1 стр. из 1

В настоящее время практическим единственным источником удовлетворения потребности двигателей внутреннего сгорания (ДВС) в моторном топливе является нефть. Ее роль особенно велика в автотранспорте, на потребности которого тратится более 50% от общего количества добытой нефти, что обусловлено стремительно растущим количеством машин — мировой автопарк насчитывает сейчас более 700 млн. единиц.

XXI век — конец эры нефтяных моторных топлив

Начало XXI в. характеризуется как окончание эры дешевой нефти. В настоящее время стоимость барреля нефти уже составляет более $60, а в ближайшем будущем, по прогнозам специалистов, ее цена возрастет до $100. Более того, к 2010 г. добыча нефти начнет быстро сокращаться, что вступит в противоречие с постоянно растущим спросом на нее.

По разведанным запасам нефти Россия входит в число ведущих нефтедобывающих стран: в ее недрах сосредоточено 12–13% мировых запасов нефти. При этом основные российские потенциальные и вновь открываемые нефтегазовые месторождения расположены в труднодоступных районах с неразвитой или вовсе отсутствующей инфраструктурой, а также со сложными условиями залегания и добычи. Их обустройство, освоение и эксплуатация сопряжены с повышенными затратами, высокой стоимостью добываемой продукции и транспортировки к месту переработки и потребления. Себестоимость добычи нефти в суровых природно-климатических условиях севера Сибири при среднем дебите скважины 5–10 м3/сут составляет $60–80/м3, достигая при существующих мировых ценах на нефть предельной себестоимости. Для сравнения: нефтяные скважины Ирака дают на самоизливе в среднем по 500 м3/сут нефти, а себестоимость добычи не превышает $12–13/м3.

По мнению академика РАН А. Э. Контаровича, если не будут приняты меры по воссозданию отечественных геологоразведочных предприятий и не будут созданы предпосылки для крупномасштабных инвестиций в воспроизводство минерально-сырьевой базы, то серьезный нефтяной кризис в России неизбежен уже после 2010 г.

Одной из причин, влияющих на развитие кризисной ситуации с нефтяным моторным топливом, является увеличение общего числа транспортных средств в России, что, бе­зусловно, ведет к увеличению использования энергии на транспорте. Предполагается, что в РФ к 2010 г. только количество личных автомобилей возрастет в 2–2,5 раза и составит 14–16 единиц на 100 человек населения. Общее же количество автотранспорта возрастет до 46 млн. единиц.
Все более возрастающим фактором, обу­словливающим необходимость перевода автомобильного транспорта на альтернативные моторные топлива, является также ужесточение экологических требований к отработанным газам двигателей автомобилей.

Широко известно, что значительные размеры выбросов токсичных веществ автомобилями наносят огромный ущерб здоровью людей, особенно в крупных городах. За рубежом этой проблемой занялись всерьез — с 1999 г. в развитых странах введены нормы R 83-04 ЕЭК ООН («Евро-3»), устанавливающие снижение концентрации вредных веществ в отработанных газах примерно в 2 раза по сравнению с 1993 г. («Евро-1»).

К сожалению, это не относится к России. В настоящее время в городах РФ на долю автотранспорта приходится более половины объема всех вредных выбросов в атмосферу. Особенно критическое положение сложилось в мегаполисах, где эта величина превышает 70% (в Санкт-Петербурге — 77%, в Москве — 88%).

Это связано с тем, что большинство из 36 млн. автомашин в России не соответствует даже устаревшим требованиям «Евро-1». Суммарные выбросы канцерогенных веществ из двигателей автомобилей в нашей стране составляют более 20 млн. т/год. Один автомобиль ежегодно поглощает из атмосферы в среднем более 4 т кислорода, выбрасывая при этом с отработанными газами примерно 800 кг угарного газа, 40 кг оксидов азота и почти 200 кг различных углеродов. В результате по России от автотранспорта за год в атмосферу поступает огромное количество только канцерогенных веществ: 27 тыс. т бензола, 17,5 тыс. т формальдегида, 1,5 т бензопирена и 5 тыс. т свинца. В итоге уровень концентрации оксидов азота, углерода и других вредных веществ на улицах российских городов в 10–18 раз превышает предельно допустимые концентрации (ПДК).

Вызывает тревогу и тот факт, что, несмотря на проводимую работу, выбросы загрязняющих веществ в атмосферу от автотранспортных средств увеличиваются в год в среднем на 3–5%. В результате величина ежегодного экологического ущерба от функционирования транспортного комплекса России составляет более $3,5 млрд. и продолжает расти.
Введение на территории России с 1 января 2001 г. нормы «Евро-2» пока является чисто декларативным актом, поскольку нерациональная структура отечественной нефтепереработки (недостаточны мощности вторичных процессов) определяет низкое качество производимых бензинов и дизельного топлива, не соответствующих современным требованиям. С другой стороны, оставляет желать лучшего качество отечественных автомобильных двигателей. Поэтому в настоящее время единственным путем повышения экологичности автотранспорта является его перевод на альтернативные топлива.

Перспективы использования альтернативных видов моторных топлив в России

Учитывая общие тенденции развития мировой энергетики (удорожание нефтепродуктов) и возможные пути разрешения экологических проблем, становится очевидным, что в уже ближайшее время должна быть решена проблема перехода автомобильного транспорта на альтернативные виды топлива.

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.): при нормальной температуре и давлении в 1,6 МПа они переходят в жидкое состояние. Следует отметить и более низкую себестоимость их производства по сравнению с бензином.

При рассмотрении перспектив применения СУГ в России следует иметь в виду, что эти газы являются химическим сырьем и незаменимым технологическим материалом в ряде производств, а также широко используются для бытовых нужд в местах, удаленных от газопроводов. Таким образом, ресурсы СУГ, которые могут быть выделены для использования в качестве моторного топлива, ограничены. Более того, затраты на добычу попутного нефтяного газа в 6–8 раз выше по сравнению с природным газом. Ввиду этого уже в ближайшие 10–15 лет использование СУГ как моторного топлива полностью прекратится.

Синтетический бензин. Сырьем для его производства могут быть уголь, природный газ и другие вещества. Наиболее перспективным считается синтезирование бензина из природного газа, который окисляется в присутствии катализатора в синтез-газ, содержащий СО и Н2. Моторные топлива из синтез-газа производятся либо с использованием процесса Фишера-Тропша, либо 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 (в зависимости от технологии получения) дороже нефтяных. С учетом этого, в ближайшие 20–30 лет данный вид моторного топлива вряд ли будет широко использоваться в РФ.

Метанол. Как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Данные обстоятельства обеспечивают его широкое применение на гоночных автомобилях. Метанол может смешиваться с бензином и служить основой для эфирной добавки — метилтретбутилового эфира (МТБЭ), который в настоящее время 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 ввиду его высокой стоимости в нашей стране не используется.

Электромобили. Интерес к электромобилю, работающему на электричестве от аккумуляторных батарей, обусловлен в начале XXI в. 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. Однако на подобных батареях без подзарядки нельзя проехать более 150 км, и менять их приходится как минимум раз в три года. Существуют и более перспективные 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, — 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. Ввиду этого в России, обладающей значительными запасами первичных энергоносителей и низким уровнем благосостояния основной части населения, в ближайшие 30 лет это направление в автомобилестроении не является актуальным.

Этанол. Спирт питьевой, обладающий высоким октановым числом и энергетической ценностью, является отличным моторным топливом. Серьезность отношения к спиртовым топливам в мире определяется уровнем их применения в транспортных средствах. Так, в 90-х гг. прошлого столетия в Бразилии чистый этанол в качестве моторного топлива использовали более 7 млн. автомашин и еще 9 млн. машин — его смесь с бензином (газохол). Однако в последние годы здесь наметился спад в использовании этанола как топлива.

США является вторым мировым лидером по масштабному изготовлению этанола для нужд автотранспорта. Этанол используется как «чистое» топливо в 21 штате, а этанол-бензиновая смесь составляет 10% топливного рынка США и применяется более чем в 100 млн. двигателей.

Стоимость этанола в среднем гораздо выше себестоимости бензина. Всплеск интереса к его использованию в качестве моторного топлива за рубежом обусловлен налоговыми льготами. Так, в США продавцам компенсируются убытки в случае, если они продают этанол по цене бензина. Срок действия льгот — до 2007 г. Для России идея использования автомобиля на этаноле в данное время 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 такое топливо уже сейчас составляет 3% общего рынка дизельного топлива при наличии производственных мощностей до 30 тыс. т/год; во Франции эти мощности составляют 20 тыс. т/год; в Италии — 60 тыс. т/год. 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.

Шахтный метан. В последнее время к числу альтернативных видов автомобильных топлив стали относить и шахтный метан, добываемый из угольных пород. Так, 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 скважинами, пробуренными 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. В США за период с 1988 по 2000 гг. добыча угольного метана из специальных скважин возросла от 1 млрд. 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. Наиболее газоносными являются пласты угля Воркутинского месторождения и Кузбасса. 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 перспективный источник альтернативного моторного топлива для угольных регионов России.

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 его производства 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 их 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 ХХI 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. Природный газ как моторное топливо может применяться как в виде компримированного, сжатого до давления 200 атмосфер, газа (КПГ), так и в виде сжиженного, охлажденного до –160 °С газа (СПГ).

Полная или частичная перепечатка материалов - только разрешения администрации!