Новые виды топлива: Альтернативные виды топлива — Официальный сайт Citroen

Переход на альтернативные виды топлива неизбежен – Новости – Научно-образовательный портал IQ – Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»

По просьбе редакции OPEC.ru Водород перевесит нефть как топливо к 2006 году? комментирует Григорий Вадимович Выгон

Григорий Вадимович, сейчас идет активная разработка альтернативных топливных источников. На прошлой неделе General Motors объявила о строительстве крупнейшей в мире электростанции на топливных элементах. Таким образом, компания собирается ускорить запуск в производство водородного двигателя для автомобилей. Все крупнейшие мировые автопроизводители заняты тем же. Каковы же перспективы нефтяного рынка? Есть прогнозы аналитиков, по которым уже к 2006 году водород перевесит на топливном рынке нефтепродукты.

Думаю, это очень оптимистичные сроки. Я не специалист в этих технологиях, но очевидно, что если все было бы так просто и не надо было разработать что-то принципиально новое, уже давно бы это сделали.

Даже если к 2006 году выпустят автомобили на водороде, то, скорее всего, ситуация будет похожа на то, что происходит с электромобилями и автомобилями, работающими на газе. По своим техническим характеристикам транспортные средства на альтернативных источниках энергии пока уступают автомобилям, работающим на бензине и дизтопливе, поэтому они непопулярны. В среднесрочной перспективе бензину ничего не угрожает, и соответственно, нефти.
В принципе, я думаю, переход на альтернативные виды топлива неизбежен. Есть технический прогресс, рано или поздно изобретут что-то новое. Тем более, что будет расти спрос на нефть, а запасы — истощаться. В соответствии с экономической теорией, будет расти цена на нефть. Соответственно, будет дороже бензин, и это будет дополнительным стимулом для поиска и разработки альтернативных источников энергии.

По Вашим оценкам, когда это может произойти?

Бессмысленно называть какие-то конкретные цифры. Появление принципиальных открытий описывается пуассоновским процессом.

Можно говорить, конечно, о среднем времени ожидания какого-то открытия, но реально это может произойти завтра, а может через 20 лет. Я думаю, может быть, в следующем десятилетии мы что-нибудь увидим, вряд ли раньше.

А каковы перспективы у России по экспорту нефти? У нас ведь очень много говорят о наращивании экспорта?

Наши олигархи будут наращивать экспорт, пока цены позволяют. Даже когда цены все-таки упадут, а я думаю, что они рано или поздно упадут, они свою прибыль получат. На их срок хватит, уже хватило. А когда изобретут дешевый заменитель нефти, пострадают все нефтедобывающие страны. России это коснется в меньшей степени, чем Саудовской Аравии. Но если экономические реформы будут и дальше проводиться в интересах сырьевиков, то последствия будут весьма печальными. Только почувствуют их наши дети и внуки.

14 мая 2003

14 мая, 2003 г.

---

Подпишись на IQ. HSE

Роль ископаемых видов топлива в устойчивой энергетической системе

Изменение климата — одна из величайших проблем нашего времени. Однако не менее велика необходимость обеспечить доступ к электроэнергии как ради качества жизни, так и для экономического развития. Поэтому крайне важно рассматривать изменение климата как часть повестки дня в области устойчивого развития. Постоянный прогресс в развитии новых технологий дал нам уверенность и надежду на то, что в энергетической сфере эти задачи будут выполнены. Резкое падение цен на ветрогенераторы и солнечные батареи, их техническое усовершенствование показали, что эти возобновляемые источники энергии могут играть важную роль в глобальных энергосистемах, а долгожданный прорыв в области экономически эффективных технологий хранения электроэнергии значительно изменит основную комбинацию источников электроэнергии.

Все эти достижения неизбежно привели к предположению о том, что с ископаемыми видами топлива в энергетике покончено, что в дальнейшей разработке новых ресурсов нет необходимости и что нам необходимо как можно скорее прекратить их использование. Это предположение создало образ существующих в современных глобальных энергосистемах «хороших» технологий на базе возобновляемых источников энергии с одной стороны и «плохих» на базе ископаемых видов топлива — с другой стороны. В реальности это противопоставление далеко не так прямолинейно и требует более вдумчивого изучения. Технологии улавливания и хранения двуокиси углерода (УХУ) и управления выбросами метана на всех этапах приращения стоимости энергии из ископаемых источников могут помочь в выполнении масштабных задач по сокращению выбросов CO

2, пока ископаемые виды топлива все еще остаются частью энергосистемы. Таким образом эти меры позволяют ископаемым топливам стать частью решения, а не оставаться частью проблемы. Рациональная экономика отводит важную роль в энергетических системах каждой технологии.

На ископаемые виды топлива сегодня приходится 80 процентов глобального спроса на первичную электроэнергию; энергосистема поставляет около двух третей мировых выбросов CO₂. Ввиду того, что объем выбросов метана и других кратковременно загрязняющих атмосферу веществ, оказывающих воздействие на климат (КЗВК), как полагают, серьезно занижается, вероятно, что процессы выработки и потребления электроэнергии дают еще большую долю выбросов. Более того, на сегодняшний день в мире значительная часть топлива на основе биомассы расходуется на отопление и приготовление пищи в малом масштабе. Это крайне неэффективные и загрязняющие окружающую среду процессы; в особенности они вредны для качества воздуха в домах во многих менее развитых странах. Использование возобновляемой биомассы таким образом представляет собой проблему с точки зрения устойчивого развития.

При продолжении существующих тенденций, то есть при сохранении нынешней доли ископаемых видов топлива и увеличении спроса на электроэнергию к 2050 году почти вдвое, объем выбросов намного превысит предел по углероду, допустимый при ограничении глобального потепления двумя градусами Цельсия. Подобный уровень выбросов будет иметь катастрофические последствия для планеты. В энергетическом секторе существует ряд возможностей для уменьшения выбросов; наиболее значимые среди них — снижение энергопотребления и уменьшение углеродоемкости энергетической отрасли путем перехода на другие виды топлива и контроля за выбросами CO

2.

Необходимость снижения выбросов не запрещает использование ископаемых видов топлива, но требует существенной смены подхода: сценарий обычного развития не сочетается со снижением выбросов в глобальных энергосистемах. Энергоэффективность и возобновляемые источники энергии зачастую рассматриваются как единственные решения, необходимые для достижения целей в области климата в контексте энергетики, но их одних недостаточно. Обязательным элементом решения станет расширение использования УХУ; ожидается, что к 2050 году эта технология приведет к 16-процентному ежегодному снижению выбросов. Это утверждение поддержано в Пятом обобщающем докладе об оценке, подготовленном Межправительственной группой экспертов по изменению климата, в котором указано, что ограничение выбросов энергетического сектора без применения УХУ сделает смягчение изменения климата дороже на 138 процентов.

Сегодня в энергетике невозможно единообразное использование возобновляемых видов топлива в качестве замены ископаемым видам, в основном по причине неодинаковых возможностей различных подотраслей энергетики переключиться с ископаемых на возобновляемые виды топлива. Например, в таких отраслях промышленности, как производство цемента или выплавка стали, источниками выбросов являются и использование электроэнергии, и сам процесс производства. Альтернативные технологии, которые могли бы заменить существующие методы, еще недоступны в необходимом масштабе, поэтому ожидается, что в кратко- и среднесрочной перспективе нынешние технологии сохранятся. В подобных случаях УХУ может стать решением, совместимым с текущими нуждами, и обеспечить время, необходимое для разработки будущих альтернативных методов.

Сценарии, предусматривающие использование УХУ, в любом случае связаны с существенной трансформацией энергетической системы в ответ на изменение климата. Поэтому подобные сценарии не являются замалчиванием проблемы и демонстрируют значительное снижение общего мирового потребления ископаемых видов топлива, а также существенный рост эффективности при выработке электроэнергии и в промышленном производстве.

Трансформация энергетической системы поддерживает все технологии, играющие ключевую роль в создании устойчивой энергосистемы.

В связи с этим в ноябре 2014 года государства — члены Европейской экономической комиссии Организации Объединенных Наций (ЕЭК) после широкомасштабных консультаций с экспертами со всего мира утвердили список рекомендаций в отношении УХУ. В этих рекомендациях подчеркивается, что международное соглашение по климату должно:

• поддержать широкий спектр инструментов фискальной политики, поощряющих УХУ;

• решить вопрос улавливания и хранения двуокиси углерода во всех отраслях промышленности, включая цементную, сталелитейную, химическую, нефтеперерабатывающую и энергетическую;

• обеспечить совместную работу правительств над финансированием и поддержкой маломасштабных демонстрационных проектов;

• предусмотреть закачку двуокиси углерода в пласты для более эффективного извлечения углеводородов, что затем будет рассматриваться и считаться как хранение при том условии, если двуокись углерода будет находиться там постоянно.

Выполнение этих рекомендаций позволяет тем государствам — членам Организации Объединенных Наций, которые по-прежнему в большой степени зависят от ископаемых видов топлива, принять участие в глобальных усилиях по смягчению последствий изменения климата, вместо того чтобы выступать в качестве источников этой проблемы. В соответствующем масштабе эта технология была подтверждена в Канаде, Норвегии и Соединенных Штатах Америки; на сегодняшний день в мире находятся на разных стадиях разработки около 40 проектов. Работа над УХУ в краткосрочной перспективе крайне важна для повышения эффективности, снижения затрат и оптимизации расположения хранилищ, чтобы обеспечить готовность этой технологии к крупномасштабному запуску в 2025 году.

Выбросы CO₂ — не единственная связанная с ископаемыми видами топлива проблема, требующая решения. По оценкам, на всех этапах приращения стоимости ископаемых источников (добычи и использования природного газа, угля и нефти) ежегодно в атмосферу выбрасывается 110 млн тонн метана. Это существенная часть совокупных выбросов метана. Поскольку метан является газом, вызывающим мощный парниковый эффект, его выбросы должны быть значительно сокращены.

Метан — основной компонент природного газа: часть его поступает в атмосферу при добыче, переработке, хранении, транспортировке и распределении природного газа. По подсчетам, ежегодно вследствие выпуска, утечек и сжигания теряется около 8 процентов добываемого в мире природного газа, что дорого обходится и экономике, и окружающей среде. При геологических процессах формирования угля вокруг и внутри залежей удерживаются метановые полости. Во время работ по добыче угля (добыча, измельчение, перевозка) часть этого метана высвобождается. Как и в случае с углем, при геологическом формировании нефти также могут образовываться крупные запасы метана, которые высвобождаются при бурении и добыче. К числу источников метановых выбросов также относятся процессы добычи, переработки, транспортировки и хранения нефти, неполное сгорание ископаемых видов топлива. Не существует стопроцентно эффективных процессов горения, поэтому использование ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии, отопления или обеспечения работы механизмов приводит к выбросам метана.

Самые сложные задачи в управлении метановыми выбросами — это тщательный мониторинг и фиксирование выбросов с использованием самых совершенных наблюдательных и измерительных технологий, а затем использование оптимальных способов для минимизации утечек и выбросов. Это даст экономическую выгоду и одновременно снизит влияние метана на здоровье, повысит безопасность и смягчит глобальное потепление. Многочисленные выгоды управления метановыми выбросами самоочевидны, тем не менее для соответствующего прогресса в этой области необходима дальнейшая работа.

Решение вопросов, связанных с устойчивой энергетикой, требует вовлечения максимально широкого круга заинтересованных сторон, при этом игнорирование роли ископаемых видов топлива будет иметь негативный эффект. Многие развивающиеся страны располагают значительными нетронутыми запасами ископаемых видов топлива, которые они намерены использовать для развития своей экономики. Настаивать на том, чтобы они навлекли на себя значительные расходы и отказались от использования этих ресурсов в пользу возобновляемых источников энергии, означает с большой вероятностью создать нежелательную напряженность. Здесь можно возразить, что развитые страны построили свою нынешнюю экономику на ископаемых видах топлива и продолжают во многом зависеть от них. По сравнению с «неископаемой» программой более сбалансированным подходом представляется более прагматический вариант, поощряющий все страны использовать широкий спектр доступных им ресурсов (имеется в виду энергоэффективность и рациональное использование как возобновляемых, так и ископаемых видов топлива).

Еще одна группа заинтересованных сторон, которую обычно выставляют в невыгодном свете, — частный сектор, в особенности промышленность, связанная с ископаемыми видами топлива. На самом деле, именно частный сектор располагает знаниями и зачастую финансовыми ресурсами, необходимыми для поддержки того перехода к инклюзивной «зеленой» экономике, к которому стремится весь мир. Использование бюджетов, знаний и технологий крупных игроков может облегчить этот переход; отношение к ним как к отверженным сделает этот процесс сложнее и дороже.

Постоянная и важнейшая задача — обеспечить лучшее качество жизни и экономический рост с одновременным сокращением масштабов воздействия энергетического сектора на окружающую среду. Переход к устойчивой энергосистеме представляет собой возможность повысить энергоэффективность на всем пути от источника до его использования, свести к минимуму воздействие на окружающую среду, снизить энерго- и углеродоемкость, а также скорректировать недочеты энергорынка. Для использования этой возможности потребуется скоординированный пересмотр стратегий и реформы во многих секторах. По сравнению с другими регионами мира страны ЕЭК обладают бóльшим потенциалом конкурентного экономического преимущества благодаря сравнительно небольшим расстояниям между источниками поставок энергии и центрами ее потребления. Полная интеграция энергорынков региона в единую эффективную структуру позволит значительно усовершенствовать использование энергии в технической, социальной, экономической и экологической сферах.

Создание в регионе ЕЭК устойчивой энергосистемы в будущем будет включать в себя серьезный отход от текущей схемы. Повышение эффективности относится не только к потребительской сфере (это, например, энергоэффективные дома, транспорт и бытовая техника), но и к наращиванию энергоэффективности в сфере выработки (генерации), передачи и распределения энергии. Это возможность ускорить переход от традиционной схемы продажи энергоносителей к схеме предоставления энергетических услуг на основе инноваций.

Разработка «умных» энергосетей, работающих по единым правилам, дает важную возможность улучшить взаимодействие технологий, тем самым расширяя экономически выгодное внедрение огромного спектра низкоуглеродных технологий и повышая устойчивость энергосистемы. Независимо от нашего желания, в ближайшие десятилетия ископаемые виды топлива останутся частью глобальной энергосистемы. Они продолжат определять социально-экономическое развитие во всем мире. В связи с этим крайне важно вести открытую и прозрачную дискуссию о роли ископаемых видов топлива в мировых устойчивых энергосистемах в ходе разработки практических климатических стратегий. Особенно важно задействовать страны с формирующейся рыночной экономикой и развивающиеся страны в ходе 21-й сессии Конференции сторон Рамочной конвенции Организации Объединенных Наций об изменении климата (КС-21). Это может изменить расстановку политических сил и помочь принять в Париже значимое соглашение по климату.

Метанол в ближайшие годы может стать вторым по распространенности видом судового топлива – эксперт | Газомоторный транспорт

Россия имеет шансы успешного выхода на рынок альтернативной бункеровки

Ограничение на уровень содержания серы в судовом топливе предполагает переход на альтернативные виды, из которых метанол занимает второе место по перспективности после сжиженного природного газа (СПГ). Такое мнение, как передает корреспондент ИАА «ПортНьюс», высказал президент программы «Арктический диалог» Московской школы управления «Сколково» Никита Доброславский на форуме «Председательство России в Арктическом совете – экологическая повестка для России и мира», организованном ТАСС в Москве.

По мнению аналитика, не только перспективные требования ИМО, но и уже действующие регламенты по качеству топлива в Средиземном море вынуждают судовладельцев к переходу на альтернативные виды топлива, среди которых одним из перспективных является метанол, который будет преобладать на рынке вместе с СПГ и водородом. Разные компании делают разнящиеся в деталях прогнозы (предполагаемая доля метанола на рынке колеблется от 6% до 20%), однако все они сходятся в преобладании альтернативных видов, которые вытеснят традиционные мазут и другие.

«Несмотря на то, что переход на новые виды топлива сопряжен с финансовыми затратами, судовладельцы вынуждены идти на эти риски, иначе в 2030 году мы рискуем остаться без флота», — считает эксперт.

По его мнению, использование именно метанола имеет ряд преимуществ, таких как простота хранения на судах, возможность производства из биосырья или с применением технологий электрохимии с улавливанием СО2 из атмосферного воздуха, широкая география и большой объем производства в мире (более 80 млн тонн в год), а также возможность применения как для двигателей внутреннего сгорания, так и для топливных элементов.

«Неслучайно компания Maersk объявила о планах построить к 2023 году судно, работающее на экологически чистом метаноле. В России есть хорошие возможности для развития данного направления. Первый плавучий завод по производству метанола компании «ФлотМетанол» начал работать у побережья Ямала осенью 2020 года. И хотя планируемые мощности в 10 тыс. тонн в год предназначены для нужд добывающих компаний, в будущем данную инфраструктуру можно использовать для бункеровки судов», — заключил эксперт.

«Наша задача – постепенно переходить на экологичные альтернативные виды топлива»

26 февр. 2020 г., 20:23

«В Мытищах работает уникальная для России теплоснабжающая станция, на которой происходит безопасная утилизация отходов и генерируется тепловая энергия. Фактически, она стала флагманом среди российских предприятий, специализирующихся на альтернативных видах топлива», – рассказала депутат Московской областной Думы, Председатель Комитета по экологии и природопользованию Алла Полякова.

«Депутаты Московской областной Думы побывали на тепловом пункте, работающем на вторичном сырье, – древесных отходах. В рамках национального проекта «Экология» и регионального проекта «Чистое Подмосковье» мы активно работаем над вопросами сокращения объемов захораниваемых отходов и внедрения рециклинга. Однако заводов, специализирующихся на переработке и превращении мусора в энергию, в России не так много. В этом смысле предприятие в Мытищах является уникальным», – рассказала депутат.

Напомним, что ежегодно на территории Мытищинского городского округа образуется около 16000 тонн древесных отходов. Чтобы внедрить систему РСО, а также снизить объемы захораниваемого мусора, мытищинская тепловая станция наладила прием, а затем и утилизацию древесных отходов, относящихся к 5 классу опасности.

По словам Аллы Поляковой, «таких предприятий, как в Мытищах, должно быть больше в России. В Европе тренд на превращение отходов в энергию давно внедрен и очень развит. Некоторые страны, например Швеция, закупают мусор у государств-соседей и используют его для производства тепло- и электроэнергии. Это и экологично, и выгодно – целая отрасль бизнеса. А что это значит? Появляются новые рабочие места, развивается экономика. Надо перенимать позитивный опыт, к которому Европа шла около 40 лет. Хочу особо отметить, что в Европе в результате утилизации не только дерева, но и ТКО, уже сейчас ежегодно вырабатывается более 30 ТВт∙ч[1] электроэнергии и более 70 ТВт∙ч тепловой энергии[2]. Это позволяет экономить органическое топливо».

Также она подчеркнула: «Сотрудники предприятия в Мытищах начинали с малого. Сначала закупили только самое необходимое оборудование и материалы:  котлы, измельчители (шредеры) и сепараторы, чтобы отделить металл, отсеять песок – щепа должна четко соответствовать определенным стандартам. В данный момент закуплено дополнительное оборудование, с помощью которого усовершенствовались все процессы работы тепловой точки. Но самое важное заключается в том, что древесное топливо является прекрасной – более дешевой и при этом более экологичной – альтернативой газовому и иному углеводородному топливу».

«При сжигании древесных отходов вырабатывается «чистая» тепловая энергия, а полученная в результате их сжигания зола используется для приготовления удобрений, озеленения и благоустройства городского округа. Древесное топливо является CO2-нейтральными, то есть сокращается объем выбросов парниковых газов в атмосферу», – добавила Алла Полякова.  

«Наша задача – постепенно переходить на экологичные альтернативные виды топлива. Отходы  – это источник энергии с большим потенциалом. Использование энергии из мусора способствует формированию нового более экологичного способа управления отходами. Если мы будем преобразовывать отходы в полезную энергию, то получим  постоянно возобновляемый источник энергии», – резюмировала депутат.

 

Источник: http://inklincity.ru/novosti/aleksinskiy-karer/alla-polyakova-nasha-zadacha-postepenno-perehodit-na-ekologichnye-alternativnye-vidy-topliva

5 видов альтернативного топлива для отопления частного дома

Обогрев частного дома может осуществляться различными способами, начиная с централизованного отопления, заканчивая котлом на том или ином виде топлива. При выборе отопительной системы важное внимание уделяется именно топливу, так как от него зависит тип оборудования, стоимость обслуживания, безопасность, КПД и другие параметры.

Перед выбором стоить выделить основные критерии оценки и отметить для себя самые важные в данном конкретном случае:

• доступность, то есть возможность приобрести топливо в любой момент;
• цена за 1кВт тепла;
• автоматизация подачи;
• пожарная и экологическая безопасность;
• КПД для выбранного оборудования;
• требования к хранению, удобство транспортировки.

К традиционному виду топлива обычно относят газ, остальные же попадают в ряд альтернативного. Альтернативными видами можно либо полностью заменить газовое отопление, либо дополнить его, создать своего рода запасной вариант. Среди наиболее востребованных и оптимальных по параметрам можно выделить следующие типы топлива для частного дома:

1. Пеллеты. Сегодня используются все чаще, вытесняя материалы с меньшим КПД. Они представляют собой прессованные гранулы из отходов лесозаготовок (щепы, опилок, коры и т.д.), а также сельскохозяйственных отходов (солома, лузга и др.) и торфа. Подача в котлы автоматизирована, а КПД достигает 93%, что делает не только безопасными, но весьма практичными. Изначально недостатком данного вида топлива можно было считать высокую стоимость котлов, однако с ростом популярности данного вида отопления оборудование стало более доступным.

2. Солнечная энергия. Сама по себе солнечная энергия достается нам даром, и как «топливо» она абсолютно экологична. Однако оборудование для преобразования и хранения этой энергии стоит довольно дорого, а его КПД все еще остается низким, поэтому зачастую оно не может заменить основного отопления в сильные морозы.

3. Электричество. Котлы, работающие на электричестве, — относительно доступные по цене и не занимают много места, да и для хранения топлива помещение не понадобится. Электричество для отопления чаще всего используется в локальных масштабах одной комнаты, так как для целого дома необходимо подключение к мощным линиям питания, чего без специальных разрешений не сделаешь, к тому же цену за 1 кВт тепла можно назвать высокой.

Также для отопления в частном доме могут использоваться дрова, уголь, брикеты из опилок, дизельное топливо, сжиженный газ и другие виды топлива с различными характеристиками.

Какие существуют виды альтернативного топлива?

Термин альтернативное топливо обычно применяется к автомобильному топливу, которое не является дизельным топливом или бензином. Также известный как альтернативные виды топлива, этот термин иногда используется в более широком смысле для обозначения любого топлива, которое не является одним из стандартных ископаемых видов топлива, таких как уголь или производные нефти для любого типа транспортного средства, двигателя или печи. Учитывая всемирную обеспокоенность по поводу устойчивости бензина в качестве топлива, исследования альтернативных видов топлива значительно расширились с 1970-х годов, хотя очень ранние работы в этой области начались еще в 1920-х годах. Сегодня несколько типов транспортных средств с альтернативным топливом можно приобрести напрямую с лотов дилеров, и для некоторых транспортных средств возможны дополнительные варианты в виде комплектов для переоборудования, которые позволяют использовать одно или несколько альтернативных видов топлива. Те же опасения по поводу растущей стоимости нагрева нефти, природного газа и пропана, а также электричества для отопления домов привели к распространению многих типов печей, предназначенных для использования альтернативного топлива, получаемого из возобновляемых и устойчивых ресурсов.

Исследования в области альтернативных видов топлива начались в 20-м веке, и сегодня многие варианты доступны для тех, кто желает приобрести автомобиль, работающий на одном из этих альтернативных видов топлива. В Соединенных Штатах одним из этих видов топлива является этанол, тип спирта, обычно получаемый при ферментации и перегонке кукурузы, который часто смешивают с бензином и называют E85. В других частях света доступны другие смеси с различными количествами этанола, такие как газохол (E25) или чистый этанол (E100). В каждом случае заглавная буква «Е» обозначает этанол, а цифра обозначает процентное содержание этанола в смеси. Другие спиртовые топлива, полученные из органических источников, такие как бутанол и метанол, иногда производятся и используются в определенных регионах мира, часто в смеси с бензином.

Биодизельное топливо также получают из возобновляемых культур и используют для питания дизельных двигателей. Биодизельное топливо химически практически идентично дизельному топливу, полученному из сырой нефти, но очищено от масел, которые извлекаются из растительных материалов. Сырье для биодизеля, называемое биомассой, подвергается довольно сложному процессу производства биодизельного топлива, но оно очень конкурентоспособно с традиционными источниками дизельного топлива с точки зрения цены и качества, а во многих случаях дешевле. Дизельные двигатели также могут быть переоборудованы для работы на простом растительном масле, включая отфильтрованное отработанное масло из фритюрниц ресторана.

Большая работа и исследования были предприняты, чтобы найти способ производства биотопливных альтернатив и эквивалентов традиционному топливу, используя природные и генно-инженерные водоросли. Работа в этой области является относительно новой и все еще совершенствуется, но она показала многообещающие результаты. Было показано, что водоросли способны производить ряд различных видов топлива, таких как биоспирты, биодизель и даже биогазолин, в количествах, которые потенциально могут быть коммерчески жизнеспособными.

Некоторые другие альтернативные виды топлива, которые рассматриваются, представляют собой водород, безэмиссионное топливо, в котором при сжигании выделяется только чистая вода. Аммиак, перекись водорода и новые ископаемые виды топлива, полученные из сырых нефтяных фракций, которые ранее считались непригодными, также являются возможными альтернативными видами топлива.

Что касается областей применения, помимо транспорта, в частности, отопления жилых помещений, в последние 50 лет появилось множество печей на альтернативном топливе. Большинство из них предназначены для использования топлива, получаемого из возобновляемых источников, таких как древесные гранулы, которые производятся из опилок и других древесных отходов. Сушеные кукурузные початки являются еще одной возможностью. Эти типы печей сильно различаются по выбросам и эффективности, но становятся все более популярными, так как они, как правило, дешевле в эксплуатации, чем традиционные ископаемые виды топлива или агрегаты с электрическим приводом.

ДРУГИЕ ЯЗЫКИ

как изменится рынок топлива в будущем

Топливный плюрализм

В середине 2010-х годов многие страны официально заявили — будущее за
электромобилями. Они обещали сократить объемы производства машин с
двигателями внутреннего сгорания (ДВС), предлагали льготы владельцам
электрокаров и даже вводили ограничения на использование бензиновых и
дизельных авто на отдельных улицах. Впрочем, большинство планов будут
реализованы не раньше 2025 года. А пока автомобильная отрасль хоть и меняется,
но не так стремительно, как прогнозировал Илон Маск и другие сторонники авто на
электротяге.

Данные за первый квартал 2020 года показывают, что в большинстве стран Европы
до сих пор преобладают автомобили на бензине и дизеле. Исключение — Норвегия,
в которой доля электрокаров от общего числа новых машин уже превышает 50%.
Альтернативные виды топлива в ЕС пока редкость — они занимают всего 1,9%
рынка. При этом популярность автомобилей на газе и этаноле упала с апреля по
июнь на 50%.

В российском топливном рейтинге также пока лидируют бензин и дизель: по
данным «Автостата», менее 6% автовладельцев пользуется пропаном и метаном, а
также другими видами топлива — в эту категорию попадают и электрокары.

А вот в Латинской Америке альтернативное топливо пользуется большим спросом.
Например, в Бразилии машины на этаноле не уступают по популярности
бензиновым авто. Интересно, что ставку на биотопливо из сахарного
тростника государство сделало еще в 1970-е годы, впоследствии госпрограмму
постоянно корректировали, учитывая колебания цен на бензин. Если он дешевел,
цены на этанол тоже снижались. Также в 1990-е власти поддержали развитие
FlexFuel-автомобилей, которые можно заправлять как смесью бензина и этанола,
так и чистым бензином.

Пример Бразилии показывает — вектор развития топливного рынка можно менять,
но для этого недостаточно одной госпрограммы или однократного введения льгот.
Это подтверждают кейсы других стран, которые запускали инициативы в
поддержку электрокаров, но со временем сворачивали проекты или ограничивали
их применение.

Так, в конце 2019 года Tesla достигла порога в 200 тыс. проданных электромобилей
на рынке США — после достижения этого лимита покупатели больше не могли
получать налоговые бонусы. Льготные периоды подходят к концу и в других
странах: например, в Китае размер субсидий на покупку электрокаров сокращается
с каждым годом. В 2020 году он уменьшится на 10%, а в 2022 году — уже на треть.
На тенденции в отдельных странах влияют не только инициативы правительства, но
также доступность природных ресурсов, развитие инфраструктуры (наличие АЗС и
станций подзарядки) и общий уровень благосостояния жителей. Из-за этой
комбинации факторов сложно прогнозировать, какой вид топлива станет
пользоваться наибольшим спросом в будущем — скорее всего, картина будет не
однородной.

Часть развитых стран перейдет на электромобили, часть сделает ставку на
биотопливо, но многие продолжат пользоваться автомобилями с ДВС на бензине и
дизеле, которые станут более экологичными. Но задача у всех общая — сократить
количество выбросов CO2 и замедлить темпы глобального потепления. Разберемся,
какие виды топлива укрепят свои позиции в будущем и почему электрокары — это
не панацея.

Электрокары и гибриды: светлое будущее или скрытая угроза?

По прогнозам компании BloombergNEF (BNEF), к 2040 году доля электрокаров от
числа проданных авто составит 58%. При этом автомобили на электротяге составят
лишь треть от общего количества машин на дорогах в мире.

На процесс влияет сразу несколько факторов:

Инфраструктура. Не все страны успеют ее подготовить. К примеру, в США это
сделать проще, поскольку автовладельцы обычно живут в частных домах и могут
поставить автомобиль на подзарядку на ночь. Еще первые серийные модели
электрокаров EV1 от GM, выпущенные в 1990-е годы, можно было подключить к
обычной американской бытовой розетке. Сегодня возможностей стало еще
больше, а в создании городской сети зарядных станций заинтересованы крупные
игроки — например, Tesla. В России, как и во многих других странах, условия
придется создавать с нуля.

Политика. Уже 13 стран объявили, что до 2040 года введут запрет на продажу
новых автомобилей с ДВС. Остальные государства пока не готовы к таким
радикальным мерам. К тому же такие решения могут нанести удар по экономике
— например, переход на электрокары в Германии может оставить без работы
десятки тысяч человек.

Технологии. Батареи становятся все более энергоемкими, скорость подзарядки
увеличивается, а ключевые компоненты аккумуляторов, например, литий,
дешевеют с каждым годом. Развитие технологий позволит электрифицировать
общественный транспорт, а также даст толчок микромобильности. Аналитики
BNEF полагают, что к 2030 году именно автобусы и двухколесный транспорт, а не
легковые авто, составят основную долю рынка EV. С этим согласны и другие
эксперты: они считают, что нужно делать ставку на электрификацию транспорта,
поскольку им пользуется больше людей, а значит, и потенциальной пользы будет
больше.

Экология. Проблема электрокаров заключается и в отсутствии исследований:
пока нельзя точно оценить, как массовый переход на EV отразится на экологии.
Электромобиль производит меньше выбросов, чем машина с ДВС, но потребляет
электроэнергию, а для ее получения все еще применяются углеводороды. Так,
эксперимент Volkswagen показал, что в Германии электрокар будет косвенно
производить больше CO2, чем современный дизельный аналог. В странах с
большей долей возобновляемых источников энергии результат будет лучше, но
не существенно.

Другие исследования показывают, что в среднем при производстве бензинового
авто генерируются выбросы, равнозначные 5,6 т CO2. В случае с электрокаром
показатель уже составляет 8,8 т — и половина вырабатывается в процессе
производства аккумуляторов. Решить проблему могут новые технологии, которые
минимизируют углеродный след и позволят выпускать более долговечные батареи
с использованием экологичных материалов.

Но в регионах, в которых возобновляемые источники энергии пока не
распространены, EV вряд ли получат широкое распространение в ближайшие годы.
Это касается России и ряда других стран, например, Мексики, Японии и Австралии.

Биотопливо: отходы и водоросли

Этанол, FlexFuel, биодизель и биогаз, — все эти технологии уже позволяют получать
эффективную альтернативу бензину, используя растительные компоненты,
сельскохозяйственные отходы и даже отходы жизнедеятельности человека.
Экологичность — главное преимущество биотоплива. Растения, которые
используются для получения необходимых веществ, поглощают CO2, нейтрализуя
тем самым углеродный след.

Еще один плюс биотоплива — это наличие готовой инфраструктуры. Заправиться
«водорослевым дизелем» в теории можно на обычной АЗС — для этого не
требуется специальное оборудование.

Но у технологии есть и существенные минусы. Для получения биотоплива нужно
большое количество биомассы, а для этого требуются колоссальные земельные
ресурсы. В Бразилии под поля для сахарного тростника приходится вырубать
деревья в лесах Амазонки, а это большой удар по экосистеме.

Проблема заключается и в автомобилях — не каждому транспортному средству
подходит такой вид топлива. Например, популярный биоэтанол E85 (смесь спирта и
бензина) при сравнимых объемах приводит к большему расходу топлива, чем
чистый бензин.

Популярность биотоплива в будущем зависит от появления новых
производственных технологий. Так, в Дании тестируют автомобили на бензине с
добавлением водорослей. Пока растительный компонент составляет всего 10%, но
ученые надеются увеличить его долю. Водоросли, в отличие от сахарного
тростника, не требуют земельных ресурсов, их не нужно удобрять и обрабатывать
от вредителей, поэтому они наносят меньший вред окружающей среде. Пока
использование водорослевого топлива экономически не целесообразно, но если
исследователям удастся оптимизировать технологию, у нее есть шансы на успех.

Водород: неоправданные надежды

Еще десять лет назад водородные автомобили ставили в один ряд с
перспективными электрокарами, но технология не оправдала ожиданий. Машины с
топливными элементами все еще обходятся слишком дорого, а в большинстве
стран нет заправочной инфраструктуры. Недавний провал компании Nikola Motors,
обещавшей выпустить партию водородных грузовиков и построить сеть
заправочных станций по всей Америке, только усилил разочарование в технологии.
Самый крупный рынок водородных авто — это как раз США, хотя с 2012 года в
стране было продано всего 8 тыс. машин с топливными элементами. Водить
автомобиль на водороде можно только в Калифорнии, где сосредоточено больше
всего заправочных станций. И даже несмотря на умеренный спрос, в штате
периодически возникает дефицит водорода, и автовладельцы не могут заправить
автомобили.

С точки зрения экологичности водородные автомобили тоже вызывают вопросы: по
большинству параметров они проигрывают электрокарам, хотя стоят на порядок
дороже. Всего на рынке доступно три модели авто на водороде, и отсутствие
разнообразия тоже не идет на пользу отрасли. Многие автопроизводители
сворачивают разработки — например, Mercedes-Benz, потратив 30 лет на
исследования, решила не выпускать пассажирские автомобили на топливных
элементах, поскольку их производство обходится в два раза дороже электрокаров.
Перспективы водорода на топливном рынке пока оставляют желать лучшего.
Многое опять же зависит от технологий производства — использование
инновационных методов, например, электролиза с использованием
возобновляемых источников энергии, могло бы заинтересовать крупных игроков.
Но пока рынок стоит на месте, а автовладельцы задумываются о покупке
водородного авто в последнюю очередь. Впрочем, топливные элементы могут
пригодиться в других сферах — например, при производстве мусоровозов или
паромов.

Газ, бензин и дизель: умное управление топливом

Классические виды топлива в будущем вряд ли полностью исчезнут — по крайней
мере в России. Но со временем они станут более экологичными и
энергоэффективными. На рынке уже распространены гибриды, например, range-
extenders — электрокары со встроенным ДВС, который продлевает запас хода, если
батарея садится. Вероятно, именно такие гибридные модели выйдут на передний
план в будущем.

Развитие подключенных автомобилей и телематики также позволит сократить
расход топлива и более эффективно отслеживать его потребление. Современные
системы уже помогают мониторить топливную статистику, а в будущем они смогут
оптимизировать затраты ресурсов.

Исследования показывают, что умный мониторинг поведения водителя с
последующей аналитикой может сократить количество выбросов на 5-20%. В
первую очередь, добиться этого помогают системы, которые препятствуют
внезапному торможению. Водитель делает меньше резких маневров — 
расходуется меньше топлива.

Еще один вспомогательный инструмент — продвинутая система навигации, которая
подбирает не только самый короткий, но и наименее «энергозатратный» маршрут, а
также помогает быстрее находить свободные парковочные места.
Подключенные системы оптимизируют работу не только легкового, но и грузового
транспорта. Например, грузовые «конвои» способны на треть сократить затраты
топлива. Использование машинного обучения и нейросетей в будущем еще больше
упростит задачу — полуавтономные системы будут работать в фоновом режиме,
минимизируя расход бензина или дизеля.

Развитие беспилотного транспорта и каршеринга, вероятно, тоже приведет к
сокращению потребления топлива — машины будут меньше простаивать на
стоянках и использоваться более эффективно.

Автомобильный сектор в силу своей специфики достаточно консервативен —
автопроизводитель не может за пару месяцев переформатировать конвейер на
заводе или перенастроить цепочку поставок. Поэтому переход на новые виды
топлива займет больше времени, чем полагают аналитики. Цифровые решения,
например, системы умного мониторинга, внедрить намного проще — это не
требует так много времени и ресурсов. Поэтому топливная революция начнется с
аналитики и развития подключенных систем, а не с футуристичных топливных
элементов или биодизеля на основе водорослей.

Новое топливо из Саудовской Аравии

Хотя у него есть преимущества, говорит Майкл Либрайх, аналитик Bloomberg New Energy Finance в Великобритании и скептик зеленого водорода, «у него есть столь же впечатляющий список недостатков».

«Этого не происходит в природе, поэтому для его разделения требуется энергия», — пишет Либрайх в первом из двух недавних эссе для BloombergNEF. «Для его хранения требуется сжатие до 700-кратного атмосферного давления, охлаждение до -253°C… Он несет четверть энергии на единицу объема природного газа… Он может охрупчивать металл, он вытекает через малейшие утечки и да, он действительно взрывоопасен.

Некоторые проекты по зеленому водороду учатся этому на собственном горьком опыте. Энергетический консорциум в Австралии недавно объявил о планах экспортировать зеленый водород с завода в Пилбаре на западе Австралии в Сингапур. Схема включала 1743 больших ветряных турбины и солнечные панели площадью 30 квадратных миль для запуска электролизного завода мощностью 26 гигаватт для производства зеленого водорода. Но объект, называемый Азиатским центром возобновляемой энергии, отметил, что аммиак может быть более реалистичным газом для экспорта, чем водород, отчасти из-за трудностей транспортировки водорода на такие большие расстояния, сообщает ABC News.

Несмотря на подобные проблемы, пишет Либрайх, зеленый водород по-прежнему «держит воображение технооптимистов тисками».

Бен Галлахер, энергетический аналитик компании Wood McKenzie, изучающий зеленый водород, говорит, что это топливо настолько новое, что его будущее остается неясным. «Никто не имеет ни малейшего представления о том, что здесь происходит, — говорит он. «На данный момент это предположения. Сейчас трудно рассматривать это как новую нефть. Тем не менее, он может составлять важную часть общего топливного баланса.

Но для сторонников перспективы зеленого водорода слишком заманчивы, чтобы их игнорировать. Если они производятся с использованием возобновляемых источников энергии, они не содержат CO2. Более того, использование возобновляемых источников энергии для создания топлива может помочь решить проблему перебоев в работе, от которой страдают ветровая и солнечная энергия, и, таким образом, это эффективное хранение. Весной и осенью, когда спрос на возобновляемые источники энергии низок, избыточное электричество можно использовать для электролиза, необходимого для расщепления молекул водорода и кислорода.Затем водород может быть сохранен или отправлен по трубопроводу.

В Европе, на Ближнем Востоке и в Азии все больше стран и компаний переходят на это топливо. США отстают, потому что другие формы энергии, такие как природный газ, в настоящее время намного дешевле, но несколько новых проектов находятся в стадии реализации, в том числе зеленая водородная электростанция в Юте, которая заменит две стареющие угольные электростанции и будет производить электроэнергию для южных штатов. Калифорнии и Неваде, а также для использования в штате Юта.

Топливные элементы на этаноле, разработанные исследователями UCF, предлагают новую альтернативу электромобилям, технология

Новый материал, разработанный Университетом Центральной Флориды, однажды может означать, что люди смогут наливать напитки в свои машины.Это связано с тем, что исследователи UCF разрабатывают источник энергии на спиртовой основе для автомобилей и других технологий.

Источник энергии — этаноловый топливный элемент — представляет собой альтернативу ископаемому топливу из возобновляемых источников энергии, потребляет меньше топлива и производит меньше выбросов по сравнению с двигателем внутреннего сгорания.

Это связано с тем, что этанол используется в качестве топлива для выработки электроэнергии, а не тепла, выделяемого при сгорании, как в двигателе. В качестве бонуса этот подход не требует времени на подзарядку, как это необходимо для электромобилей на аккумуляторных батареях, а это означает, что у потребителей будет больше вариантов альтернатив ископаемому топливу.

Топливный элемент будет пополняться аналогично заправке бензобака в автомобиле, но вместо бензина будет использоваться этанол. Этанол может быть получен путем ферментации биомассы, такой как кукуруза и другие растения.

Новая технология описана в выпуске журнала Nature Energy за этот месяц.

«Наше исследование позволяет прямым топливным элементам на этаноле стать новым игроком, чтобы конкурировать с водородными топливными элементами и батареями в различных областях устойчивой энергетики», — говорит Ян Ян, доцент Технологического центра нанонауки UCF и соавтор исследования.

По его словам, разработка этаноловых топливных элементов в прошлом сдерживалась вялыми внутренними реакциями, которые снижали их производительность.

Исследователи UCF преодолевают эту проблему, добавляя элемент фтор в катализаторы палладий-азот-углерод, которые стимулируют выработку электроэнергии в топливном элементе.

«Наша лаборатория продолжала работать над материалами, легированными фтором, для энергетики и устойчивого развития, — говорит Ян. «Мы потратили на этот проект более двух лет, мы никогда не останавливаемся, потому что верим, что это изобретение изменит мир.

Ян говорит, что фтор увеличивает эффективность этанолового топливного элемента за счет усиления каталитической активности и уменьшения коррозии.

Исследователи обнаружили, что разработанный ими катализатор обеспечивает максимальную удельную мощность 0,57 Вт на квадратный сантиметр и более 5900 часов работы в топливных элементах на этаноле прямой энергии. Это в несколько раз больше мощности и времени работы, чем ранее разработанные топливные элементы на этаноле.

Ян говорит, что технология уже готова к коммерциализации, и исследовательская группа работает над сокращением используемого сырья и снижением стоимости производства разработанных катализаторов.

Соавторами исследования в UCF были Jinfa Chang, исследователь с докторской степенью в Технологическом центре NanoScience UCF; Гуанжи Ван и Вэй Чжан, докторанты Технологического центра нанонауки и Департамента материаловедения и инженерии UCF; и Нина Орловская, доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической техники UCF.

Ян занимает совместные должности в Технологическом центре NanoScience UCF и на факультете материаловедения и инженерии, который является частью инженерного и компьютерного колледжа университета.Он является членом кластера возобновляемых источников энергии и химической трансформации (REACT) UCF. Он также имеет второстепенную совместную должность на химическом факультете UCF. До прихода в UCF в 2015 году он был научным сотрудником с докторской степенью в Университете Райса и научным сотрудником Александра фон Гумбольдта в Университете Эрлангена-Нюрнберга в Германии. Он получил докторскую степень в области материаловедения в Университете Цинхуа в Китае.

Сломай его! Как ученые делают топливо из растений · Frontiers for Young Minds

Аннотация

Когда вы утром едете в школу на автобусе, вы, вероятно, едете на дизельном топливе или бензине, которые производятся из нефти.Нефть — это ископаемое топливо , что означает, что она сделана из разложившихся окаменелых организмов, таких как древние растения, планктон и водоросли, которые были погребены под поверхностью Земли миллионы лет.

Ископаемые виды топлива, такие как нефть, природный газ и уголь, добываются из недр земли и используются для привода автомобилей, обогрева зданий и выработки электроэнергии. Нефть также может быть использована для производства химикатов на нефтяной основе (нефтехимии), которые можно найти во многих повседневных вещах, таких как подошвы вашей обуви или пластиковое покрытие сиденья школьного автобуса.

Преимущество ископаемого топлива в том, что оно очень энергоемкое, т. е. содержит много энергии на единицу объема. Это означает, что ископаемое топливо очень хорошо подходит для питания автомобилей и выработки тепла. Не очень хорошая вещь об ископаемом топливе заключается в том, что на Земле его ограниченное количество. Поскольку для формирования ископаемого топлива требуются миллионы лет, мы в конечном итоге израсходуем его до того, как будет произведено больше. Кроме того, при сжигании ископаемого топлива или продуктов нефтехимии выделяется углекислый газ (CO ₂ ). CO ₂ известен как парниковый газ, потому что он может задерживать солнечные лучи внутри земной атмосферы, действуя так же, как стеклянная крыша в теплице. Сжигание ископаемого топлива повышает концентрацию CO ₂ в атмосфере, что может привести к климатическим нарушениям, включая глобальное потепление (1).

Из-за этих проблем ученые и инженеры усердно работают над поиском новых видов топлива и химикатов, которые не добавляют CO ₂ в атмосферу и которые можно возобновить, когда запасы закончатся.Топливо и химикаты, отвечающие этим требованиям, обозначаются как « устойчивого развития ». В экологическом смысле материал является устойчивым, если его можно использовать в течение длительного времени, не заканчивая и не оказывая общего негативного воздействия на окружающую среду.

Биотопливо — это один из видов топлива, многообещающий для нашего энергетического будущего, поскольку он является возобновляемым и экологически безопасным. Другими словами, биотопливо устойчиво.

Биотопливо обычно производят из растительных материалов, которые люди не могут употреблять в пищу, таких как стебли кукурузы, травы и древесная щепа. Биомасса — это другое название растительных материалов, которые используются для производства биотоплива. Когда биомасса собирается и перерабатывается, ученые могут расщеплять растительные клетки и превращать их в возобновляемое топливо или химические вещества. Таким образом, вместо того, чтобы ждать миллион лет, пока природа превратит растения в ископаемое топливо, ученые пытаются ускорить этот процесс, используя хитроумную химию для производства биотоплива из живых растений.

Подождите секунду. Если сжигание ископаемого топлива, состоящего из древних органических веществ, выбрасывает CO ₂ в атмосферу… не создает ли сжигание биотоплива ту же проблему? К счастью, нет.При сжигании биотоплива действительно выделяется CO ₂ , но помните, что растения, используемые в биотопливе, не древние — они жили на земле в то же время, что и мы с вами. И хотя мы, люди, дышим кислородом, чтобы выжить, растения вместо этого дышат CO ₂ . Это означает, что, поскольку растения, используемые для производства биотоплива, потребляют CO ₂ по мере своего роста, общего увеличения количества CO ₂ в атмосфере при их сжигании не происходит. Они только заменяют то, что они взяли.Кроме того, в отличие от нефти, мы всегда можем вырастить новые растения для производства биотоплива, когда они нам понадобятся.

Итак, если биотопливо является устойчивым и безвредным для окружающей среды, то оно должно быть идеальным решением наших энергетических проблем, верно? К сожалению, процессы, которые ученые используют для превращения биомассы в биотопливо, могут быть очень дорогими. Дорогостоящие химические реакции означают дорогое биотопливо и биопродукты, и большинство потребителей предпочтут обычный бензин или пластик более дорогим «зеленым» продуктам.Кроме того, для некоторых биотопливных реакций требуются агрессивные химические вещества, которые могут создавать собственные экологические проблемы, возвращая нас к тому, с чего мы начали, с точки зрения устойчивости (2).

Чтобы увидеть, как растения превращаются в полезное топливо и химические вещества, мы должны сначала понять, из чего они сделаны. Стенки растительных клеток составляют почти весь вес растения и состоят из трех сложных молекул, называемых целлюлозой, гемицеллюлозой и лигнином (рис. 1).

• Рисунок 1. На этом рисунке показана базовая структура тканей растений, начиная с уровня листа (вверху: «несъедобные растения») и до клеточного уровня (слева: «растительная клетка»).
• Как видите, на клеточном уровне длинные молекулы целлюлозы (показаны синим цветом) плотно упакованы в пучки, окруженные гемицеллюлозой (оранжевый цвет) и лигнином (зеленый цвет). Эта плотно упакованная структура помогает сделать растительные ткани прочными и долговечными.

Первые две молекулы, целлюлоза и гемицеллюлоза, состоят из простых строительных блоков сахара, связанных друг с другом в компактную структуру, поддерживаемую третьей молекулой — лигнином (рис. 1). Все три сложные молекулы в растениях должны быть разделены, чтобы получить доступ к строительным блокам сахара внутри, которые затем могут быть преобразованы в биотопливо.

Одним из способов разложения биомассы является использование большого количества агрессивных химикатов для разрушения растительных тканей. Однако эти химические вещества могут быть дорогими и даже токсичными (2). В идеале мы хотели бы облегчить разрушение растений, чтобы нам не приходилось так сильно полагаться на эти химические вещества.

Одно из возможных решений — использовать растворитель — жидкость с химическими свойствами, позволяющими растворять другие материалы… например, растения. Большинство из нас используют растворители каждый день, даже если не осознают этого.Например, вы используете воду в качестве растворителя каждый раз, когда моете руки или готовите растворимый горячий шоколад.

Иногда с задачей справится только определенный вид растворителя. Например, вода может растворить какао-порошок для приготовления горячего шоколада, но она не удалит лак для ногтей — для этого вам понадобятся химические вещества, называемые ацетоном или этилацетатом.

К сожалению, до недавнего времени исследователи энергетики не могли найти растворитель, который был бы (а) дешевым, (б) устойчивым и (в) хорошо разрушающим растения.Но теперь мы обнаружили очень интересный новый растворитель под названием γ- валеролактон (сокращенно GVL ), который может сделать производство биотоплива намного дешевле и эффективнее (3). ГВЛ — такой интересный растворитель, потому что он не только дешевый — он возобновляемый, потому что сделан из самой биомассы.

Мы обнаружили, что можем использовать ГВЛ для извлечения более 70% исходных сахаров, захваченных плотной структурой биомассы, для производства простых сахаров, которые гораздо легче превратить в топливо.Этот процесс проиллюстрирован на рис. 2, на котором показана химическая реакция, протекающая внутри биотопливного реактора. Биотопливные реакторы представляют собой металлические сосуды, в которых проходят реакции переработки биотоплива. Они специально разработаны, чтобы выдерживать воздействие тепла, давления и химических веществ.

• Рисунок 2 – Иллюстрация производства сахара из растений с использованием ГВЛ в качестве растворителя.

Два основных свойства ГВЛ делают его отличным растворителем для экстракции сахара:

(1) GVL придает кислотам большой импульс.

Чтобы началась любая химическая реакция, участвующие ингредиенты (реагенты) должны сначала накопить достаточно энергии. Наименьшее количество энергии, необходимое для запуска реакции, называется «энергией активации» (рис. 3). В обычных реакциях производства биотоплива большое количество кислот смешивают с водой, чтобы помочь расщепить биомассу. Это может занять некоторое время, особенно для очень жестких или древесных растений, но добавление ГВЛ в реакцию дает кислотам большой заряд энергии. Этот импульс помогает системе быстрее накапливать энергию активации, поэтому реакция может протекать быстрее (4, 5) (рис. 3).

• Рисунок 3. Этот график иллюстрирует развитие химической реакции.
• «Свободная энергия» — это причудливый способ обозначения энергии, имеющей отношение к химической реакции. «Ход реакции» представляет собой состояние, которое должны пройти реагенты, чтобы превратиться в продукты.

Чтобы проиллюстрировать это явление, представьте, что две девушки, Джемма и Валери, собираются наперегонки друг с другом взобраться на вершину крутого холма. Обычно оба бегуна должны стоять за стартовой линией, чтобы обеспечить честность гонки.Но в этой гонке у Джеммы фактически есть большая фора: когда срабатывает зуммер, она начинает бежать на полпути вверх по крутому холму, а Валери должна начинать с самого низа. Как вы думаете, кто победит? Как вы уже догадались, Джемма доберется до вершины холма намного раньше Валери. Точно так же, как фора приближает Джемму к вершине холма в аналогии с гонкой, GVL приближает кислоту к точке реакции с биомассой, позволяя реакции протекать намного быстрее.

(2) ГВЛ избавляет от лигнина.

Лигнин действительно важен для растений: он придает им форму и структуру, помогает им расти здоровыми и сильными. Но для ученых лигнин — просто неприятность. Это жесткая и упрямая молекула, которую очень трудно разрушить, и она препятствует получению простых сахаров из молекул целлюлозы и гемицеллюлозы. Однажды ученые надеются, что смогут расщепить сам лигнин, чтобы сделать полезные вещи, но пока они просто хотят убрать его с дороги. GVL обладает необычной способностью растворять лигнин и не давать ему блокировать главный приз: богатые энергией строительные блоки сахара.

Пожалуй, самое лучшее в этом ГВЛ то, что его можно перерабатывать. В конце биотопливной реакции в реактор можно добавить жидкий CO ₂ , чтобы разделить каждый реагент на отдельный слой (рис. 2). Подумайте о бутылке причудливой заправки для салата: масло и уксус вместо того, чтобы смешиваться друг с другом, остаются совершенно отдельными, пока бутылку не встряхивают. Точно так же, когда в биотопливный реактор добавляют CO ₂ , раствор ГВЛ и сахара становится как раз той заправкой для салата.Все сахара переходят в один слой и концентрируются (см. рис. 2), а ГВЛ образует свой отдельный слой. Затем GVL можно легко удалить и использовать снова, а раствор сахара, который получают ученые, примерно в пять раз более концентрированный, чем он был бы без GVL. Эта повышенная концентрация очень важна, потому что это означает, что вам нужно тратить меньше энергии на очистку конечного продукта, что делает весь процесс более эффективным и менее расточительным.

После удаления ГВЛ остается концентрированный и очень полезный сахарный раствор.У ученых есть два варианта использования этого богатого энергией решения:

• Они могут улучшать сахар путем дальнейших химических реакций с другими полезными молекулами, которые сегодня используются для производства многих продуктов, полученных из нефтехимии. Это означает, что GVL можно использовать для производства устойчивых альтернатив пластмассам, мылу, краскам и многим другим распространенным материалам.
• Они могут «скармливать» сахар микроорганизмам, таким как дрожжи или бактерии, которые затем метаболизируют его и производят топливо. Одним из примеров является биотопливо этанол: он может питать легковые и грузовые автомобили и другие машины почти так же эффективно, как бензин. Некоторые микроорганизмы имеют особенно хороший аппетит к сахарам, полученным с использованием ГВЛ, потому что они не содержат агрессивных химикатов, которые часто используются в других реакциях биотоплива. Тот факт, что микроорганизмы могут не только выживать, но и процветать на сахаре, обработанном ГВЛ, означает, что ГВЛ пригоден для использования в других биологических реакциях, а не только в химических. В этой работе микроорганизмы использовались для производства этанола в таких высоких концентрациях, что очистка этанола в пригодное для использования топливо не требовала больших затрат.

По всем этим причинам использование ГВЛ дает ученым надежду на создание биотоплива и химикатов, способных конкурировать с нефтепродуктами на рынке. На протяжении столетий люди изобретают новые технологии и развивают промышленность с поразительной скоростью, иногда нанося серьезный ущерб окружающей среде. Процесс производства биотоплива, отвечающий всем требованиям доступности, возобновляемости и устойчивости, может принести пользу как людям, так и Земле.С открытием роли GVL в переработке биотоплива мы считаем, что стали на один шаг ближе к устойчивому будущему.

Глоссарий

Биотопливо : ↑ Некоторые виды растительного материала (см. биомассу) можно перерабатывать в жидкое или газообразное топливо, называемое биотопливом. Некоторые виды биотоплива могут стать возобновляемой альтернативой ископаемому топливу, например бензину.

Биомасса : ↑ Биомасса — это общий термин, относящийся к любому органическому (углеродосодержащему) материалу, полученному из живой материи, такой как растения.Биомасса растений состоит из трех основных молекул: целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Типы биомассы, используемой для биотоплива, включают растения и растительные отходы, такие как травы, стебли кукурузы и древесная щепа.

Ископаемое топливо : ↑ Ископаемое топливо образуется под землей в течение миллионов лет и состоит из органических веществ из тканей древних растений и животных. К ископаемым видам топлива относятся уголь, природный газ и нефть. Нефть может быть переработана в другие виды топлива, такие как дизельное топливо и бензин.

Глобальное потепление : ↑ Когда в атмосферу попадает слишком много углекислого газа (CO ₂ ), он может задерживать солнечные лучи внутри атмосферы. Это явление называется парниковым эффектом, и оно может привести к общему повышению глобальной температуры, называемому глобальным потеплением.

ГВЛ : ↑ ГВЛ является сокращением от γ- валеролактон . Это химическое вещество, которое можно легко получить из растений. В нашем эксперименте мы использовали ГВЛ в качестве растворителя для растворения растений.В прошлом ГВЛ применяли в парфюмерной промышленности, поскольку он имеет сладкий травяной запах. ГВЛ также используется в фармацевтических продуктах.

Реакция : ↑ Химическая реакция происходит, когда атомы в веществе перестраиваются, что приводит к химическому изменению вещества. Химическая реакция может начаться только после того, как она наберет достаточно энергии. Это минимальное количество энергии, необходимое для начала реакции, называется энергией активации.

Растворитель : ↑ В химии растворитель — это жидкость или газ, который может растворять другое вещество, называемое растворенным веществом.Когда вы добавляете растворитель к растворенному веществу, вы получаете раствор.

Устойчивость : ↑ В экологическом смысле материал является экологически безопасным, если его можно использовать в течение длительного времени, не истощая запасы и не оказывая общего негативного воздействия на окружающую среду. Например, возобновляемая энергия является устойчивой, потому что мы можем производить ее больше, не нанося значительного ущерба окружающей среде. В более широком масштабе экологическая система является устойчивой, если она может выжить с течением времени при здоровом уровне биоразнообразия, продуктивности и ресурсов.

---

Артикул оригинального источника

↑ Лютербахер, Дж. С., Рэнд, Дж. М., Алонсо, Д. М., Хан, Дж., Янгквист, Дж. Т., Маравелиас, К. Т., и др. 2014. Неферментативное производство сахара из биомассы с использованием полученного из биомассы γ-валеролактона. Наука 343: 277–280. doi:10.1126/наука.1246748

---

Каталожные номера

[1] ↑ Tester, JW 2005. Устойчивая энергетика. Кембридж, Массачусетс: MIT Press.

[2] ↑ Лютербахер, Дж.С., Мартин Алонсо, Д., Думесик, Дж. А. 2014. Целенаправленное химическое преобразование лигноцеллюлозной биомассы в молекулы платформы. Зеленый хим. 16:4816–38. дои: 10.1039/C4GC01160K

[3] ↑ Luterbacher, J.S., Rand, J.M., Alonso, D.M., Han, J., Youngquist, J. T., Maravelias, C.T., et al. 2014. Неферментативное производство сахара из биомассы с использованием полученного из биомассы γ-валеролактона. Наука 343: 277–80. doi: 10.1126/science.1246748

[4] ↑ Меллмер, Массачусетс, Сенер, К., Галло, Дж. М. Р., Лютербахер, Дж. С., Алонсо, Д. М., Думесик, Дж. А. 2014. Влияние растворителя в реакциях конверсии биомассы, катализируемых кислотой. Энгью Чем. Междунар. Эд. 53:11872–5. doi: 10.1002/anie.201408359

[5] ↑ Меллмер, М.А., Алонсо, Д.М., Лютербахер, Дж.С., Галло, Дж.М.Р., Думесик, Дж.А. 2014. Эффекты γ-валеролактона при гидролизе лигноцеллюлозной биомассы до моносахаридов. Зеленый хим. 16:4659–62. DOI: 10.1039/C4GC01768D

новых стратегий сжигания топлива плюс биотопливо делают автомобили и грузовики более чистыми и эффективными | Новости

Совместная оптимизация топливного двигателя

демонстрирует потенциал для уменьшения выхлопной трубы и парниковых газов Выбросы газа

Годовой обзор Co-Optima FY20 освещает последние инновации в области двигателей и топлива.

В прошлом году средняя экономия топлива для легковых автомобилей достигла нового максимума, в то время как пандемия сократила время в пути, расход топлива и выбросы. Эти краткосрочные сокращения подстегнули усилия по еще большему долгосрочному повышению эффективности использования топлива. и сокращения выбросов для автомобилей с бензиновым двигателем, которые, вероятно, составят большинство У.Автомобильный рынок С. на годы вперед. В то же время к удовлетворить потребности в доставке из-за всплесков онлайн-заказов американцев, находящихся на карантине, грузовых грузовики восстановили активность, а уровень потребления дизельного топлива даже выше, чем видели до пандемии.

Отчет, опубликованный в этом месяце, освещает наиболее значительные достижения прошлого года. в программе совместной оптимизации топлива и двигателей (Co-Optima) Министерства энергетики США. инициатива, с подробной информацией о выводах, которые могут привести к значительным выбросам парниковых газов. сокращение выбросов газа (ПГ) и выхлопных газов.Исследователи из National Renewable Энергетическая лаборатория (NREL) и восемь других национальных лабораторий сотрудничают в изучить, как одновременные усовершенствования автомобильного топлива и двигателей могут увеличить потребление энергии эффективность и использование возобновляемых видов топлива при одновременном сокращении выбросов.

Большая часть исследований Co-Optima сосредоточена на компонентах, известных как смеси, которые могут производиться из широкого спектра внутренних ресурсов, включая возобновляемую биомассу, например в виде отходов лесного хозяйства, сельского хозяйства и пищевых продуктов, а также в сочетании с топливом на нефтяной основе. Исследователи Co-Optima добились значительного прогресса в понимании свойств смесей. влияние на эффективность транспортных средств и выбросы по данным исследования 2020 финансового года (2020 финансовый год) сосредоточение внимания на стратегиях многорежимного сгорания для автомобилей малой грузоподъемности (LD) и воспламенение от сжатия с регулируемым смешиванием (MCCI) и воспламенение от сжатия с улучшенным воспламенением (ACI) стратегии для автомобилей средней грузоподъемности (MD) и большой грузоподъемности (HD).

«Когда мы комбинируем эти новые смеси с топливом на нефтяной основе в усовершенствованных двигателях, мы наблюдаем существенное сокращение выбросов загрязняющих веществ», — сказал старший научный сотрудник NREL. Руководитель платформы Advanced Fuels and Burning Platform и член руководящей группы Co-Optima Роберт МакКормик. «Мы говорим о смесях, которые сокращают выбросы парниковых газов. более чем на 60% по сравнению с вытесняемым ими нефтяным топливом, а также уменьшают выхлопную трубу выбросы сажи как от легковых автомобилей, так и от коммерческих грузовиков, что в конечном итоге означает более чистое воздуха и более здоровой планеты».

Биосмеси для достижения целей по выбросам и стоимости для грузовиков

Двигатели MCCI на дизельном топливе, которые обычно используются в коммерческих грузовых автомобилях, доставляют высокая мощность и экономия топлива, но для этого требуются дорогостоящие и сложные системы управления. нормы выбросов.Исследование Co-Optima в 2020 финансовом году выявило потенциал для многих кандидатов Смеси MCCI для снижения выбросов загрязняющих веществ по критериям MD и HD и сокращения жизненного цикла Выбросы парниковых газов более чем на 60% по сравнению с обычным дизельным топливом, полученным из нефти, при соблюдении требований к производству коммерческих автомобилей и эксплуатационным расходам.

Вклад NREL в это исследование Co-Optima MD и HD включает:

• Использование расширенных возможностей моделирования для имитации развертывания грузовых автомобилей класса 8 используя 10% биотопливную смесь, раскрывая потенциал для 7.5% снижение совокупного выброса парниковых газов выбросов между 2025 и 2050 годами (с большим сокращением выбросов при более высоких уровни смешивания)
• Определение уникальной молекулярной структуры, катализатора и стратегии конверсии биомассы для производства потенциально высокоэффективной, низкоуглеродистой и рентабельной биосмеси для использования в дизельных двигателях
• Применение передовых вычислительных методов для поиска оптимального двигателя с воспламенением от сжатия стратегии контроля, способные сократить выбросы в три раза без значительного снижения в силе
• Количественная оценка того, как биотопливные смеси с низким содержанием чистого углерода могут обеспечить высокую эффективность двигателя, с меньшим количеством вредных выбросов выхлопных газов и меньшими выбросами парниковых газов в течение жизненного цикла по сравнению со стандартным дизельное топливо
• Демонстрация того, как химическая структура влияет на склонность биотоплива к сажеобразованию, произведенного из отходов сельского и лесного хозяйства, чтобы помочь в разработке более чистых новых высокопроизводительных смеси.

Исследователи «Ко-Оптима» из всей инициативы использовали технико-экономический анализ и жизненный цикл анализы для оценки и ранжирования потенциальных смесей MCCI по 19 показателям технологии готовности, экономической жизнеспособности и воздействия на окружающую среду. Производство возобновляемого дизельного топлива из влажных отходов и отработанного кулинарного масла с помощью определенных методов доставляются наиболее благоприятные экономический потенциал и сокращение выбросов.Большинство смесей-кандидатов предлагались на выгодных условиях. экономические показатели, четыре с целевыми ценами ниже 4 долларов за эквивалент бензинового галлона.

Свойства топлива

для максимального повышения эффективности многорежимного двигателя для автомобилей

Двигатели, использующие форсированное искровое зажигание (SI) во время ускорения или набора высоты. и использовать режимы ACI/Lean-SI в более типичных условиях вождения, известные как многорежимные. двигатели.В 2020 финансовом году исследователи Co-Optima определили 10 смесей на биологической основе, которые демонстрируют потенциал для совместимости с SI, ACI и другими передовыми режимами сгорания, срок службы сокращение выбросов парниковых газов в цикле не менее чем на 60%, высокий потенциал проникновения на рынок, и лучшая производительность при использовании в многорежимных двигателях LD.

Исследование NREL Co-Optima LD включало:

• Определение методов извлечения выгоды из смесей, которые обеспечивают нелинейные свойства топлива Преимущества для обеспечения производительности, эффективности и сокращения выбросов выше среднего при смешивании с топливом будущего и в сочетании с новыми стратегиями сжигания
• Разработка быстрого и точного онлайн-инструмента, помогающего исследователям идентифицировать молекулярные структура высокоэффективного биотоплива с низким уровнем выбросов за секунды, а не за дни
• Адаптация состава биотоплива из древесной биомассы для получения более высокой энергии плотность, а также воспламеняющие свойства и низкий потенциал сажеобразования жизненно важны для форсированного SI и многорежимные характеристики двигателя.

Режимы сгорания ACI и обедненной смеси и технологии двигателей могут повысить эффективность и сократить выбросы для всех типов транспортных средств в типичных условиях, сохраняя при этом мощность увеличение плотности и эффективности за счет турбонаддува, прямого впрыска, уменьшения размеров двигателя, и снижение скорости. Совместная команда Co-Optima обнаружила, что все 10 кандидатов на смешивание соответствовали критериям для использования в многорежимных двигателях, причем пять продемонстрировали значительно меньше барьеров для принятия, и один (этанол) уже на рынке.

Новые партнеры для ускорения разработки и внедрения

На конкурсной основе Министерство энергетики выбрало новые отраслевые проекты в 2020 финансовом году для ускорения разработка и внедрение коммерческого высокоэффективного биотоплива за счет использования уникальные экспериментальные и вычислительные возможности национальных лабораторий. Компания Shell была выбрана для сотрудничества с NREL в области применения метаболической инженерии и технологических процессов. оптимизация биологического производства высокоэффективного изопропанола.Команда недавно завершила первоначальный вычислительный анализ проекта.

«Поскольку отраслевые партнеры присоединились к команде, мы стали намного ближе к завершению нашего передача», — сказал Маккормик. «В конце концов, промышленность будет использовать научную базу от Co-Optima для разработки экологически чистых, эффективных и доступных новых видов топлива и транспортных средств. двигатели, которые нам нужны для устойчивого будущего.”

При поддержке Управления автомобильных технологий Министерства энергетики и Управления биоэнергетических технологий, партнерами Co-Optima являются NREL, а также Аргонн, Айдахо, Лоуренс Беркли, Лоуренс Национальные лаборатории Ливермора, Лос-Аламоса, Ок-Риджа, Тихоокеанского Северо-Запада и Сандии, плюс более 20 университетов и отраслевых партнеров.

Прочитайте полный отчет , получите дополнительную информацию о деятельности Co-Optima и узнайте об участии NREL в Co-Optima и других транспортных исследованиях .

Влияние альтернативных видов топлива на транспорт

Пол Аргиропулос, EPA ¹

Введение

Существуют очевидные связи между Министерством транспорта США и Агентством по охране окружающей среды США, так же как существуют связи между топливом и перемещением людей и товаров. Без автомагистралей транспортные средства не могут двигаться с легкостью, а без топлива транспортные средства вообще не могут двигаться.В то время как DOT уделяет внимание транспортной системе, EPA уделяет внимание окружающей среде, хотя снова эти два мира сходятся в форме потребности в топливе и выбросов транспортных средств, возникающих в результате использования этих видов топлива.

Этот документ основан на точке зрения Управления транспорта и качества воздуха EPA (OTAQ). Миссия OTAQ состоит в том, чтобы предоставить руководство и регулирование выбросов от всего, что использует топливо для движения, и некоторых вещей, которые не движутся, включая выбросы от транспортных средств, как тяжелых, так и легких, дорожных и внедорожных, а также всего, что связано с ручным управлением. удерживаемое оборудование к оборудованию для производства электроэнергии и т. д.В рамках этой миссии OTAQ регулирует использование топлива и требует регистрации топлива для соблюдения требований. OTAQ требуется информация о составе, токсичности и воздействии топлива на выбросы, а также о том, как такое использование будет соответствовать текущим стандартам выбросов.

Стратегия, которую Агентство по охране окружающей среды начало разрабатывать и внедрять еще в конце 80-х и начале 90-х годов, представляла собой системный подход. Этот подход признает, что нормативные акты могут затрагивать ряд заинтересованных сторон, и все они чувствительны к возможному влиянию нормативов EPA на структуру затрат в своей отрасли. Заинтересованные стороны, естественно, не хотят нести новые расходы, которые могут привести к дополнительным затратам для потребителей. EPA осознало, что заинтересованным сторонам необходимо работать вместе и разработать системный подход, чтобы новые правила основывались на здравом смысле, а также обеспечивали максимальную гибкость для заинтересованных сторон с наименьшим воздействием, при этом понимая, что не все заинтересованные стороны будут довольны окончательный результат. Тем не менее, EPA считает, что этот подход обеспечивает больший сегмент удовлетворенных заинтересованных сторон, чем в случае односторонних решений и связанных с ними правил.В соответствии с этой философией Агентство по охране окружающей среды разработало программы для перехода отрасли на новые правила и обеспечения гибкости, обучения и банковских программ с разработкой более строгих программ, чтобы топливо помогало внедрять новые технологии. Это упрощает соответствие технологий стандартам выбросов и, в конечном итоге, снижает затраты. Другим аспектом системного подхода Агентства по охране окружающей среды является рассмотрение, насколько это возможно, не только прямого, но и косвенного воздействия нормативных актов.В случае с топливом это означает, что АООС может учитывать не только выбросы в результате использования топлива, но и выбросы в результате производства топлива.

Что касается альтернативных видов топлива, то любое обсуждение должно начинаться с определения того, что на самом деле означает этот термин и как он определяется. Например, это топливо, отличное от того, что мы имеем сейчас, не нефтяное топливо, биотопливо или газообразное топливо? С точки зрения Агентства по охране окружающей среды, «альтернативные виды топлива» — это любые виды топлива, которые используются в автомобилях и которые отличаются от существующих видов топлива, которые могут включать обычные нефтяные топлива, которые были модифицированы путем изменения состава, или это может быть совершенно другой тип топлива.

Новый стандарт возобновляемого топлива

Одним из важных недавних действий правительства стало принятие Закона об энергетической независимости и безопасности от 2007 г. ² , целью которого является снижение зависимости США от иностранного импорта нефти и сокращение воздействия на окружающую среду и выбросов парниковых газов (ПГ). за счет использования новых видов топлива и топливных смесей. Закон о политике 2005 года установил национальные стандарты возобновляемого топлива в размере 7,5 миллиардов галлонов к 2012 году. Новый Закон об энергетической независимости и безопасности (EISA) изменил эту цель, значительно увеличив ее до 36 миллиардов галлонов возобновляемого топлива к 2022 году.В настоящее время EPA занимается разработкой всех новых требований, которые потребуются для достижения всех целей EISA. В частности, существуют новые категории для замены бензина, который был израсходован не только в дорожном секторе, но и во внедорожном, что позволяет также генерировать кредиты в некоторых других пулах. Тем не менее, чтобы быть в соответствии, есть ряд критических положений, которые должны быть выполнены.

Чтобы топливо можно было использовать в качестве возобновляемого продукта, оно должно быть произведено из одобренной возобновляемой биомассы и должно поступать с земель, которые ранее возделывались. Этот критерий имеет далеко идущие последствия для биотоплива, включая необходимость проведения оценки жизненного цикла для отслеживания распределения и переработки сырья в возобновляемое топливо, включая отслеживание происхождения сырья, на какой земле оно выращивалось и т. д. Каждое топливо категория имеет связанный стандарт, который должен соблюдаться, за исключением того, что кукурузный этанол был «унаследован». Вообще говоря, если это новое топливо с нового объекта, оно должно обеспечивать сокращение выбросов парниковых газов на 20% по сравнению с заменяемым топливом, которое было установлено в Законе как топливо на нефтяной основе 2005 года.Конгресс включил в Закон положения, предусматривающие ситуацию, когда новая технология не работает или вводится в действие так быстро, как предполагалось, и стандарты не могут быть достигнуты. В этом случае EPA было предоставлено право выпускать отказы от стандартов.

Предлагаемое нормотворчество для второго стандарта возобновляемых видов топлива (RFS 2) ³ требует, чтобы некоторые возобновляемые виды топлива обеспечивали сокращение выбросов парниковых газов по сравнению с бензином и дизельным топливом, которые они замещают. Чтобы получить кредит на соответствие новым стандартам, нефтеперерабатывающие заводы должны соответствовать этим требованиям.Для каждого топливного пути в предлагаемом нормотворчестве учитываются выбросы ПГ, производимые в течение всего жизненного цикла топлива. Это включает производство и транспортировку сырья, изменение землепользования, производство, распределение, смешивание возобновляемого топлива и использование. Полученный уровень выбросов ПГ за жизненный цикл затем сравнивается с выбросами ПГ за жизненный цикл базового нефтяного топлива 2005 г., которые заменены возобновляемым топливом. Чтобы возобновляемые виды топлива соответствовали требованиям RFS 2, они должны соответствовать минимальным пороговым значениям сокращения выбросов парниковых газов или превышать их.Пороговые значения для четырех категорий возобновляемых видов топлива следующие:

• На 20% меньше выбросов парниковых газов для возобновляемых видов топлива, произведенных на новых объектах;
• На 50 процентов меньше для дизельного топлива на основе биомассы;
• На 50 % меньше для современного биотоплива; и
• на 60 процентов меньше для целлюлозного биотоплива.

В конечном счете, смысл этого закона заключается в том, что произойдет сдвиг в распределении топлива с использованием возобновляемых видов топлива в гораздо большем объеме, чем когда-либо прежде.В соответствии с первоначальным стандартом EPA по возобновляемым видам топлива (RFS 1) ⁴ , ожидалось, что к 2012 году альтернативные виды топлива заменят только 1-1,5% традиционных видов топлива в США. % замены к 2022 году. Кроме того, в транспортном секторе ожидается, что потребление жидких нефтепродуктов останется на прежнем уровне и будет частично заменено биотопливом.

Изучая прогнозируемое распределение жидкой биомассы в 2022 году, по-прежнему ожидается, что значительная часть альтернативного топлива будет основана на кукурузном этаноле, биодизеле, биобутаноле или возобновляемом топливном сырье.В настоящее время существует огромное количество технологий, которые могут превратить исходное сырье в продукт, очень похожий на обычный бензин и дизельное топливо. Ясно, что в будущем в транспорте все еще будет использоваться жидкое транспортное топливо. Однако насколько быстро развиваются технологии, проникновение на рынок и изменения в покупательной способности, пока неизвестно. Недавнее падение стоимости сырой нефти повлияло на цены на бензин и дизельное топливо.Однако, несмотря на это снижение цен, по-прежнему наблюдается сдвиг в типах автомобилей, которые покупают люди, в сторону более компактных и экономичных автомобилей. С изменениями в технологии и изменениями в автопарке произойдут изменения в выбросах парниковых газов.

Сокращение выбросов парниковых газов представляется приоритетом для новой администрации, хотя многие уже давно работают над этим вопросом. Реальность такова, что мы увидим сдвиг в изменении сочетания типов источников энергии – скорее в более широкой отраслевой перспективе, чем в транспортном секторе.Например, мы все еще увидим много выбросов парниковых газов в транспортном секторе, связанных с переходом на электричество, потому что источник энергии для производства электричества неизвестен. Количественная оценка этого сдвига будет важным фактором при оценке воздействия выбросов ПГ в транспортном секторе. Опять же, если спрос изменится, может произойти изменение типов транспортных средств, используемых населением, и, как следствие, изменение сочетания источников энергии, используемых для транспорта. Таким образом, прогнозы сокращения выбросов ПГ частично обусловлены сокращением спроса на поездки, частично повышением эффективности транспортных средств и частично переходом с нефти на другие альтернативные виды топлива, такие как возобновляемые виды топлива, которые могут иметь более низкие сопутствующие выбросы двуокиси углерода.

Потребности в исследованиях

Существует ряд областей, требующих дальнейших исследований, некоторые из которых перечислены ниже. Одной из ключевых областей будущих исследований будет проведение более тщательного изучения прогнозируемых изменений в использовании топлива в результате EISA. Исторические тенденции могут дать некоторое представление о том, являются ли эти прогнозы обоснованными, но за последние месяцы произошло много изменений, которые могут повлиять на эти прогнозы. Необходимы новые исследования, чтобы учесть эти изменения и оценить влияние этих изменений на прогнозы EISA.

Необходимы дополнительные исследования по нескольким другим темам, включая продолжающиеся дискуссии о затратах и ​​преимуществах энергетической безопасности и независимости, важности поддержания достижений в области защиты населения в отношении контроля выбросов и других. Один из возникающих вопросов об устойчивости, который требует исследования, заключается в количественной оценке компромисса между использованием сырья на основе сельскохозяйственных культур в качестве топлива для транспорта и для производства продуктов питания. Например, для производства этанола требуется большое количество кукурузы, что неизбежно конкурирует с использованием той же кукурузы для кормления скота и птицы.

Область государственной политики и движущих сил рынка является еще одной областью для дополнительных исследований. Государственная политика является центром всего, но сейчас на эту политику влияет так много факторов. Изменение климата является серьезной политической проблемой, но существует так много других факторов, включая экономику, которые в конечном итоге будут влиять на то, может ли быть разработана последовательная и сбалансированная государственная политика, которая одновременно удовлетворяет потребности различных заинтересованных сторон и потенциально противоречивые точки зрения.Наконец, необходимы исследования, чтобы понять потребности инфраструктуры в альтернативных видах топлива. Существуют вопросы инфраструктуры, связанные с альтернативными видами топлива, которые необходимо изучить, в том числе необходимость перевозки биомассы на нефтеперерабатывающий завод и соответствующие требования к инфраструктуре для этой деятельности. Это исследование должно решить такие вопросы, как трубопроводы, автомагистрали и т. д., которые потребуются.

Презентация семинара

---

¹ Выдержки из устной презентации Battelle Staff.

² http://www.govtrack.us/congress/bill.xpd?bill=h210-6

³ http://www.epa.gov/otaq/renewablefuels/

⁴ http://epa.gov/otaq/renewablefuels/index.htm

Реакторное топливо на основе тория может поддерживать новую волну ядерной энергетики

Эта топливная связка CANDU/PHWR идентична новой топливной связке CCTE ANEEL, но с другим составом U/Th. Связка имеет длину 50 см и диаметр 10 см.

(с) Кодди | Dreamstime.com

На протяжении десятилетий инженеры-ядерщики придумывали новые формулы, формы и размеры радиоактивного топлива, питающего реакторы мировых атомных электростанций (наш величайший источник электроэнергии с нулевым выбросом углерода). Сегодня большая часть того, что используется для реакторного топлива, — это обогащенный уран. В будущем топливные составы могут перейти на очень перспективный элемент торий.

Потенциальный прорыв: Министерство энергетики США (DOE), Национальная лаборатория Айдахо (INL) и Центр ядерной инженерии и науки в Техасе A&M сотрудничают с Clean Core Thorium Energy (CCTE) для изготовления нового типа ядерного топлива, называемого «Передовая ядерная энергия для обогащения жизни», или ANEEL.

Благодаря запатентованной комбинации тория (Th) и урана (U), в частности «низкообогащенного урана с высоким содержанием проб» (HALEU), топливо ANEEL может решить несколько проблем, которые преследуют ядерную энергетику — стоимость, распространение и отходы. Кроме того, это топливо, произведенное в Америке, делает его главным кандидатом на экспорт на развивающиеся ядерные рынки.

За последние несколько лет ученые-климатологи пришли к единому мнению о том, что ядерная энергия имеет решающее значение для смягчения наихудших последствий глобального потепления.Страны и штаты переходят от мандатов по возобновляемым источникам энергии к технологически нейтральным стандартам чистой энергии , которые включают ядерную энергию.

Но в развивающихся странах потребность остра. Большинство из них не имеют инфраструктуры для установки природного газа, ветра или солнечной энергии. Кроме того, многие из них не имеют достаточной топографии и речного стока для гидроэнергетики. Так что либо уголь, либо атом. Если вы вообще заботитесь об окружающей среде, то лучше быть ядерной.

Таким образом, разработка новых технологий, особенно передовых видов топлива, имеет решающее значение для этого развертывания.Топливо ANEEL можно использовать в традиционных реакторах с кипящей водой и водой под давлением, но по-настоящему оно выгодно при использовании в тяжеловодных реакторах, таких как CANDU и PHWR. Что еще более важно, его можно разработать и развернуть довольно быстро.

CCTE планирует вывести эту технологию на рынок к 2024 году.

«Сегодня развивающиеся страны и их граждане, всегда жаждущие энергии, необходимой для привода двигателей прогресса и процветания, нуждаются в обильном и бесперебойном источнике чистой энергии для базовой нагрузки.Это решение должно устранить несколько ключевых барьеров, включая стоимость, эффективность и устойчивость», — говорит Мехул Шах, генеральный директор и основатель CCTE. «Неотложность реализации такого видения становится еще более важной, поскольку время теряется перед лицом ускоряющегося климатического кризиса».

Реакторы CANDU и PHWR

Реактор CANDU (канадский дейтериум-урановый) был разработан в 1950-х годах в Канаде, а совсем недавно в Индии как PHWR (тяжеловодный реактор под давлением).Эти реакторы представляют собой реакторы с тяжелым водяным охлаждением и реакторы с водой под давлением с замедлителем.

49 действующих реакторов PHWR/CANDU находятся в 7 странах, включая Канаду, Аргентину, Индию и … [+] Китай.

ССТЕ

PHWR/CANDU – это хорошо зарекомендовавшие себя малые и средние реакторы (см. рисунок выше). Все 20 ядерных реакторов Канады имеют конструкцию CANDU. Другие страны с реакторами CANDU включают Аргентину, Китай, Индию, Южную Корею, Пакистан и Румынию. В Индии имеется 18 PHWR, основанных на конструкции CANDU.Около 50 реакторов CANDU и PHWR составляют примерно 10% реакторов по всему миру.

С другой стороны 30 стран рассматривают, планируют или начинают ядерные программы, а еще 20 стран, большинство из которых находятся в развивающихся странах, выразили заинтересованность в запуске ядерной программы в будущем (см. рисунок ниже). . CANDU/PHWR — это оптимальный выбор реактора для развивающихся стран, если он оснащен подходящим топливом.

CANDU/PHWR обычно используют природный уран (0.7 % U-235) в качестве топлива, поэтому им нужен более эффективный замедлитель (материал, который замедляет или замедляет скорость нейтрона, чтобы он сталкивался со следующим ядром с нужной скоростью, чтобы расщепить или расщепить его). В этом случае в этих реакторах используется тяжелая вода (D2O). Дейтерий — это водород с одним нейтроном в ядре.

Кроме того, торий имеет более высокую температуру плавления и более низкую рабочую температуру, что делает его более безопасным, чем прямой U, и более устойчивым к расплавлению активной зоны.

Есть 30 стран, рассматривающих, планирующих или запускающих ядерные программы, и еще 20 стран… [+] страны, выразившие заинтересованность в запуске ядерной программы в будущем.

ССТЕ

Топливо ANEEL имеет очень высокую скорость выгорания около 55 000 МВт-сут/т (мегаватт-сутки на тонну топлива) по сравнению с природным урановым топливом, используемым в действующих в настоящее время PHWR/CANDU с выгоранием около 7000 МВт-сут. / Т. Это важно в нескольких отношениях.

Более высокое выгорание означает, что топливо дольше остается в реакторе и получает больше энергии из того же количества топлива.Кроме того, при использовании топлива образуется больше нейтронных ядов, в том числе Pu-240 241 242, что делает использование отработавшего топлива непомерно трудным для изготовления оружия.

Кроме того, более высокое выгорание топлива ANEEL сократит отходы более чем на 80% и в конечном итоге даст гораздо меньше плутония (Pu), поскольку больше Pu сжигается для производства энергии, делая отработавшее топливо устойчивым к распространению. Меньше израсходованного топлива означает меньшее количество дозаправок, меньшую стоимость, меньшее количество обращений с топливом и меньший объем для утилизации.

Кроме того, реакторы PHWR/CANDU не нужно останавливать для дозаправки, и их можно заправлять на полной мощности.Индийский PHWR Kaiga Unit-1 и Darlington Unit 1 в Канаде установили мировые рекорды по продолжительности непрерывной работы: 962 дня и 963 дня непрерывной работы соответственно.

В существующей установке CANDU/PHWR, использующей природный уран, каждая топливная связка весит примерно 15 кг. После первых 150 дней эксплуатации потребуется ежедневно заменять в среднем восемь таких пучков в течение оставшейся части срока эксплуатации реактора, составляющего 60 лет.

С топливом ANEEL каждая топливная связка весит примерно 10 т.65 кг. После первых 1400 дней эксплуатации в среднем ежедневно необходимо будет заменять только один такой пучок до конца срока службы реактора, что приведет к значительно меньшему количеству отходов.

Интересное о тории

Как и большинство тяжелых изотопов с четными номерами, Th-232 нелегко делится. Но подобно неделящемуся U-238, образующему Pu-239 в результате сорбции нейронов, который затем делится с выделением энергии, Th-232 также поглощает нейтрон, затем быстро подвергается двойному бета-распаду до U-233, который затем делится с выделением энергии.

Доктор Шон Макдевитт, профессор ядерной инженерии и директор Центра ядерной инженерии и науки Техасского университета A&M, отмечает: «Я активно работаю над поведением и применением ядерного топлива более 25 лет. Топливная концепция ANEEL, интегрированная с существующей технологией реакторов CANDU/PHWR, использует преимущества превосходных свойств, производительности и изобилия тория для выработки чистой электроэнергии базовой нагрузки с уменьшенным воздействием на окружающую среду».

Texas A&M изготовит топливные таблетки ANEEL в своем Центре ядерной инженерии и науки и доставит их в INL.INL проведет испытания на облучение топливных таблеток ANEEL с высоким выгоранием (до 70 000 МВт сут / т) на ускоренной испытательной установке INL в своем реакторе усовершенствованных испытаний. За этим последует проверка после облучения и квалификация топлива в соответствии со строгими правилами и требованиями обеспечения качества Министерства энергетики и NRC.

«Мы рассчитываем на поддержку этих усилий по разработке передового ядерного топлива. Являясь национальным центром исследований и разработок в области ядерной энергетики, INL поддерживает потребности отрасли с помощью уникальных объектов, возможностей и опыта. — Джесс Гехин, доктор философии, главный научный сотрудник INL.

Торий содержится в природном минерале монаците и производится из него, часто встречающегося в виде песка … [+].

Роб Лавински, iRocks.com

На Земле Th более чем в два раза больше, чем U. В самой Индии Th содержится больше, чем U, особенно в монацитовых песках, по этой причине они десятилетиями искали Th в ядерных реакторах.

Геополитические последствия

Преимущества топлива ANEEL соответствуют нескольким элементам недавно выпущенного Министерством энергетики США документа «Восстановление конкурентного преимущества ядерной энергии Америки», в котором говорится, что ядерная энергетика неразрывно связана с национальной безопасностью.

Всякий раз, когда Соединенные Штаты участвуют в ядерной программе другой страны, эта страна подписывает различные соглашения, касающиеся безопасности, нераспространения оружия и ядерных материалов, включая ядерное топливо.

Соглашения, такие как Соглашение 1-2-3, и другие соглашения, подобные тем, которые обязывают страну отказаться от внутреннего обогащения урана и переработки отработавшего топлива, а также подписание Дополнительный протокол Международного агентства по атомной энергии, который устанавливает более строгие режимы осмотра.

На сегодняшний день США заключили примерно двадцать три соглашения 1-2-3 с 48 странами, включая Украину, Марокко, Египет и Тайвань.

Но ядерная программа Соединенных Штатов за последние несколько десятилетий атрофировалась. В то же время укрепились другие страны, особенно Россия и Китай, обе из которых имеют государственные предприятия и меньше всего заботятся о безопасности и экологических проблемах, а также другие страны, такие как Южная Корея, чья промышленность поддерживается государством таким образом, что просто не может произойти в Соединенных Штатах.

Таким образом, производство нового топлива в Америке, которое можно использовать в реакторах в других странах, возвращает Соединенные Штаты в цепочку ядерных поставок и позволяет нам охватить большее количество стран по всему миру.

При текущем двустороннем признании в Соединенных Штатах того, что атомная энергия необходима для чистой базовой энергии, реакторы PHWR/CANDU на топливе ANEEL компании CCTE могут быть развернуты в большем количестве развивающихся стран быстрее, сняв проблемы распространения и обращения с отходами.

И, может быть, мы действительно сможем уменьшить количество сжигаемого угля.

«Экологически безопасное топливо» Формулы-1 направлено на сохранение внутреннего сгорания

• Формула-1 объявила, что ее двигатели, которые появятся в 2025 году, будут работать на 100-процентном экологичном топливе, что означает нулевой чистый выброс углекислого газа.
• F1 предполагает, что топливо также будет использоваться в миллионах автомобилей с двигателем внутреннего сгорания, которые останутся на дорогах в ближайшие годы, и F1 обсуждает с топливными компаниями, как увеличить производство.
• Это объявление может открыть дверь для Porsche, которая выразила заинтересованность в синтетическом топливе для дорожных автомобилей и присоединилась к F1 в качестве поставщика двигателей, если серия перейдет на экологичное топливо.

В то время как продажи электромобилей устанавливали рекорды в 2021 году, электромобили по-прежнему остаются относительной вспышкой на радарах: в первой половине 2021 года в США было продано около 310 000 электромобилей из более чем восьми миллионов общих продаж. Хотя доля рынка электромобилей должна резко возрасти по мере того, как автопроизводители переводят свои модельные ряды на электроэнергию, двигатели внутреннего сгорания, вероятно, останутся на долгие годы, особенно в глобальном масштабе.Принимая во внимание сохраняющуюся глобальную актуальность двигателей внутреннего сгорания, самый популярный в мире автоспорт, Формула-1, объявил, что его двигатели следующего поколения, которые должны выйти на трассу в 2025 году, будут работать на 100-процентном экологичном топливе, которое Позже предполагается, что F1 станет доступным для массового использования.

Автомобиль и водитель

К 2022 году автомобили Формулы-1 уже перейдут с высокооктанового топлива на E10 — британский термин для бензина с октановым числом 87, который представляет собой 10-процентный этанол. Но силовые агрегаты, созданные в соответствии с новыми правилами, которые вступят в силу в 2025 году, будут использовать 100-процентное устойчивое топливо, которое, по словам F1, будет создано в лаборатории с использованием элементов из различных потенциальных источников. Одним из вариантов является улавливание углерода, при котором углекислый газ улавливается в месте его выброса для хранения или повторного использования. F1 говорит, что топливо также может поступать из бытовых отходов или непищевой биомассы, такой как водоросли или сельскохозяйственные отходы. Цель состоит в том, чтобы новое топливо могло соответствовать плотности энергии бензина, используемого в настоящее время в Формуле-1, а это означает, что производительность автомобилей не пострадает.

Сжигание устойчивого топлива по-прежнему выделяет углекислый газ в качестве побочного продукта, но, в отличие от бензинового двигателя, чистого двуокиси углерода не выделяется. Как объяснил технический директор F1 Пэт Саймондс: «Мы не производим CO2, которого еще нет в атмосфере в данный момент; мы забираем его из атмосферы, используем и помещаем в атмосферу. обратно в атмосферу». F1 ожидает, что новое топливо позволит сократить выбросы парниковых газов не менее чем на 65 процентов по сравнению с традиционным бензином.


F1 говорит, что в настоящее время ведет переговоры с топливными компаниями о создании достаточного количества топлива для серии, а также о последующем расширении производства для широкого общественного использования. По оценкам F1, только 8 процентов из 1,8 миллиарда автомобилей, которые, как ожидается, будут выведены на дороги в 2030 году, будут полностью электрическими. Вместо того, чтобы продолжать использовать невозобновляемый бензин, F1 хочет проложить путь к экологичным двигателям внутреннего сгорания. Разрабатываемое F1 «капельное» топливо сможет использоваться в любом двигателе внутреннего сгорания без каких-либо специальных модификаций.Двигатели внутреннего сгорания также будут по-прежнему использоваться в индустрии воздушных и морских перевозок, от которых F1 зависит, чтобы перевозить свои автомобили, припасы и персонал по всему миру, и серия рассматривает их как потенциальное применение для нового топлива.

Стремление к экологичному топливу может также привести к новому участию крупных автопроизводителей, и ходят слухи о том, что Porsche и Audi могут присоединиться к ним в качестве производителей двигателей. Компания Porsche выразила заинтересованность в синтетическом топливе для дорожных автомобилей, и еще в марте вице-президент Porsche Motorsport Фриц Энцингер сказал Automotive News Europe, что Porsche рассмотрит возможность присоединения к Формуле-1, если они привержены экологичному топливу.Если Porsche и F1 объединят усилия для создания экологичного топлива, будущее двигателей внутреннего сгорания может оказаться на удивление светлым.

Этот контент импортирован из {embed-name}. Вы можете найти тот же контент в другом формате или найти дополнительную информацию на их веб-сайте.

Этот контент создается и поддерживается третьей стороной и импортируется на эту страницу, чтобы помочь пользователям указать свои адреса электронной почты. Вы можете найти больше информации об этом и подобном контенте на фортепиано.

No related posts.