Вход

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

0 продукта | 0 лв.

Абонамент

Благодаря, че избрахте да се абонирате за auto motor und sport. Изберете вида абонамент и въведете нужните данни, а ние ще се погрижим списанията да достигнат до Вас максимално бързо.

Избери годишен абонамент и вземи 20% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Автомобилните горива: Биодизелът ЧАСТ 1

07.01.2007 20:01
Туит

1900 година. Последната от отиващият си XIX век. Столетие, преминало под знака на огромен брой значими технически изобретения и практични нововъведения. Време, дало значителен тласък в еволюцията на човечеството, с което не може да се мери никой период до този момент. Хората с право посрещат новия век с ново самочувствие, а техническото изложение в Париж е своеобразна витрина на общия подем. Същото това изложение е най-голямото мероприятие от този характер до момента...

ЧАСТ ПЪРВА

Сред множеството важни и недотам стойностни технически изобретения и нововъдения, в Париж може да се открие и един от първите реално действащи двигатели на Рудолф Дизел - вече достатъчно усъвършенстван, за да бъдат демонстриран пред публика.

Тук ще се въздържим от преразкази за мистериозния ореол около тази личност, създала фундаментално за съвремнния свят творение, ще ви спестим и обясненията за гениалността на техническа идея, стояща зад неговия проект, но за сметка на това ще ви обърнем внимание на горивото, с което Рудолф Дизел захранва „парижкия” двигател. Горивото всъщност е... фъстъчено олио!

По това време вече мнозина предполагат огромното значение на автомобилите за бъдещето на човечеството, но никой от иначе множеството гениални творци на епохата не е наясно с какво всъщност ще се захранват двигателите на бъдещите автомобили. Много от учените по онова време считат, че най-подходящо гориво за двигателя на Ото е алкохолът. Подобна заблуда владее Рудолф Дизел и хората от неговото обкръжение, които са твърдо убедени, че са осигурили нов мощен източник на препитание за селските стопани по света. Както вече ни е известно от историята – подобно развитие на събитията бива осуетено още в зачатък...

С развитието на бензиновия двигател и постепенното навлизане на автомобила в бита (ако трябва да сме съвсем точни - в бита на американците, защото в Европа автомобилът дълги години е привилегия предимно на малобройната прослойка на свръхбогатите), нефтът успява за утвърди своите позиции, а петролните рафинерии са принудени да се съобразяват все повече със своя нов най-голям потребител, усложнявайки процесите на преработка в посока усъвършенстване производството на бензин. Още през 1914 г. е изобретен термичиния крекинг, който значително увеличава добиваното от единица петрол количество бензин. Работата по него продължава, но на определен етап рафинериите се оказват задръстени с излишно голямо количество по-тежко дестилатно гориво, отделено като остатъчен продукт при производството на бензин. Както вече сме споменавали, освен известните големи находища в САЩ и Русия, които са основните играчи на нефтената сцена в началото на века, по това време вече са открити находища на черно злато в Персия, Венецуела и  Мексико. Все повече сондажи се извършват и в Тексас и Калифорния, така че светът очевидно върви към фаза на пресищане с нефт. Излишъците от току-що споменатото дестилатно гориво пък се оказват подходяща горивна субстанция за двигателите на Дизел, междувременно повсеместно навлезли в индустрията и бита. Някои от тях (например тези в корабите в Каспийско Море на братя Нобел, закупили лиценз за двигателя на Дизел) ще започнат да използват за гориво направо суров петрол, други бавнообортни дизелови машини ще се задоволят и с доста по-тежкия мазут, а трети ще използват нефт, впръскван директно в захранваните с въглища дотогава пещи на котлите на парните машини.

Съвкупността от тези обстоятелства описва достатъчно ясно енергийната картина по онова време и обяснява защо двигателят на Дизел вече не се нуждае от селскостопански продукти в качеството на гориво. Истината е, че по онова време животинските и най-вече растителните мазнини се оказват не само безмислено скъпи на фона на евтиния нефт, но и не съвсем подходящи за употреба в двигателя на Дизел.

По принцип растителните мазнини и масла могат да се използват в новоизобретената машина с висока компресия, тъй като имат сходен органичен състав с този на дизеловата фракция на нефта, но от друга страна се отличават с доста по-голямо молекулно тегло. Тези сходства не са никак учудващи на фона на обстоятелството, че най-разпространената теория за произхода на нефта е именно органичната и че мазнините сами по себе си са една от субстанциите, попаднали в земните недра и превърнали се в част от органичната материя, дала началото на „черното злато”.

Мистeриозният конструктор

Не, тук няма да говорим за Рудолф Дизел. Ще говорим за не по-малко тайнствената аура на един друг германец, която започва да витае около дизеловия двигател след смъртта на неговия изобретател – аура, принадлежаща не не по-малко екзотична от самия Дизел персона, заела се с усъвършенстването на неговото гениално откритие и допринесла най-много за утвърждаването на дизеловия двигател след неговия създател. Компанията, създадена от същия този човек и до днес е водеща сила в конструирането на дизелови машини, предназначени специално за работа с растителни масла. Името на този човек е Лудвиг Елсбет, а жизненият му път приключи преди няколко години, когато той навърши точно 90.

Една година преди избухването на Първата световна война, в малка ферма край също толкова малкото градче Залц в Долна Франкония се ражда малкият Лудвиг. Както повечето герои, намерили място в нашите разкази, той обиква техниката още от малък и се научава да ремонтира селскостопанските машини, с които най-често си има работа – съдба, доста сходна с тази на Хенри Форд. Лудвиг завършва машнно инжинерство и през 1937 година започва работа в заводите на Junkers в Десау като ръководител на отдел „Изследвания на бензинови двигатели”. Между другото, именно в този отдел се проектират първите системи за директно впръскване на бензин, използвани от немските бойни самолети, но това е друга история. В края на войната съюзниците прекършват гръбнака на германската икономика, изсипвайки тонове авиационни бомби върху важните индустриални центрове – вследствие на няколко бомбардировки над Десау, от заводите на Junkers остават само купища отломки, а Лудвиг Елсбет заедно с многолюдната си фамилия успява да се измъкне от настъпващота руска армия с бягство на велосипеди. Непосредствено след войната той започва работа в автомобилната фирма Salzinger, занимавайки се първо със сглобяване на трактори, задвижвани от оцелели от войната самолетни двигатели, а по-късно и с асемблирането на автомобили от рециклирани военни машини Jeep.

През 1951 година техническият свят е удивен от представеното на Берлинското международно автомобилно изложение возило на Елсбет с Х-образна рама. Главната причина за възторга на специалистите обаче не е в рамата, а в преставения от Елсбет двигател. Списанието “Auto, Motor und Sport” пише с изумление „Най-голям интерес на изложението предизвика автомобилът на Елсбет, с неговия четирицилиндров двутактов радиален дизелов двигател, изработен от леки сплави. Конструкцията е едновременно много лека и проста. Тя е истински революционна и с право може да се нарече технически шедьовър на германската автомобилна индустрия”. Междувременно компанията, в която Елсбет работи обявява банкрут, а самият той купува по-голямата част от нея и се превръща в независим производител на двутактови дизелови двигатели. През 1956 година той конструира дизелов двигател с “вътрешно охлаждане”, създавайки първата по рода си машина без водна риза и циркулационни охлаждащи потоци, при която цялата топлинна енергия с изключение на излъчената във вид на топлинна загуба, се предава на отработилите газове.

През 1959 година Елсбет преминава на работа в МАN, усъвършенствайки т. н. „М-процес” и разширявайки по този начин над два пъти пазарното присъствие на компанията. Още през 1973 година Елсбет конструира специални дюзи и създава дизелов двигател с директно впръскване на основата на шестцилиндров редови двигател на BMW. Моторът демонстрира отлични показатели, но BMW и Bosch, които се включват в изпълнението на горивната уредба не успявдат да превърнат този проект в серийна реалност. Bosch очевидно се повлиява от мнението на много специалисти по това време, според които на онзи етап е технически невъзможно да се конструира надежден дизелов двигател за лек автомобил с директно впръскване. В крайна сметка BMW се отказват от тази технология и едва 15 години по-късно Фердинад Пиех ще наложи тази концепция в Audi - отново  разработена от Елсбет, но напълно нова и  създена без помощта на Bosch.

Паралелно с тази фундаментални разработки Елсбет създава и множество други интересни технологии от рода на т. н. “Duoterm Combustion Piston”, при която горенето е термично изолирано от стените на цилиндъра и наред със специлните бутала с двойно дъно довежда до значителни икономии на гориво. Съвместно с Nixdorf Елсбет разработва и първото електронноуправлявана система за впръскване, както и системата за „интегрално впръскване”, представляваща пряка предтеча на модерните Common Rail и „помпа-дюза”.

На пръв поглед току-що изложената изчерпателна биография на Елсбет като че ли няма място в това повествование и привидно доста се отклонява от основната тема за горивата. Елсбет обаче е дотолкова уникална част от модерния технически прогрес, а неговите изобретения са до такава степен важни, че пропускането на неговото име и принос би било немислимо. Именно на основата на неговите идеи той и конструкторите на фирмата му Elsbett създават абсолютно приложими в практиката системи за захранване на дизелови двигатели с растителни масла. Обърнете внимание – не с биодизел, а с растителни масла. Фирмата Elsbett конструира както двигатели за селскостопански машини, работещи изключително с растителни масла, така и системи за дъпълнително вграждане, позволяващи използването на растителни масла като гориво от стандартни дизелови двигатели. Специалните дизели разполагат с нарочно пригодени за целта дюзи, подгреватели, променени нагревателни свещи и редица други специализирани устройства, правещи възможно безпроблемната употреба на растителни масла в качеството на гориво.   

От фритюрника – директно в резервоара

Добре е още в самото начало да поясним, че дизеловият двигател може да работи с най-обикновено растително масло. Поради това първо ще ви запознаем с него, а след това и с вторичното гориво, познато като биодизел и получавано с помощта на сравнително прост химически процес на базата на растителни масла в качеството на изходна суровина.

Един от главните проблеми на растителни масла  се корени в значително по-голямото им молекулно тегло и значително по-голямата им гъстота от нефтеното дизелово гориво, поради което те трябва да бъдат нагрявани предварително от специални устройства, които да ги подготвят за преминаването им през също специалните дюзи, грижещи се за подходящото им разпрашаване.

Всичко това звучи доста просто за преодоляване, но не бързайте да си вадите твърде положителни изводи. Факт е, че няма меродавен източник, засягащ алтернативните горива за дизеловеи двигатели, който да се произнесе категорично „за” или „против” прогодността на тези течности в качеството им на горива. Множество автомобили в Америка и Европа ползват системи на Elsbett, а още две-три фирми произвеждат такива за употреба в двигателите на други превозни средства, но никой не твърди категорично, че употребата на нефтената дизелова алтернатива е безкраен празник. Напротив - редица информационни източници и участници в дискусионни сайтове отбелязват, че са имали проблеми с корозия на горивните помпи, проблеми с износването на буталните пръстени и цилиндрите, както и разлагане на някои полимерни елементи на различните системи и агрегати на двигателя. Поради факта, че в студено време горивото не се изпарява и не изгаря напълно, по дюзите и цилиндровите глави се образуват отлагания, а това от своя страна води до намалена мощност, влошена икономичност, по-високи емисии и намаляване на експлоатационния живот на двигателя.

Системите на Elsbett и на някои други работещи с растително масло системи имат по два горивни  резеровоара. Двигателят се старира с обикновен дизел или биодизел, а резервоарът с растително масло се загрява до температира от 700  С. Когато последната бъде достигната, двигателят се превлючва за работа на растително масло, а няколко минути преди загасване на мотора се извършва обратната процедура.

Макар свойствата на много растителни масла да са подобни на тези на дизеловото гориво, повечето от тях не могат да станат достатачно редки дори при значително нагряване и водят до гореспоменатите натрупвания на отлагания в горивните резервоари, до задръстване на филтрите, до лошо запалване, до отлагания на чист въглерод във вид на сажди върху буталните пръстени в резултат от пиролиза, до разреждане на маслото и други подобни негативни ефекти.

През 1997 година американецът Джошуа Тайкъл направи обиколка на Америка със своя дизелов ван, зареждайки го с употребено растително масло от фритюрниците на крайпътните завединя от рода на KFC и McDonalds. Медиите обърнаха особено внимание на този преход, но по скоро като на куриоз, а мнозина намериха в начинанието и удобна мишена за присмех... През 2007 година обаче подобни подигравки стават все по-неуместни, работата по създаването на технологии за двигатели за работа с подобни горива поглъща все по-големи инвестиции, а в САЩ вече има немалък брой строителни и селскостопански машини, използващи за гориво именно растително масло.

Биодизелът

От всичко казано дотук става ясно, че всъщност употребата на двигатели, използващи химически непреработени и неподложени на никакви други обработки освен на филтрация растителни масла засега поне трудно могат да намерят трайно място под слънцето. Далеч по-перспективно изглежда налагането на биодизала като гориво.

Практически за неговото получаване се ползват за суровина същите растителни масла, но основно преработени чрез химическия процес, познат като транестерификация. Биодизелът има по-високо цетаново число от нефтения дизел – стойността му варира от 45,8 до 56,9 в зависимист от изходната суровина за неговото получаване. Съвременните технологии в рафинериите обаче вече успяват да доближат нефтения дизел до биодизела по този критерий, постигайки число между 50 и 55 цетана.

Провеждането на редица изследвания за качествата на биодизела започва още по време на Втората световна война, подобно на повечето други алтернативни енергийни форми, той не достига до ниво на промишелно значим фактор на този ранен етап. Нещата не се променят особено и с първите петролни кризи през 70-те, а за биодизела се заговаря отново и започват да се появяват заводи за производството му чак  в началото на 90-те години.

За разлика от етанола обаче, който се използва основно в САЩ и Бразилия, водеща роля в  биодизеловите технологии има Европа, която по ред причини се явява основен негов производител и потребител като гориво за леки автомобили. Тези причините са от строго специфично регионално естество - дизеловият двигател е значително по-актуален за европйците, а местната селскостопанска продукция е предпоставка за получаване на по-голямо количество мазнинни суровини, отколкото на алкохол. В САЩ от друга страна използват значително по-малкото произведено на тяхна територия количество биодизел за задвижване на автобуси, камиони и селскостпански машини. Едновременно с това обаче, американците ценят ролята на биодизела като идеален и бърз начин за повишаване нивото на цетановото число на дизеловото гориво, произведено в американските рафинерии - биодизелът е сигурно гориво и може да бъде използвано във всякакви пропорции на смесване с нефтения дизел.

Добре известен факт е, че отвъдокеанският дизел е доста нискокачествено гориво с високо съдържание на сяра и ниско цетаново число, тъй като процесите на крекиране и реформиране са насочени към приоритетно получаване на по-голямо количество бензинови фракции с високо октаново число.

Химията

Това, което превръща биодизела в интересен и изгоден енергиен източник е фактът, че може да бъде произвиден от множество различини растителни източници от рода на соя, рапица, кокосови орехи, ленено, конопено и слънчогледово семе, фъстъци и много други. Всяка една от тези суровини е широкоразпространена на различни места по света - в Америка властва соята, в Европа – рапицата, а в Малайзия – кокосът. Общото при всички тези изходни суровини е във високото им съдържание на растителни мазнтини. Въпросните мазнини, познати още като триацилглицероли, са органичини съдинения и подобно на нефтените горива съдържат водород, въглерод и кислород (в този случай в по-голямо количество). Формата на молекулата на глицерола прилича на буквата Е, към която като към скелет са закачени три вериги на мастни киселини – именно защото изграждащите ги молекули са доста големи, използването на растителни масла като горивен източник е толкова трудно. Биодизелът се произвежда чрез процеса транестерифискация, при който въпросната структура реагира със алкохол (етилов или метилов), вследствие на което дългите мастни киселини се откачат от основната конструкция и се преобразуват, изграждайки три отделни естерни молекули (плюс тази на основаната структура). Крайните продукти на процеса са глицерол и метилов (или етилов) естер на мастните киселини, като именно естерите са основния компонент на биодизела.

Основните предимства на биодизела пред нефетения дизел са в това, че първият се произвежда от възстановими източници, независим е от политически прищевки и сътресения, не съдържа никаква сяра и полициклични ароматни въглеводороди, изгаря по-качествено от нефтения дизел и отделя по-малко вредни емисии (въглероден окис и въглеводороди) поради наличието на кислород в химическия му състав. Освен това биодизелът е биоразгражадащ се - тоест при наличие на определени условия и  бактерии, може да се разгради напълно без вредни за околната среда последствия. Приема се също, че това гориво е неутрално по отношение на въглеродния двуокис - консумираният при фотосинтезата на изходната суровина за производството му окис е равен на отделения при изгарянето на горивото. Далеч по-сложен е въпросът с цената на горивото, която в голяма степен зависи от степента и формите на дотация от правителствата по отношение на селското стопанство и инсталациите за получаване на биодизел.

Европа

Европа е най-големият производител на биодизел, а по европейските пътища се движат най-много автомобили, чиито двигатели ползват това гориво. Производството е концентрирано в страните, в които цените на този тип гориво се формират чрез значителни дънъчни отстъпки, а най-голямата от тях е Германия. Следват Франция, Италия, Австрия, Швеция и Обединеното кралство, но напоследък все повече се увеличава производството на биодизел в някои източноевропейски страни като Полша и Чехия. От 1992 година добивът на суровина за производство на биодизел бележи значителен ръст, след като Европейската комисия съдаде регулаторни механизми за използването на земи за отглеждане на нехранителни растения, предназначени единствено и само за производство на енергийни източници и съфинансира първите естерификационни заводи. Според тези механизми процента биогорива, добавени към основното, с нефтген произход гориво трябва да достигне 5,75% през 2010 година. Като цяло прави впечатление желанието на Европейския съюз да търси макар и много бавно изход от ситуацията на непрекъснато нарастващите цени на петролните горива, а в далечна перспектива и на цялостното им заместване с подобни „местно производство”. В същото предложение е създадена и законова рамка за поощряване на производството посредством определени намалени данъчни ставки върху биогоривата.

В момента в Германия има над 1600 станции, на които може да се зареди биодизел и затова дебатите относно проблемите с употербата му са особено шумни и ожесточени. Независимо от критиките обаче е факт, че германиците си остават хора с моралистично и силно екологично ориентирано мислене и не може да се отрече, че в момента с култури, отглеждани с цел производство на биогорива в тази страна са засяти над 1 милион хектара селскостопански земи.

Колкото и страно да звучи, основните консуматори на биодизел са нефтените компании и фирмите за пласмент на нефтени продукти – следват общественият транспорт и такситата. Нефтените компании гледат на биодизела като добавка към основното произведено от тях нефтено гориво по съвсем резонни причини. На първо място то има отлчини смазаващи свойства, а тъй като напоследък на нефтените компании им се налага да произвеждат все по-големи количества нискосерно дизелово гориво, отличаващо се с влошени мазилни качества, биодизелът се явява идеална алтернатива за компенсиране на този недостатък – още повече, че само по себе си биогоривото не съдържа серни съединения. Сред най-големите потребители на биодизел са нефтените компании TotalFinaElf, Agip и Shell, като отскоро последната добавя към част от дизеловото си гориво и 5% синтетичен дизел, произведен от природен газ. Ако погледнем в перспектива, би следвало задължително да споменем, че именно смесите от получени по различен начин сходни субстанции са най-вероятната алтернатива на досегашните класически нефтени горива. В Америка продажби на биодизел започнаха ВР и Chevron, а междувременно  консумацията му  се увеличава с невероятни темпове.

Въпреки че предимствата на биодизела звучат като поезия, а горивото с растителен произход е старателно рекламирана от еколозите алтерантива на изчерпващите се нефтени запаси, биодизелът има и много проблеми – започващи с неособеното желание на двигателите да го приемат без съпротива и завършващи с тежки инфраструктурни дефицити за неговото производство, разпространение и консумация. Някои компании производители дори дадоха заден ход в това отношение и засега не предлагат хранителни системи с възможност за работа с биодизелово гориво, търсейки оправдание в нерегламентираните и неясни изисквания по отношение на граничните норми за нива на вредните емисии в отработилите газове. На практика истинският проблем е че те не се нагърбват със стопроцентови гаранции относно елементите на горивната уредба поради все още различното качество на биодизела предлаган в мрежата.  

Коментари
comments powered by Disqus