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 10% 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 10% 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 10% 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 10% 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 10% отстъпка.

auto motor und sport Bulgaria logo

Porsche и синтетичните горива

21.10.2021 13:17
Porsche и синтетичните горива

Как автомобилите могат да се движат с горива създадени от вода и въздух

Какво ще се случва с автомобилите задвижвани с двигатели с вътрешно горене докато електромобилите не завладеят изцяло пазарната сцена? Повече от ясно е че това ще е дълъг процес дори при леките коли в които развитието в тази насока се случва най-бързо и включва усъвършенстване на батериите до приемливо ниво, изграждане на адекватна инфраструктура за зареждане и постепенното заместване и на старите автомобили с електрически. По-бавно това ще става при товарния и въздушния транспорт. Усъвършенстването на двигателя с вътрешно горене е ключов фактор в този преход, но съществен елемент в общото уравнение за намаляване на емисиите включени в целия цикъл от добива на суровината до задвижването на автомобила (т.нар. well-to-wheel емисии) са и горивата. 

В цялата автомобилна история горивата с нефосилен произход периодично придобиват значимост в една или друга степен. През последните десетилетия причините за това се коренят в едновременния процес на повишаване на изискванията за емисии и на цените на въпросните горива. Балансът на тези причини се промени в полза на първия фактор, тъй като доскоро цените се задържаха на сравнително умерени нива, най-вече заради активния добив на нефт от шисти в Щатите. Така все по-голямо значение придобиват изискванията за емисии, а фактът че Германия е водеща страна в развитието на алтернативни източници на горива има няколко аспекта на обосновка – от една страна е фактът че автомобилната промишленост, в която двигателят с вътрешно горене все още е технологична сърцевина, е водеща за страната индустрия. От друга стои историческият аспект – химията винаги е била сред най-важните  технологични отрасли в страната. Точно преди 100 години, през 1921 година Фридрих Бергиус представя своя процес за хидрогенизация на въглища в условията на високо налягане и присъствие на катализатор. Четири години по-късно факт става и процесът Фишер-Тропш, чиито разновидности днес са в основата на производството на почти всички синтетични горива. Това е възможно поради своеобразната „универсалност“ на процеса – тъй като първоначалната суровина каквато могат да бъдат различни въглеводороди се преработва до получаване на въглероден окис и водород, от която след това, чрез органичен синтез се получават течни въглеводороди с различна композиция. Последните могат да се преработват в рафинериите до ниво на висококачествени бензин, дизелово гориво, керосин и масла. Добавяните в момента в стандартните горива етанол (получен чрез ферментация, или ензимна хидролиза) и биодизел, (получен чрез трансестерификация) нямат статут на синтетични горива. 

Синтетични въглеводороди 

През Втората Световна Война за суровина за производството на горива по процеса Фишер-Тропш се използват въглища поради изобилието им в Германия и липсата на достъп до нефтени източници. По същата логика обаче са суровина могат да се използват други въглеводороди/целулоза като биомаса, включително дървени стърготини и въглеводородни газове като метан. Така се ражда терминът X-to-Liquid (XtL) горива в които се включват процесите на преработка на биомаса (BtL) и на метан (GtL). Все по-голяма важност напоследък обаче придобива разновидността на процеса Power-to-Liquid, продуктите от който са известни и с наименованието E-Fuels или E-горива. При този процес с помощта на електрическа енергия от вода се извлича водород, а от индустрията или директно от въздуха се доставя въглероден двуокис, от който се добива въглероден окис. От този момент се следва второто звено в процеса на Фишер-Тропш. На пръв поглед неефективен, този процес обаче има няколко стратегически ползи – като начало се използва излишна електрическа енергия от вятърни или соларни електроцентрали. Вятърните централи в Северно море например често могат да произвеждат огромни излишни количества енергия, която трудно се пренася до южната част на страната. При производството се отнема въглероден двуокис от атмосферата, а при електролизата се отделя кислород. Така общото уравнение на производство на горивото може да се доведе до ниво на „въглеродна неутралност“ и дори стари автомобили да станат екологично чисти в този аспект. Разбира се това е много относителен поглед тъй като автомобилите продължават да отделят останалите замърсяващи вещества като азотни окиси, въглеводороди, въглероден окис и твърди частици. Освен това автомобилите с двигател с вътрешно горене не могат да бъдат приравнени с електрическите с тяхното нулево ниво на локални емисии, което е много важно за замърсения въздух на градовете. 

Porsche и Siemens Energy като производители на бензин 

През 2013 г. Audi представи своя процес “e-gas”, който в известна степен бе предвестник на съвременните E-Fuels. С помощта на електричество се произвежда водород, който чрез Фишер-Тропш процес и въглероден двуокис от въздуха се преработва до метан. Задвижваните от този газ модели на Audi g-tron на практика са въглеродно неутрални. 

Сега ролята на стожер в областта на синтетичните горива в концерна Volkswagen е приел Porsche, който разработва подобни технологии заедно със Siemens Energy. Има логика в това решение. Въпреки че смята до 2030 година да произвежда и продава около 80 процента  електрически автомобили Porsche, който вече не предлага дизелови модели би могъл да намали въглеродния отпечатък на своите модели чрез Е-горива. Компанията както и останалите имат подкрепата на Германското министерство на транспорта и дигиталната инфраструктура, която подпомага финансово проектите чрез фонда за Енергията и климата (EKF) и Националната водородна стратегия.                     

Porsche и Siemens Energy строят пилотен завод за производство на Е-горива в Чили, където вятърните турбини работят с висока ефективност почти постоянно и по този начин могат да произвеждат евтино, климатично неутрален бензин и дизелово гориво. Според шефа на развойната дейност на Porsche Михаел Щайнер Porsche си е поставила за цел през 2024 година да произвежда достатъчно Е-горива за да осигури на всички нови Porsche 911 възможност за зареждане за една година. Очаква се заводът в Чили да започне производството през 2022 година с първоначален производствен капацитет от 55 милиона литра на година. 

Голямото предимство на Е-горивата пред електрическото задвижване се състои във факта че не са необходими инвестиции в зарядни системи – горивата могат да се доставят на базата на същата логистична система и в същите бензиностанции без никакви промени. Заради  стимулите и факта че има политическо желание синтетичните горива да бъдат приети като важен елемент в опазването на околната среда се смята че до 2030 година делът им в общото количество продадени горива ще достигне 23 процента. 

Какво се случва реално с двигателя? 

За да провери поведението на синтетичните горива в реални условия auto motor und sport оборудва два автомобила – любезно представени от Porschе – със системи на партньорската компания Emissions Analytics. От Porsche осигуряват и горивото Posyn (от Porsche Synthetic Fuel). Единият 911 е зареден с високооктанов бензин (98H), а другият със синтетичното гориво Posyn C11. Процесът на производството му включва не точно гореописания и засега е базиран на биомаса, а при синтеза междинно се получава метанол, който след това на базата на патентования от ExxonMobil процес methanol-to-gasoline (бензин от метанол) се превръща в бензин. Поради наличието и в двата случая на органичен синтез и последваща преработка на получените въглеводороди до нужните (в случая бензин със съответния реформинг), изходната суровина не е определяща за качествата на горивото. Така Posyn Ci11 съответства на EN 228, европейския стандарт за изискванията и тестовите методи за безоловен бензин.  

В теста на auto motor und sport автомобилите и с двете горива и двата автомобила покриват заводските данни за ускорението до 100 км/ч, а при ускорението до 200 км/ч Е-горивото осигурява с една идея по-добри параметри. Това вероятно се дължи на факта че при тези максимални натоварвания едната единица по-високо октаново число на Posyn спрямо конвенционалния бензин (99 срещу 98 октана) оказва някакво, макар и минимално влияние (значение има и октановото число на отделните фракции в бензина). И двата модела се задвижват от бензинов боксерен битурбо мотор с работен обем от 2981 см3, имат мощност от 331 кВт (450 к.с.) при 6500 об./мин, въртящ момент от 530 Нм при 2300 об./мин и предават мощността си през осемстепенна трансмисия с два съединителя. 

По отношение разхода на горивото резултатите чертаят друга картина: задвижваният от Е-горивото 911 изразходва средно в теста 12,3 л/100 км бензин, а този с конвенционален бензин 11,5 л/100 км, което прави разлика от 7,1 процента. Разликата в емисиите на въглероден двуокис е 6,3 процента в полза на конвенционалния. Комбинираният разход включва цикли на движение на аутобан (160 км с максимум 130 км/ч, 80 км с максимум 160 км/ч), както и градско движение (42 км със средна скорост от 27 км/ч). В това отношение обаче трябва да бъде пояснено че измерванията не са направени на тестови стенд, а в реални условия на измерване с различен трафик и метеорологични условия. С други думи, според колегите извършвали измерването в случай че условията са били разменени, вероятността за достигане на обратните данни би била напълно възможна. Що се касае до останалите вредни емисии може да се каже че синтетичното гориво значително превъзхожда конвенционалния бензин. Нивата на въглероден окис са с 18 процента по-ниски, а на азотни окиси с до 71 по-ниски (при скорост на движение от 131 км/ч) при Posyn. Най-големият потенциал за намаление се отбелязва по отношение на твърдите частици. Тъй като системата за измерване Semtech LDV на Emissions Analytics в конфигурацията за Porsche 911 не може да измери нивата на твърдите частици, данните за последните са от тестовете на стенд на самата компания Porsche, на тест базиран на цикъл на шофиране в реални условия наречен RDE-max с генериране на максимални нива на NOx и твърди частици. Резултатите показват с над 40 процента намаление на масата на твърдите частици и с над 20 процента на количеството на твърдите частици при синтетичното гориво в сравнение с конвенционалния бензин. Една от причините за това е че във Posyn не фигурират съдържащи кислород въглеводороди, с изключение на метил-терт-бутил етер (MTBE), който в конвенционалните горива се използва за повишаване на октановото число, респективно за ограничаване на детонациите и повишаване на ефективността на горивния процес. Трябва да се има предвид че и двата автомобила са оборудвани с филтри за твърди частици за бензинови агрегати и това в голяма степен компенсира по-високото ниво на частици при конвенционалния бензин. В случай че автомобилът не е оборудван с такъв филтър, а това е важно предвид възрастта на автомобилите в Европа, респективно в България, почти всички разлики ще са още по-драстични. Делът на компонентите произведени на базата на възобновяеми източници при Posyn е 65 процента, което означава че с отчитане на целия цикъл на натрупване на емисии „от кладенеца, до колелата“ (well-to-wheel), тоест от добива до изгарянето в двигателя с вътрешно горене снижаването на емисиите ва въглероден двуокис ще достигне 30 процента и по този начин автомобилът може да влезе в зони на намалени данъчни ставки. 

Всичко това означава че при едросерийно производство на подобно синтетично Е-гориво в което производствената цена се намали, то има значителни предимства по отношение на отделяните емисии. Това е още един елемент в уравнението за намаляване на емисиите на транспорта и е от особена важност за държави което трудно изграждат своята инфраструктура за електрически автомобили. 

Дали обаче това все пак не е екзотично гориво за екзотични автомобили, което има за цел да легитимира иначе високите им нива на емисии на въглероден двуокис? Може да се каже и така. За производството на един литър дизелово Е-гориво са необходими 20 кВтч електрическа енергия. Ако един автомобил с дизелов двигател изразходва 6 л/100 км гориво това означава 120 кВтч разход, което го прави изключително неизгоден спрямо електромобил, който изразходва средно 20 кВтч електроенергия на 100 км. Освен това дори и цялата електрическа енергия, произвеждана в Германия да бъде впрегната в производството на Е-горива, няма да се достигне и 40 процента от потребяваното от транспорта гориво. При цената на тока в тази страна икономическата изгода е да се произвеждат такива горива само при излишък от електроенергия, при което Е-горивата се превръщат в един полезен буфер. Затова производството на такива продукти ще бъде изнесено именно към държави в Южна Америка, Африка и Близкия Изток, където има възможност за генериране на големи количества енергия от възобновяеми източници.

Всичко това връща топката отново към алтернативното производство на синтетични горива от биомаса, които значително намаляват крайните емисии на въглероден двуокис. При това не става дума за добавяните в момента в горивата биоетанол и биодизел, чието производство влияе на производството на хранителни продукти и според последните европейски директиви ще бъде намалено. И още един важен факт – пътният транспорт има дял от едва 9,4 процента от отделяния въглероден двуокис. Централите за електричество имат дял от почти 20 процента от тези емисии, а индустрията от над 40 процента. Делът на въздушния транспорт е едва 2,8 процента.   

Текст: Георги Колев, Йенс Драле, Кристиян Бангеман, Дирк Гулде 

 

Алтернатива за други видове транспорт 

Алтернативните горива са от особена важност при морския и въздушния транспорт, при които електрификацията е практически невъзможна на този етап. Затова при тях трябва да бъдат използвани други стратегии. Алтернатива за товарния наземен транспорт могат да бъдат горивните клетки, но при корабите и самолетите възможностите се състоят в подобряване на ефективността на двигателите и на горивата – особено предвид факта че тези машини имат значително по-дълъг жизнен цикъл от този на автомобилите. За целта вероятно ще се използват синтетични горива с характеристиките на керосин, които ще се смесват с конвенционален. Вече съществуват различни пилотни проекти за производство на така наречения Drop-in-Kerosene. Синтетичен керосин може да се произвежда на базата на биомаса като целулозни остатъци, включително отпадъчно дърво или чрез процеса Power-to-Liquid, наричан още EE-Kerosene.   

Коментари
comments powered by Disqus