Автомобильное топливо будущего

Русский миллионщик Рябушинский подарил последнему бухарскому эмиру Сеиду автомобиль, который местные хранители шариата стали называть шайтан-арбой. Сеид - генерал русской армии, воспитанный в Петрограде, «сущий бездельник и развратник», одинаково любивший и гаремных одалисок, и европейских красавиц, был властителем над жизнью и смертью своих подданных. Единственное, чего не мог себе позволить эмир, — это пропускать намаз и кататься на машине. Мусульманские фанатики, готовые раболепно выполнять любое его желание, такой бунт не простили бы и самому аллаху. И Сеид не посмел бунтовать против шариата.

Но движение прогресса неумолимо. Оно коснулось и мусульманского мира. По иронии судьбы, безжизненные, проклятые аллахом и людьми пустыни оказались подземными оазисами, в которых протекали реки из «черного золота». А золото, как известно, стирает грани между религиями, режимами, расами.

Сейчас самые дорогие автомобили Rolls-Royce, Mercedes-Benz, Lincoln и Ferrari принадлежат мусульманским шейхам и вождям племен, тысячелетиями кочевавшим по выжженным пустыням Ближнего Востока. Теперь же нефть, добываемая в этих краях, позволяет ездить в отделанных золотом и сапфирами шикарных, изготовленных по индивидуальным заказам лимузинах.

Богатства нефтяных шейхов не знают прецедентов в мировой истории. Аллах словно нарочно припрятал несметные богатства под безжизненными и отталкивающими нищетой фауны и флоры песчаными дюнами, чтобы в час истины отдать их в руки правоверных.

Рузвельт был великим политиком, ибо думал не о том, что произойдет на следующих выборах, а о том что произойдет со следующими поколениями. И потому, предвидя роль нефти в послевоенном мире, пригласил на палубу крейсера «Мэрфи» короля Ибн-Сауда. Чтобы властитель нефтеносных земель счастливой Аравии чувствовал себя как дома, на палубу были доставлены 50 живых овец. Сердце короля было завоевано янки. Тем более что на прощание «белолицый вождь» подарил стареющему королю свою запасную инвалидную коляску. Но король был слишком объемным, чтобы вместиться с королевской вальяжностью в нее. Впрочем, он хранил ее до самой смерти на специальном подиуме как символ признания рода Саудов Америкой.

Черчилль, который болезненно реагировал на то, что Англия становится второразрядной державой, тщетно пытался подражать лидерам великих наций. Он тоже встретился с Ибн-Саудом. При прощании английский премьер подарил шкатулку для духов ценой 100 фунтов тогда еще нищему королю. В ответ Ибн-Сауд преподнес в дар сабли и кинжалы, украшенные алмазами и жемчугами. Смущенный англичанин ответствовал, что дарит Ибн-Сауду Rolls-Royce. Он имел на это право, ибо был наследственным лордом.

Чтобы приобрести Rolls-Royce, как известно, одних денег недостаточно. Необходимы еще рекомендации наследственных лордов Англии, что претендент является джентльменом до кончиков ногтей. Можно было бы поверить в благородство всех владельцев роскошно-величественных автомобилей, если бы титулы лордов не продавались по сходной цене как антикварные вещи, оставшиеся от ушедших эпох. Да и сами лорды то и дело влипают в истории, связанные со взятками, тайной торговлей государственными секретами, многоженством, извращениями, содержанием подпольных притонов, гомосексуализмом и прочими «грешками», порождаемыми большими деньгами. Иначе говоря, приходится покупать и рекомендацию, и Rolls-Royce.

В любом случае и для премьера, и для тогда еще бедного Ибн-Сауда это казалось великолепным подарком. Но все течет, все меняется, гласит известная пословица. Нефть вошла в цену, и золото потекло в сундуки саудовцев.

У Ибн-Сауда было 300 жен, причем пять жен носили титул первой жены. В гаремах своя арифметика, но природа везде одна и та же. Семья быстро разрослась до четырех тысяч человек. Речь идет только о членах мужского пола. Сколько в семье было женщин, одному аллаху ведомо, ибо их счетом никто себя не утруждал. Очевидно, что принцев у этих любвеобильных сыновей народилось множество, которые благодаря фантастическим богатствам Саудов путешествуют по миру, поражая и бедных и богатых своей роскошью, щедростью и расточительностью. Счастливая Аравия не знает, что такое государственная казна, и вся валюта за нефть поступает на счета царствующей семьи.

Один из этих принцев приехал в Англию на каникулы и, чтобы не тратиться на поездки в метро, купил Rolls-Royce в специальном исполнении. Каникулы пролетели как один день, и шофер отвез принца в аэропорт. Отпрыск Ибн-Сауда молча направился в аэровокзал, и тогда удивленный шофер спросил:

— А что делать с Rolls-Royce’ом, сэр?

Ответ поразил лаконичностью:

— Оставь себе.

Сэр Уинстон Черчилль перевернулся бы в гробу, узнав, что внук Ибн-Сауда, который считал верблюда высшим транспортным средством, швыряет как подачку англичанину Rolls-Royce. Такой расточительности мир еще не знал.

Старший сын Ибн-Сауда промотал за 10 лет 1,5 миллиарда долларов, что не укладывается в самые фантастические подсчеты: пять тысяч слуг имел этот верховный хранитель ваххабитской морали, которая предписывает презирать роскошь, носить скромную одежду, довольствоваться малым в еде, избегать, как иблиса, спиртного, табака и придерживаться строгих норм шариата.

Самоцветы и драгоценности, украшавшие наряды короля, сделанные по особому заказу «роллс-ройсы», поездки по фешенебельным курортам мира с гаремом в 600 жен и наложниц, капризы любимых и самых любимых женщин, подарки и угощения, наряды, заказываемые в Париже, охранники и слуги, именуемые по-старинному евнухами, и тысячи других расходов «на шпильки» способны разорить и мифического Мидаса.

Нефти, однако, хватает не только на вызывающую роскошь. С середины 70-х годов в Саудовской Аравии развернулось широкое строительство дорог. В результате наступил настоящий автомобильный бум. Импорт автомашин составил 450 тысяч штук в год, хотя в стране проживает около девяти миллионов человек. В течение многих лет авторынок оставался в руках корпораций США. Машины американского производства преобладали особенно в восточных, нефтедобывающих районах страны. Здесь начала развиваться широкая сеть асфальтированных дорог, связывавших места нефтедобычи компании АРАМКО.

По мере экономического развития других районов королевства сюда стали усиленно проникать японские фирмы. Сейчас они на 80 процентов захватили его рынок, потеснив американские компании, доля которых составляет не более 15 процентов.

Бум потребления нефти и нефтепродуктов начался в 50-е годы. Если в 1920 году во всем мире добывалось не более 95 миллионов тонн нефти, то к 1950 году ее добыча превысила 520 миллионов тонн. В 1960 году нефтедобыча перешагнула миллиардный рубеж. В настоящее время мировая добыча нефти превышает 3 миллиарда тонн. Нефть является той кладовой, из которой черпают энергию для автотранспорта в виде жидкого горючего, начиная от тяжелого мазута до авиационного керосина. Отсутствие нефти, однако, не всегда означает гибель моторов. В 1941 году горючее в баках немецких танковых армад, рвущихся к Москве, замерзало. Однако холода тут были ни при чем. Тайна заключалась в том, что немцы заправляли машины, танки и самолеты синтетической нефтью. По окончании войны это изобретение было предано забвению и Германия перешла на экспорт нефти с Ближнего Востока.

Сегодня люди вернулись к идее создания альтернативных видов топлива. В настоящее время наиболее вероятными субститутами считаются спирт, синт?V??}U?V??}Up???}U@???}U(W??}U?V??}U@?V??}U? песчаников. Хотя технология производства этих видов топлива достаточно хорошо разработана, их производство связано с большими трудностями экономического, экологического и социального характера.

В последние годы широкое распространение получает производство синтетической нефти из угля. Технология ее производства была разработана в Германии в 30-годах. К концу второй мировой войны она производила около 100 тысяч баррелей синтетической нефти в день, используя это горючее для заправки самолетов и танков. Германия, лишенная собственных месторождений нефти, таким путем обеспечивала почти половину собственных нужд в жидком топливе.

С окончанием войны западногерманская промышленность, как и все европейские страны, перешла вновь на рафинирование природной, импортируемой из стран Ближнего Востока, нефти.

Технология перегонки угля в нефть достаточно хорошо проработана. Нефть и уголь при сравнении их элементного состава оказываются ближайшими родственниками. Основное различие твердого и жидкого топлива в разнице содержания наиболее калорийного элемента — водорода: до 8% в угле и 15% — в нефти.

Но если тонко измельченный уголь насыщать в определенных термодинамических условиях водородом, то он почти полностью переходит в жидкое состояние. Получается синтетическая нефть, очень близкая по свойствам к природной. Процесс этот именуется гидрогенизацией угля и происходит при температуре 400 — 500°С в условиях высоких давлений, достигающих 29, 43 мПа.

Процесс гидрогенизации значительно ускоряется, а степень сжижения угля увеличивается, если использовать такие катализаторы, как молибден, кобальт, никель, железо, олово, алюминий и их соединения.

Жидкое топливо из угля можно получить и по другому принципу: сначала уголь подвергнуть газификации, а затем газ сжимать в присутствии катализатора, чтобы получить различные жидкие фракции.

В 1980 году США приняли новую десятилетнюю энергетическую программу, которая официально оценивается более чем в 140 миллиардов долларов. Из них около 90 миллиардов долларов предназначается государственной компании «Синтетик фьюэлс», образованной для разработки и производства альтернативных видов топлива.

Развитие химической промышленности дало возможность создать искусственные виды топлива на основе спиртов, а именно: метанол (метиловый спирт) и этанол (этиловый спирт). В промышленно развитых капиталистических странах с ограниченными ресурсами нефти синтетические спирты все шире используются в качестве автомобильного топлива.

Метанол, например, может быть получен из каменного и бурого угля, природного и попутного нефтяного газа, биомассы. Технология получения метанола отработана относительно хорошо и для нужд автотранспортной энергетики является одним из наиболее перспективных видов.

Спирты обладают высоким октановым числом (90 — 94 единицы по исследовательскому методу). У них большая, чем у бензина, скрытая теплота испарения, что затрудняет пуск двигателя в холодную погоду — ниже 8°С. В силу этого появляется необходимость предпускового подогрева горючей смеси или применения специального устройства для пуска двигателя, в котором в качестве топлива используются бензин или другие легко испаряющиеся химические соединения. Еще одним недостатком представляется высокая химическая активность метанола, которая проявляется в отрицательном воздействии на детали автомобиля, изготовленные из свинца, магния, цинка и его сплавов, различных пластмасс, резины. Как все спирты, метанол обладает способностью поглощать влагу, в результате чего его топливные качества заметно ухудшаются. Вдвое меньшая теплотворная способность спирта обусловливает вдвое больший расход топлива. В то же время продукты сгорания спирта содержат существенно меньше окислов азота углерода, дают меньше отложений нагара на деталях двигателя. В целом же метиловый спирт считается наиболее перспективным субститутом бензина, поскольку по своей стоимости он может конкурировать с ним. Его можно производить по экономической технологии в достаточном объеме.

Поскольку у спирта энергетическая плотность ниже, чем у бензина, спирто-бензиновая смесь считается более выгодным топливом, чем чистый спирт, который тоже рассматривается как потенциальное горючее. Двигатель с искровым зажиганием на спирто-бензиновой смеси требует лишь небольших изменений по сравнению с нынешним двигателем для легковых автомобилей.

Этанол — этиловый (или винный) спирт — может быть получен путем ферментации биомассы, содержащей крахмал, сахар либо целлюлозу. Этанолу как моторному топливу присущи как достоинства, так и недостатки метанола, но выражены они в меньшей степени. Этиловый спирт, который можно изготовить либо из зерна либо из нефтепродуктов, имеет более высокую энергетическую плотность: около 2/3 от плотности бензина. Однако основным его недостатком является, что из излишков зерна можно получить такое количество этилового спирта, которое сможет заменить лишь малую часть потребляемого автомобильного топлива. Расширение производства зерна в этих целях не представляется целесообразным. Кроме того, изготовление этилового спирта из зерна обходится дороже, чем бензин: от 1,75 до 2 долларов за галлон (0,46— 0,53 доллара за литр). И если даже всю сельскохозяйственную продукцию США, получаемую в настоящее время, пустить на производство спирта, то страна сможет удовлетворить потребности транспорта лишь на 20 процентов.

Мировым лидером в производстве и потреблении спирта в качестве автотранспортного топлива является Бразилия, где сейчас около 20 процентов автомобилей работает на спирте. В Бразилии спирт уже продается по цене 1,05 долларе за галлон, в то время как цена на бензин выросла до 1,52 доллара за галлон. В связи с повышением цен на нефть бразильское правительство еще и 1975 году приняло программу, направленную на переработку части сахарного тростника в спирт с тем, чтобы к концу века полностью обеспечить собственные потребности в горючей. Правительство Бразилии планирует производить 10,6 миллиарда литров спирта в год и, таким образом, перевести около 50 процентов автомобилей на спирт. Но уже сейчас автомобили на чистом бензине здесь вообще не работают: горючее обязательно на 20—25 процентов разбавляется спиртом.

Однако не будем идеализировать бразильский опыт. В погоне за прибылью бразильские фермеры, забыв о традиционных сельскохозяйственных культурах, стали выращивать сахарный тростник. В результате почти половина посевных площадей страны оказалась занята сахарным тростником. Однако и после этого не удалось решить проблему нехватки спирта, цена которого постепенно сравнялась с бензином. Одновременно стали расти цены и на продукты питания, в первую очередь на овощи, вытесненные в значительной степени с бразильских полей сахарным тростником.

Широкое применение спирта наталкивается на ряд сложных проблем, основной среди которых является дилемма — или продовольствие для людей, или горючее для автомашин. В настоящее время спирт используется как 10%-ная добавка к бензину. Эта смесь под названием газохол имеет ряд неоспоримых преимуществ, основным среди которых является повышение топливной экономичности.

В перспективе производство спирта из биомассы может представить большой интерес для автотранспорта СССР, хотя приоритет производства синтетического топлива из угля в условиях нашей страны бесспорен.

Газовое топливо уже используется в нашей стране. Запасы нефти и природного газа при их приведении к единому эквиваленту примерно одинаковы. При нынешнем способе добычи запасы нефти будут исчерпаны раньше, чем запасы газа. В этих условиях природный газ может и должен служить естественным приемником и заменителем нефтепродуктов. Газовое топливо включает попутный нефтяной (углеводородный) газ, а также метан — природный горючий газ.

Все виды газового топлива обладают теплотворной способностью 10000 — 11000 ккал/кг. Однако плотность газов значительно меньше, чем плотность бензина. Поэтому перевод карбюраторных двигателей на газовое топливо без изменения их конструкции приводит к уменьшению их мощности.

За рубежом различные газы широко применяются в качестве присадок к жидкому топливу путем добавления небольшого количества газа в подаваемый в двигатель воздух. Это улучшает антидетонационные свойства бензина и исключает необходимость добавления тетраэтилсвинца, а следовательно, ведет к увеличению топливной экономичности и уменьшению токсичности отработанных газов. Однако присадка газа к жидкому топливу требует применения сложной и дорогостоящей двух-топливной системы питания, что снижает эффективность использования газа как горючего, так и присадки.

В основном технические проблемы, связанные с переводом автомобилей на газовое топливо, решены. Широкое использование газового топлива станет возможным при создании развитой сети специальных заправочных станций.

Одним из многообещающих заменителей бензи??V??}U?V??}Up???}U@???}U(W??}U?V??}U@?V??}U?оплива в чистом виде сопряжено с трудностями при его получении, заправке и хранения на автомобилях. У нас в стране и за рубежом ведутся интенсивные поиски эффективных решений проблем, связанных с широким использованием водорода как горючего для автотранспортных средств.

В перспективе предполагается, что топливом для автотранспорта будет служить обыкновенная вода. Еще в прошлом веке Жюль Верн писал, что в один прекрасный день воду будут использовать в качестве топлива, а водород и кислород, из которых она состоит, станут вместе или в отдельности неисчерпаемым источником света и тепла. Как это нередко случается, интуиция фантаста оказалась строго научным прогнозом. Охлажденный и превращенный в жидкость водород может быть использован в различных модификациях ДВС. Кроме того, водород - экологически чистое топливо, оно имеет колоссальное экологическое преимущество, поскольку продуктом его сгорания является вода.

Водород может быть получен различными способами. Но, по мнению американских специалистов, наиболее перспективным направлением будет выделение водорода из воды путем искусственного фотосинтеза.

Переоборудование системы питания карбюраторного двигателя на питание водородом в целом не представляет особых трудностей. Однако необходимо отметить, что мощностные параметры двигателя при этом ухудшаются.

Трудности использования водорода как топлива заключаются в создании легкой, компактной и безопасной системы его хранения на автомобиле. Водород должен храниться в сжатом, сжиженном состоянии или во вторичных энергоносителях. Для того, чтобы иметь на автомобиле достаточный запас сжатого водорода, требуются баллоны, выдерживающие давление порядка 34,3 — 39,2 мПа. Для хранения водорода в сжиженном состоянии необходима надежная теплоизоляция топливного бака, так как температура жидкого водорода равна 253° С. Обычно его хранят в криогенных резервуарах с двойными стенками. Однако криогенные системы, которые существуют на сегодняшний день, сложны, дороги, массивны, громоздки и небезопасны.

В настоящее время вопрос хранения водорода на борту автомобиля находится еще в стадии решения. Значительный интерес представляет использование водорода в качестве присадки к различным видам жидкого топлива, то есть так называемый процесс обогащения водородом, который позволяет улучшить эксплуатационные показатели автомобиля и избежать до определенной степени вредного воздействия водорода на детали двигателя.

СССР по обилию природных источников и богатств — уникальная страна. У нас имеются колоссальные возможности, чтобы производить все виды субститутов нефти и нефтепродуктов. Наличие огромных земельных массивов и природных ресурсов создает благоприятные предпосылки для производства синтетического спирта из биомассы. Разведанные запасы каменного угля, сланца, нефтеносных источников и другие источники позволят нашей стране производить, синтетическое топливо в масштабах, необходимых, чтобы удовлетворить внутренние потребности и экспортировать жидкое топливо за рубеж, даже если природные запасы нефти будут полностью истощены.

Кроме того, «экзотические» виды топлива представляют сейчас для исследователей немалый интерес. Поставив на службу энергетике нефть, природный газ, атомную и водородную энергию, спустя тысячелетия человек вновь вынужден вернуться к истокам — так называемой зеленой энергетике, то есть к растительным ресурсам. Если первоначально растительные ресурсы использовались в виде сухих веток и торфа, то сейчас их пытаются использовать в качестве носителей растительной нефти и биогазов.

Производство жидких водородов путем гидрогенизации растений или биомассы способно значительно смягчить энергетическую проблему, в частности, применительно к автотранспортным средствам. По свидетельству советского журнала «Нефтяник», современный двигатель внутреннего сгорания, заправленный бензином, полученным из растений пустыни (эуфорбии), продемонстрировал большие возможности использования этого экзотического вида топлива для автотранспортных средств.

В качестве заменителя бензина в Индонезии, на Филиппинах предлагают использовать эвкалиптовое масло, а во Франции считают, что из одной тонны репы можно получить 100 — 120 литров природного горючего для заправки автомобилей. В тропических странах разрабатываются проекты замены бензина кокосовым маслом. В Швеции существуют проекты закладки энергетических плантаций из быстрорастущих растений, способных служить возобновляемым источником жидких углеводородов. Наиболее же перспективным для заправки автомобилей считается горючее из ивы и тополя. В настоящее время проводятся эксперименты по выращиванию морских водорослей как энергетического сырья. В центре океанических исследований в Сан-Диего (США) разработан проект, согласно которому создается крупная ферма по выращиванию водорослей, удобряемых питательными веществами океана. Авторы проекта предлагают построить плавучий агропромышленный комплекс (город в океане), который будет производить переработку водорослей в нефть, смазочные масла и газовое топливо.

Оригинальный способ использования солнечной энергии предложили японцы. Первая в мире бензоколонка, работающая на солнечной энергии, вступила в строй на японском острове Нагойя. Коллекторы общей мощностью в 3,5 ватта, установленные на высоте 10 метров от земли, полностью обеспечивают все оборудование бензоколонки электроэнергией.

В США образована компания по изготовлению газогенераторных легковых и грузовых автомобилей, работающих на различных древесных отходах. Газогенератор, устанавливаемый на автомобилях, состоит из реактора, двух фильтров и охладителя. Древесные отходы в процессе перегонки превращаются в окись углерода и водород. После охлаждения через фильтры газы в качестве горючего подаются в двигатель. Теоретически древесные отходы объемом 1,5 кубометров могут обеспечить запас хода до 200 километров пробега.

Нехватка топлива и рост на неге цен заставляет владельцев автотранспортных средств изыскивать способы замены нефтепродуктов нетрадиционными видами топлива. Уже много лет американские и японские фермеры в качестве топлива для своих автомобилей, тракторов и комбайнов используют растительное масло в чистом виде или как смесь с дизельным топливом. Масло для двигателей можно получить из сои, подсолнуха, плода арахиса и т.д. Использование масла вместо дизельного топлива не отражается на скорости автотранспортных средств и сельскохозяйственной техники. КПД при работе на масле только на два-три процента меньше, чем КПД при работе на дизельном топливе. А в двигателе легкового автомобиля из-за более высокой степени сжатия оно сгорает даже лучше, чем в тракторных силовых установках. Однако из-за высокой вязкости запуск двигателя, работающего на масле, затруднен. Решить эту проблему можно как путем подогрева масла перед пуском, так и подачей дизельного топлива в цилиндры в момент пуска. В США и Японии производятся небольшие прессы, отжимающие масло для фермерских хозяйств, мощностью от 10 до 100 литров в час. Но в целом растительное масло в несколько раз дороже дизельного топлива, а поэтому выступить сколько-нибудь серьезным конкурентом нефтепродуктов, тем более в национальных масштабах, пока не может, и вряд ли оно станет полноценным субститутом природной нефти.

На Филиппинах растет дерево, которое известно среди местного населения под названием ханга. Но в последнее время его все чаще называют «нефтяным деревом». Как выяснилось, плоды ханги дают масло, которое горит ярко-синим пламенем. Это и стало причиной резкого повышения спроса на хангу в Юго-Восточной Азии. Предполагается, что ханга может стать важным альтернативным источником горючих материалов, которые до сих пор вырабатываются из нефти. В настоящее время на Филиппинах уже разработан трехлетний план создания плантаций, на которых будут получать «растительное горючее» в промышленных масштабах.

Топливо из отходов — один из рациональных путей экономии топлива и утилизации мусора. Две австралийские компании приступили к переработке различных отходов в жидкое топливо. Для этой цели они используют солому, отходы древесного производства, выжатый сахарный тростник и органический мусор. По мнению изобретателей, из 50 миллионов тонн мусора ежегодно можно получать 4,5 миллиона тонн высококачественного топлива без примеси свинца. Себестоимость полученного таким образом горючего вполне может конкурировать с обычным бензином. По приблизительным оценкам, в одной Австралии ежегодно можно собирать не менее 30 миллионов тонн материалов, приемлемых для производства этого топлива.

Газогидрат — еще один вид перспективного топлива, внешне похожий на лед. Природный газогидрат — это молекулярное соединение газа, метана и воды. При нормальном давлении один кубический метр газогидрата выделяет примерно 200 кубометров газа, то ?V??}U?V??}Up???}U@???}U(W??}U?V??}U@?V??}Uым скромным оценкам, запасы газогидратов в сотни раз превышают запасы угля, нефти и газа во всех месторождениях земного шара. Зоной распространения газогидрата является более половины территории СССР. «Горящий лед» сначала может быть использован в других отраслях народного хозяйства, освобождая драгоценную нефть для авиации и автотранспорта. А в дальнейшем, по мере развертывания НТП, может быть использован в виде горючего непосредственно на автотранспорте.

В целом еще рано говорить, что соответствующий заменитель природной нефти, запасы которой ограничены и невосполнимы, найден, хотя интенсивные поиски автомобильного топлива будущего по всем возможным направлениям продолжаются.

1990