По бразильской системе
Колебания цен на традиционные энергоносители неизбежно порождают разговоры о необходимости перехода на альтернативные виды топлива. Исследователи успели предложить целый ряд решений: гибриды, автомобили на водороде, электромобили, а также различные виды топлив, получаемых из отходов производства и сельхозкультур. За разъяснениями по поводу перспектив использования биотоплива в России, последних разработок в этой области «АБС-авто» обратился к заведующему отделом рабочих процессов и имитационного моделирования энергетических установок Государственного научного центра РФ ФГУП «НАМИ», докт. техн. наук Андрею Козлову. Как объясняет эксперт, есть спиртовое топливо, которое используется с бензином, и наши стандарты это допускают (около 5% спирта). Такой вид горючего подходит для двигателей с искровым зажиганием. Для дизельных моторов используется еще один вид биотоплива – биодизель. Его производят главным образом из растительных масел через процесс переэтерификации вместе со спиртами. В результате получается смесь метиловых или этиловых эфиров жирных кислот. На данный момент в «НАМИ» идут испытания как раз этого вида биотоплива и необходимых при его использовании агрегатов. По результатам работы ясно, что такое горючее (его даже не производят в России, и тесты проводятся на импортном топливе) не будет дешевле обычной солярки. Сам биодизель покупали в Бразилии и завозили через Европу. В Бразилии больше всего автомобилей, которые могут работать на биотопливе, полученном из этанола. Причем Бразилии выгодно производить биотопливо. Стране проще вырастить сахарный тростник и получить из него горючее, чем закупать нефть. У нас ситуация другая: у России есть запасы нефти, а отводить землю под выращивание, к примеру, кукурузы для последующего производства спирта нецелесообразно. То же самое с рапсом и получаемым из него маслом для биодизеля.
За и против
Как показывает практика, себестоимость горючего для экологически чистого мотора выше по сравнению с традиционным. В Германии цены на био- и обычное топливо выровняли с помощью налоговых преференций для «зеленых» технологий. Другое дело, что биотопливо меньше загрязняет окружающую среду. Снижается выброс CO, CH, уменьшается дымность, правда, несколько увеличивается выброс оксидов азота. Главное – снижается уровень загрязнения парниковыми газами (примерно на 85%). Произрастая, сельхозкультура поглощает СО2 из атмосферы, при сжигании – отдает его обратно. Получается своего рода замкнутый цикл. Кроме того, использование «зеленых» технологий позволяет европейцам меньше зависеть от поставок нефти. Часто к недостаткам биотоплива относят необходимость использования для его производства части сельскохозяйственной продукции. Это, в свою очередь, ведет к подорожанию продуктов питания в магазинах. В принципе, говорит Андрей Козлов, существуют технологии получения биотоплива из непищевых культур. Для этого можно использовать отходы фастфуда или рыбоперерабатывающих предприятий. В последнее время активно разрабатываются технологии получения топлива из водорослей. Биотопливо имеет более высокое цетановое число 47–63, содержит меньше серы. К недостаткам относят более низкую теплоту сгорания, соответственно расход топлива увеличивается примерно на 12–14%. Так что даже при обеспечении одинаковой цены на биогорючее и традиционное топливо первое все равно потребует больших затрат. Также примерно на 10% падает и мощность. Экотопливо имеет, ко всему прочему, относительно высокую температуру застывания, что в российских условиях создаст определенные трудности для конечного потребителя. Так что без специальных присадок такое топливо может застыть при температуре воздуха –10°С.
Бабка за дедку
Применение биодизельного горючего повлечет за собой и доработку топливной системы. Так, горючее обладает относительно высокой химической агрессивностью. Обычные резиновые прокладки не выдержат работу с биодизелем. Их приходится заменять на фторсодержащие изделия. Адаптируется и трубопроводная система: пластмассы и резина заменяются на фторопласт или нержавейку. Одновременно и преимуществом, и недостатком выступает биоразлагаемость биодизельного горючего. С одной стороны, если случайно пролить его – оно не нанесет вред окружающей среде. С другой – при долгом хранении оно может испортиться, его попросту съедят бактерии. В принципе зарубежные исследования показывают, что биодизель никак не влияет на ресурс работы двигателя. Единственный минус – возможное закоксовывание форсунок. Влияет на это сырье, из которого получен биодизель: рапсовое масло, подсолнечное или соевое, и технология получения биотоплива. Есть фильтры, в которых используется клей для соединения бумажных и металлических элементов. Биотопливо также может оказать негативное воздействие на него. В «НАМИ» сейчас отрабатывается технология использования бесклеевого соединения. Соответственно такой фильтр будет устойчив к экогорючему. В Европе подобные фильтры уже выпускают серийно и имеют специальное обозначение. В зарубежных инструкциях к автомобилям обычно указывается, могут ли они использовать биотопливо, и какой процент его разрешен к эксплуатации. Используют экогорючее чаще всего в странах, желающих снизить зависимость от традиционных источников энергии. К примеру, широкое распространение получили гибкие топливные системы в Бразилии. В такое транспортное средство можно заливать как бензин, так и этиловоспиртовую смесь. Машина оборудована датчиком состава топлива. С его помощью определяется процент спирта в горючем. Далее происходит корректировка подачи топлива в мотор. Для конечного пользователя работа датчика незаметна. Как правило, гибкие топливные системы более устойчивы к воздействию агрессивных составов. На рабочем состоянии мотора вид горючего не сказывается.
Во всеоружии
Хотя применение «зеленых» технологий пока экономически не оправдано в нашей стране, в РФ есть государственная программа, связанная с расширением использования альтернативных топлив. Один из разделов подразумевает разработку научно технической базы по дизелестроению. Россия хочет быть готова к использованию различных альтернатив имеющимся топливам. Задача – дать ответ, каким образом имеющиеся двигатели можно переоборудовать для применения разных топлив. В принципе идея применения биотоплива в России прорабатывалась. Предполагалось, что альтернативное горючее будут использовать фермеры, вырабатывая его из части выращенных ими сельхозкультур. Земледельцу потребовалась бы специальная установка для получения топлива, пусть и не супервысокого качества, но пригодного для работы сельхозтехники, оборудованной дизелями. Дальше идеи дело все-таки не пошло. Были предприняты некоторые попытки на Украине, но полученное экотопливо было далеко по своим эксплуатационным характеристикам от настоящего биодизеля, соответствующего европейским стандартам.
Что имеем
Тем не менее в «НАМИ» ведутся работы по адаптации топливной системы автомобиля к биотопливу. В частности, разработан фильтр предварительной очистки, рассказывает директор Испытательного центра продукции автомобилестроения ФГУП «НАМИ» канд. техн. наук Владимир Волков. В случае с биодизелем необходимо обеспечить отделение воды, подогрев горючего. Работы начались в сентябре прошлого года, и в данный момент проводятся испытания. Продукт позволяет обеспечить четыре ступени очистки (элемент предварительной очистки, завихритель, сепаратор и, наконец, сам фильтрующий элемент из водоотталкивающей бумаги). В рамках государственных контрактов с Федеральным агентством по науке и инновациям во ФГУП «НАМИ» ранее уже проводились поисковые научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по экспериментальным исследованиям и адаптации отечественных дизелей для работы на биодизельных топливах. Испытания проводились на базе ФГУП «НАМИ» на моторном стенде фирмы VSETIN, Чехословакия. Стенд был оснащен газоаналитическим оборудованием фирм Yanagimoto и Backman, реализующим пламенно-ионизационный и хемилюминесцентный методы измерений выбросов загрязняющих веществ в атмосферу, комплексом для измерения частиц фирмы AVL, дымомером фирмы Hartridge и комплексной системой регистрации параметров и управления, разработанной ФГУП «НАМИ». Оборудование стенда позволяет проводить испытания как по Правилам ЕЭК ООН, так и по собственным программам испытаний. Объектом испытаний являлся дизель ЯМЗ-236НЕ 2–3 производства «Автодизель» с непосредственным впрыскиванием топлива, турбонаддувом и промежуточным охлаждением воздуха. Для обеспечения работы дизеля на биодизельном топливе разработана конструкторская документация на изменяемые детали и изготовлен опытный образец системы топливоподачи, включающий систему топливоподготовки – фильтр грубой очистки с водоотделителем и подогревателем и систему топливоподачи – адаптированный ТНВД с увеличенной подачей топлива. Основные отличия от серийной системы – использование материалов, обеспечивающих необходимую надежность и ресурс дизеля при работе на биодизельном топливе В100, необходимые регулировки для обеспечения базовых мощностных показателей и улучшенных экологических показателей. Испытания дизеля ЯМЗ-236НЕ 2–3 в штатном исполнении и с адаптированной системой топливоподачи показал, что: • применение биодизельного топлива позволяет снизить выбросы СО на 3,7%, СхНу на 12,9%, дисперсных частиц на 22,4%, при повышении выбросов NOx на 23,2%, также снижается максимальный крутящий момент на 3,2%, номинальная мощность на 11,1%, удельный расход топлива увеличивается на 13,2% по сравнению с работой на дизельным топливе на штатной топливной аппаратуре; • модернизация топливной аппаратуры и выбор оптимального угла опережения впрыска топлива позволили при работе на биодизельном топливе обеспечить максимальный крутящий момент и номинальную мощность на том же уровне, что и при работе на дизельном топливе, при этом наблюдалось снижение выбросов СхНу на 3,2%, дисперсных частиц на 12,2%, NOx на 12,7%. Исследования продолжаются и в настоящее время.
