как и прежде, цена электромобилей значительно превышает цену бензинового аналога. В России работы по созданию современных электромобилей практически не ведутся.
Автомобили на топливных элементах
Топливные элементы- это устройства, генерирующие электроэнергию непосредственно на борту транспортного средства, за счет процесса обратного электролизу, то есть в процессе реакции водорода и кислорода образуются вода и электрический ток.
В качестве водородосодержащего топлива, как правило, используется либо сжатый водород, либо метанол. В этом направлении работает достаточно много зарубежных автомобильных фирм, и если им в итоге удастся приблизить стоимость автомобилей на топливных элементах к бензиновым, то это станет реальной альтернативой традиционным нефтяным топливам в странах, импортирующих нефть.
В настоящее время стоимость зарубежного экспериментального легкового автомобиля с топливными элементами составляет порядка 100 тыс. долл. США. Ввиду этого, в России, обладающей значительными запасами первичных энергоносителей и низким уровнем благосостояния основной части населения, в ближайшие 30 лет это направление в автомобилестроении является не актуальным.
Этанол
Этанол (спирт питьевой) обладает высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом.
Серьезность отношения в мире к спиртовым топливам определяется уровнем их применения в транспортных средствах. Так, Бразилия ежедневно с 70-х по 90-е гг. прошлого столетия замещала этанолом до 250 тыс. баррелей импортируемой нефти. В этой стране, начиная с 1976 г., 140 млн. м3 бензинового эквивалента было замещено этанолом, что оценивается в 50 млрд. долл. США. В 90-х гг. в Бразилии чистый этанол в качестве моторного топлива использовали в более 7 млн. автомобилей и еще в 9 млн. ед.- его смесь с бензином (газохол). Однако в последние годы наметился спад в использовании этанола как моторного топлива.
США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. В 1994 г. производство этанола оценивалось в 5,3 млрд. л и дополнительно строились новые предприятия для производства еще 900 млн. л в год. Этанол используется как «чистое» топливо в 21-м штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и используется более чем в 100 млн. двигателей.
Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. По некоторым оценкам, этанол становится глобально конкурентоспособным при цене нефти в 60 долл. США за баррель.
Всплеск интереса к использованию этанола в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами. Так, в США эти льготы компенсируют продавцам убыток в случае, если они продают этанол по цене бензина. Срок действия льгот- до 2007 г. Цель проведения такой политики в США и Западной Европе- снизить зависимость от импорта нефти.
Для России, которая ежегодно вынуждена импортировать зерновые культуры, идея использования автомобиля на этаноле не актуальна и маловероятна.
Биодизельное топливо
В последние годы в США, Канаде и странах ЕС возрос коммерческий интерес к биодизельному топливу, в особенности к технологии его производства из рапса.
В Австрии биодизельное топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/г.; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/г.; в Италии — 60 тыс. т/г. В США планируется на 20% заменить обычное дизельное топливо биодизельным и использовать его на морских судах, городских автобусах и грузовых автомобилях.
В России, как и в случае с этанолом, практически отсутствует сырьевая база для производства биодизельного топлива, что позволяет скептически оценивать возможность его широкого использования в автомобильном транспорте РФ.
Шахтный метан
В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. К такому подходу есть серьезные основания. В настоящее время в мире уже достаточно много автомобилей используют шахтный метан как моторное топливо.
К 1990 г. в США, Италии, Германии и Великобритании на шахтном метане работали свыше 90 тыс. автомобилей. В Великобритании, например, он широко используется в качестве моторного топлива для рейсовых автобусов в угольных регионах страны.
Содержание метана в шахтном газе колеблется от 1 до 98%. Как моторное топливо наибольший интерес представляет собой газ, извлекаемый из угольных пластов, вне зон влияния горных работ, по технологиям углегазового промысла.
Сущность такого промысла заключается в извлечении газа из скважин, пробуренных с поверхности, с применением методов стимулирования газоотдачи, при этом шахтный газ имеет в своем составе 95-98% метана, 3-5% азота и 1-3% диоксида углерода.
Например, в США за 10 лет (с 1988 по 2000 гг.) добыча угольного метана из специальных скважин возросла от 1 млрд.м3 до 40 мрлд.м3 и в будущем еще удвоится. Прогнозируется, что газовая добыча метана в угольных бассейнах мира уже в ближайшее время составит 96-135 млрд.м3.
Общие ресурсы метана в угольных пластах России составляют по различным источникам 48-65 трлн. м3 с учетом восточных и северо-восточных бассейнов. На территории России наиболее газоносными являются пласты угля Воркутинского месторождения и Кузнецкого бассейна.
Сегодня газообильность выработок составляет около 40 м3 метана на тонну добываемого угля. Прогнозируемые ресурсы метана в угольных пластах только в Кузбассе до глубины 1,8 км составляют 14% мировых ресурсов метана в угольных пластах и около 6% прогнозных ресурсов традиционного природного газа в России.
В связи с этим шахтный метан уже в настоящее время может рассматриваться как наиболее перспективный источник альтернативного моторного топлива для угольных регионов России.
Биогаз
Биогаз представляет собой смесь метана и углекислого газа и является продуктом метанового брожения органических веществ растительного и животного происхождения.
Биогаз относится к топливам, получаемым из местного сырья. Хотя потенциальных источников для производства моторных топлив из местного сырья достаточно много, на практике круг их сужается вследствие географических, климатических, экономических и других факторов.
Особенно это актуально для России, 2/3 территории которой расположено в зоне умеренно холодного климата, а финансово-экономическое состояние оставляет желать лучшего. Пищевые культуры, как потенциальное сырье для производства моторного топлива, для России исключаются из баланса, поскольку являются не менее дефицитными сегодня для производства продуктов питания. Технические сельскохозяйственные культуры, в отличие от экваториальных стран, в России- сезонное сырье и их выращивание требует больших земельных площадей. Например, для производства в США 3,8 млрд. л в год этанола нужно собрать урожай технических культур с 2 млн. га.
Поэтому в России практически отсутствует сырьевая база для получения этанола и биодизельного топлива (необходимо отметить, что наиболее эффективными продуцентами для таких топлив являются представители тропической и субтропической флоры). Из всех видов моторных топлив, получаемых из местного сырья, только биогаз, с точки зрения промышленного производства и применения в двигателях транспортных средств, представляет серьезный практический интерес для России.
Природный газ
Уникальные физико-химические свойства природного газа (ПГ), значительные естественные запасы, развитая сеть его доставки от месторождений во многие регионы страны по магистральным газопроводам и экологические преимущества в сравнении с традиционными видами топлив позволяют рассматривать ПГ как наиболее перспективное и универсальное моторное топливо России в XXI в.
Природный газ является наиболее дешевым видом моторного топлива, поскольку согласно постановлению Правительства России от 15 января 1993 г. № 31 даже в условиях свободного рынка, стоимость 1 м3 природного газа для транспортных средств не будет превышать 50% стоимости 1 л бензина А-76, эквивалентного ему по энергосодержанию.
Использование природного газа как моторного топлива- интенсивно развивающееся направление, которое уже в ближайшее время превратится в самостоятельную высокорентабельную подотрасль газовой промышленности.
Имеются все предпосылки к тому, чтобы через 7-10 лет годовые объемы использования ПГ на автотранспорте достигли 5-6 млрд. м3, а в более отдаленной перспективе- 20-25 млрд.м3.
Выводы
Очевидно, что в России по экономическим и потребительским показателям только углеводородные газовые топлива представляют реальную альтернативу традиционным видам нефтяного топлива.
Основными преимуществами газовых топлив являются:
