Альтернативная реальность

Острейшие проблемы современной цивилизации – истощение невозобновляемых запасов сырья для топлива и ухудшение экологии в процессе его производства и использования. Но и эта ситуация не вечна. В конце концов нефть, газ и уголь закончатся, а планета превратится в свалку токсичных отходов. Поэтому человечество ищет выход в использовании альтернативного топлива – возобновляемого, экологичного и дешевого.

Самые популярные альтернативы сегодня – электричество, водород и биотопливо. Электромобили уже не кажутся чем-то необычным. А вот на водородных и биотопливных транспортных средствах стоит остановиться подробнее – в конце концов, это наше возможное будущее!

Все в топку!

C момента разработки в XIX веке двигателя внутреннего сгорания изобретатели не переставали экспериментировать с топливом для него. В ход шло все, что могло гореть: керосин, бензин, светильный газ, сырая нефть, угольный порошок… Однако уже к началу ХХ века схема двигателя внутреннего сгорания на бензине и солярке окончательно вытеснила с рынка и паровые двигатели, и двигатели на светильном газе. Бензин и дизельное топливо безальтернативно заливались в баки до 30-х годов прошлого столетия, пока перед Германией и СССР не встал вопрос достаточности обеспечения вооруженных сил горючим. Это дало толчок интенсивным работам по получению формулы искусственного топлива. Во время Второй мировой войны Третий рейх массово производил синтетический бензин и дизтопливо из угля, а в СССР вышло постановление о создании промышленной отрасли искусственного жидкого топлива из угля и древесины.

После окончания войны три немецких завода по производству такого горючего были перевезены в Советский Союз. Заработал только один из них – Новочеркасский, поскольку в это время в Сибири были открыты богатые месторождения нефти и острая необходимость в синтетическом топливе отпала. Однако после нефтяного кризиса 1970-х годов вопрос об альтернативном горючем вновь стал актуален во всем мире.

Одним из самых перспективных решений этой задачи является использование водорода.

Первый у Менделеева

Транспортные средства, работающие сегодня на водороде, делятся на две категории: с двигателем внутреннего сгорания и с использованием топливных элементов. Последние фактически являются электромобилями с водородной мини-электростанцией, тогда как в первом варианте водород используется как топливо в несколько видоизмененном двигателе внутреннего сгорания.

Надо сказать, что водород очень привлекателен в качестве горючего – при сгорании он дает в три раза больше энергии, чем бензин, а его выхлопом является безвредная вода.

Именно на водороде работал созданный в 1806 году двигатель Франсуа Исаака де Риваза.

А в нынешнем, 2012 году в Италии начались испытания сельскохозяйственного трактора на водородных топливных элементах. Трактор будет использоваться во всех видах полевых работ. Заправку топливом планируется производить на энергонезависимой ферме одним из трех способов: электролизом воды при помощи электричества, полученного от солнечных батарей, паровым риформингом биогаза либо анаэробным брожением биомассы с последующим отделением водорода из получившейся смеси газов.

«Зеленый» двигатель

 

Велосипед с водородными топливными элементами

Биомасса как сырье для получения биотоплива на сегодняшний день является шестым по запасам из доступных на сегодня источников энергии после горючих сланцев, урана, угля, нефти и природного газа и пятым по производительности возобновляемым источником энергии после прямой солнечной, ветровой, гидро- и геотермальной энергии. Биотопливо подразделяется на жидкое (спирт и биодизель) и газообразное (биогаз).

Биодизель – топливо, получаемое из биологического сырья и потому полностью воспроизводимое. По теплотворной способности биодизельное горючее мало уступает нефти, удобно в хранении (мало испаряется, не сорбирует воду). Но есть у этого вида топлива и проблема – ограниченная площадь для засаживания растениями-сырьем, поскольку часть земель используется под сельскохозяйственные культуры и заготовление корма для скота, а истощение сельскохозяйственных земель чревато голодом. Кроме того, урожай растений для биотоплива нестабилен, что может привести к дефициту топлива при неурожае.

Впрочем, взвесив все «за» и «против», Министерство обороны США в 2008 году подписало договоры общей стоимостью $34,8 млн с компаниями General Atomics и Science Applications International о разработке альтернативного топлива из водорослей для военно-воздушных сил.

Спирт на благо человека

С2Н5ОН также является полностью возобновляемым ресурсом, производство которого в мире хорошо отлажено. Хранение и применение спирта не доставляет проблем. Однако этот вид топлива не лишен недостатков, в основном связанных с энергоемкостью концентрирования полученного спирта. Альтернативный способ выработки – использование специально синтезированных полимерных мембран, делающих процесс проще и дешевле, сегодня предлагает российский Институт нефтехимического синтеза РАН. А в 2012 году американская компания Bio Architecture Lab заявила о том, что научила генно-модифицированные бактерии перерабатывать содержащуюся в бурых водорослях альгиновую кислоту в этанол. По прогнозам ученых, с одного гектара морской фермы можно получить 19 тысяч литров спирта в год. При этом культивирование водорослей не требует пахотных земель, удобрений и пресной воды.

Спокойно: газы!

 

Поезд на биотопливе

Наконец, биогаз (смесь метана, углекислого газа и азота), вырабатываемый анаэробными метансинтезирующими бактериями из любой биомассы, делает технологию его производства простой, дешевой и безотходной, а сам источник – полностью возобновляемым. После очистки биогаз может использоваться в любых двигателях, рассчитанных на использование природного газа. Например, в 2005 году шведская компания Svensk Biogas выпустила на железнодорожную линию, идущую вдоль восточного побережья страны, автомотрису (самоходный вагон) вместимостью 54 пассажира с двумя двигателями, работающими на биогазе. Дальность хода на одной заправке транспортного средства составляет 600 километров, максимальная скорость – 130 км/ч.

Роботы на подножном корме

Впрочем, помимо вышеописанных источников альтернативного топлива есть и еще один, весьма привлекательный – это отходы.

Ведь в бытовом мусоре значительную часть составляют вещи из горючих компонентов, которые могут дать большое количество тепловой энергии.

В 2005 году немец Кристиан Кох представил аппарат, который способен перерабатывать в альтернативное топливо любой мусор – стаканчики из-под йогуртов, старые шины, сорняки и даже дохлых кошек. Все эти отходы варятся в котле при температуре 300 градусов, в процессе происходит выделение углеводородов, которые затем при помощи катализатора превращаются в альтернативное дизельное топливо.

В 2009 году американская компания Robotic Technology объявила о разработке робота на электропаровом двигателе, вода в котором будет греться путем сжигания органических материалов – травы, дерева, старой мебели и даже трупов. Помимо биомассы, робот способен использовать и многие другие виды топлива: бензин, тяжелое горючее, керосин, дизельное топливо, пропан, уголь, кулинарное масло и солнечную энергию.

 

Схема получения водорода из биомассы