Mondo crisi del carburante, per cui i prezzi della benzina e del gasolio sono balzati, ci fa pensare ancora ad altre fonti di energia per i veicoli. Una buona alternativa al carburante tradizionale è l'alcol. Quanto è buono un sostituto del genere e cosa si può fare motore dell'auto potresti lavorarci sopra?
L'alcol ha una serie di vantaggi rispetto al carburante petrolifero e solo il suo costo elevato, la bassa dissipazione del calore, l'elevata igroscopicità e l'alto contenuto di aldeidi ne impediscono l'uso di massa come carburante per motori a combustione interna. E i vantaggi dell'alcol sono i seguenti.
| Elevate proprietà antidetonanti (numero di ottano - più di 100). L'introduzione dell'etanolo nella benzina fornisce un aumento del numero di ottani. Ogni 3% di etanolo miscelato con benzina fornisce un aumento del numero di ottani del carburante in media di 1 unità. Cioè, l'alcol può essere usato come additivo per carburanti ad alto numero di ottani. Aumenta anche la resistenza alla detonazione del carburante, poiché la temperatura di autoaccensione della benzina pura è di 290 ° C e la sua miscela con l'etanolo è di 425 ° C. | |
| Il processo di evaporazione inizia alle tubazione di ingresso e termina nel cilindro durante la corsa di compressione, garantendo il raffreddamento delle parti del motore - pistoni e valvole - e un riempimento più completo dei cilindri con una nuova carica (effetto compressore con aumento di potenza del 5%). | |
| Accensione affidabile da una scintilla elettrica con cambiamenti significativi nella composizione della miscela combustibile (l'intervallo di infiammabilità in base al coefficiente di eccesso d'aria per l'alcol è di circa 0,4 ... 1,7). | |
| Efficienza del motore, funzionando con alcol puro, è superiore rispetto a quando si utilizza la benzina. | |
| Minore tossicità dei gas di scarico. | |
| Basso rischio di incendio. |
Adattamento GHIACCIO
Ci sono due modi per usare l'alcol come carburante motori di automobili- con parziale (fino al 20%) e con sostituzione completa di benzina e gasolio. Elevate qualità antidetonanti determinano l'uso predominante di alcol nei motori combustione interna con accensione forzata (scintilla). Motore standard non ha bisogno di essere modificato per lavorare su una miscela di benzo-alcool.
JSC AvtoVAZ ha testato la benzina AI-95 con un contenuto di etanolo del 10% per tossicità, consumo di carburante e garanzia della dinamica del veicolo senza riaggiustamento del motore. È stato riscontrato che l'aggiunta del 10% di alcol alla benzina porta a un esaurimento della miscela aria-carburante e compromette leggermente le prestazioni di guida dell'auto in quasi tutte le modalità di guida. Quando si passa all'AI-95E con un contenuto di etanolo del 10%, è necessario regolare nuovamente il carburatore.
Secondo i risultati dei test al banco AvtoVAZ, l'uso di benzina AI-95E con una gradazione alcolica del 5% non porta a deterioramento caratteristiche di performance veicolo e non richiede modifiche alle impostazioni originali del motore.
Ma per lavorare sull'alcol puro è necessario un aumento della capacità serbatoio di carburante e rapporto di compressione fino a 12 - 14 unità. (per sfruttare appieno la resistenza al battito del carburante) e override carburatore o riprogrammazione ECU motore ad iniezione. La miscela combustibile deve essere leggermente arricchita: per la combustione di 1 kg di alcol sono necessari 9 kg di aria e per la combustione di 1 kg di benzina - 14,93 kg.
La bassa pressione di vapore e l'alto calore di vaporizzazione dell'alcol lo rendono praticamente lancio impossibile motori a benzina già a temperatura ambiente sotto +10°С. Per migliorare le qualità di avviamento, all'alcol viene aggiunto il 4 - 6% di isopentano (C5H12) o il 6 - 8% di etere dimetilico (CH3-O-CH3 o C2H6O), che garantisce il normale avviamento del motore a temperature da -25 ° C e oltre. Allo stesso scopo, i motori ad alcool sono dotati di speciali riscaldatori di avviamento. In caso di funzionamento instabile del motore durante carichi aumentati(a causa della scarsa evaporazione dell'alcol) viene applicato un riscaldamento aggiuntivo miscela di carburante utilizzando, ad esempio, i gas di scarico.
Diesel e alcol
Adattare motore diesel perché bruciare alcol nei suoi cilindri è molto più difficile. L'Università tecnica di Vienna ha condotto studi sperimentali su un motore diesel per trattore a 4 cilindri di Steyr.
Per il fatto che numero di cetano etanolo basso, il motore è stato ulteriormente equipaggiato sistema elettronico accensione e la testata del cilindro è stata aggiornata per ospitare le candele. Inoltre, è stata modificata la forma geometrica della camera di combustione nel cielo del pistone, è stata installata una nuova pompa del carburante. alta pressione, ugelli e una pompa di adescamento del carburante di maggiore produttività. Gli studi hanno dimostrato che il diesel funziona con etanolo quasi senza fumo. Rispetto al funzionamento diesel, le emissioni di NOx sono ridotte, il che è il risultato di una diminuzione della temperatura dovuta all'aumento del calore di vaporizzazione dell'etanolo. L'emissione di CO è la stessa di un ICE a benzina, l'emissione di CH è relativamente alta, ma può essere drasticamente ridotta utilizzando un semplice convertitore ossidativo. Quando si passa al carburante diesel, il fumo e il consumo di carburante di un motore diesel convertito sono molto più elevati rispetto all'originale. Il consumo volumetrico di etanolo è quasi 2 volte superiore a quello del gasolio, conseguenza del suo potere calorifico inferiore, e il consumo specifico ridotto è solo leggermente superiore.
Non solo le case automobilistiche, ma anche le aziende specializzate possono aggiornare il motore. Ad esempio, negli Stati Uniti, i motori a benzina e diesel vengono convertiti per funzionare con combustibili alternativi da Jasper Engines and Transmissions. I motori sono stati riprogettati da 8 cilindri a V a 6 e 4 cilindri in linea. Dopo la conversione, i motori possono funzionare con metanolo, etanolo, gas naturali compressi e liquefatti.
| Esperienza mondiale | |
|
|
| alcool combustibile | |
|
|
| Caratteristiche del processo di funzionamento del motore diesel quando si lavora su una miscela di carburante diesel con etanolo e quando si lavora con carburante diesel puro |
| Prospettive ucraine | |
|
|
Preparato da Yuri Gerasimchuk
Foto di Sergey Kuzmich
Se trovi un errore, evidenzia un pezzo di testo e fai clic Ctrl+Invio.
Sintesi di metanolo da gas naturaleè uno dei più efficienti ed ecologici esistenti processi tecnologici. Fabbriche moderne per la conversione del gas naturale in metanolo può lavorare con efficienza termica superano il 71% e sono quasi autosufficienti. Sono così puri che uno dei fornitori di processo afferma che la maggior parte delle emissioni nell'atmosfera provengono da benzina e diesel. camion da trasporto e furgoni che servono la pianta piuttosto che la pianta stessa.
Inoltre, impianti di metanolo opportunamente configurati possono fornire vantaggi reali consumando anidride carbonica da altre fonti, il che dovrebbe giustamente aumentare la loro accettabilità per gli ambientalisti.
Il metanolo è il secondo intermedio chimico più importante dopo etano/etilene. Il suo significato in l'anno scorsoè aumentato a causa della riconfigurazione delle raffinerie poiché il petrolio greggio in tutto il mondo sta lentamente ma inevitabilmente diventando più pesante. Il metanolo è molto importante come materia prima chimica, ma il suo utilizzo come carburante per motoriè più promettente.
In questo articolo, sfatiamo due miti sul metanolo come carburante per motori: 1) che il metanolo è più tossico di altri carburanti per motori e 2) che l'energia specifica inferiore del metanolo è un grosso problema.
Salute, sicurezza e ambiente - Benefici del metanolo
Alcuni esperti identificano il metanolo come una neurotossina, sebbene l'etanolo sia anche una neurotossina nota, così come alcune delle sostanze che si trovano comunemente nella benzina. Molti saranno sorpresi di apprendere che sia l'etanolo che la benzina sono generalmente letali a dosi inferiori rispetto al metanolo. Inoltre, il metanolo è generalmente superiore in ogni altro aspetto della salute, della sicurezza e della protezione dell'ambiente. A acque sotterranee ha un'emivita di 1-7 giorni, che è 10-100 volte inferiore rispetto ad alcune sostanze presenti nella benzina.
Il carburante a metanolo è stato adottato per piste da corsa- principalmente a causa di più sicurezza; la loro prestazione superiore era giusta un vantaggio in più. Il metanolo brucia cinque volte più lentamente della benzina ed è molto più facile da estinguere. L'Environmental Protection Agency (EPA) stima che l'uso del metanolo comporterà una riduzione del 95% del numero di vittime dovute agli incendi dei veicoli.
I veicoli alimentati a metanolo a temperatura di combustione più bassa emettono leggermente meno anidride carbonica, molto meno idrocarburi e molto meno composti NOx rispetto alle loro controparti a benzina. Ciò è particolarmente interessante poiché gli NOx sono i criteri più severi per la riduzione dell'inquinamento. Il carburante a metanolo potrebbe eliminare gli ingombranti sistemi di riduzione catalitica selettiva che consumano urea attualmente installati sulla maggior parte delle persone motori diesel.
Energia specifica
Un altro mito comune è che l'energia specifica inferiore del metanolo lo metta in uno stato inferiore tra i potenziali combustibili per motori. Con una corretta ottimizzazione degli impianti, alcuni combustibili, in particolare il metanolo, possono essere convertiti in energia meccanica con un'efficienza molto superiore ad altri.
Anche quei veicoli progettati come veicoli a benzina o multi-carburante devono essere in qualche modo in grado di sfruttare l'elevato numero di ottani del metanolo e ottenere guadagni di chilometraggio più elevati di quanto ci si aspetterebbe dalla sola intensità energetica. Un cittadino ha convertito la sua auto al 100% di carburante a metanolo regolando il software di gestione del motore e sostituendolo con un sigillo del carburante da 41 cent. La potenza di questa vettura è aumentata del 10% e il risparmio di carburante in dollari per miglio è aumentato del 40% rispetto alla benzina. I veicoli adatti allo scopo (ad es. carburanti non multi-carburante o convenzionali convertiti) dovrebbero funzionare molto meglio.
Alcuni camionisti stanno adattando i loro veicoli con sistemi di iniezione di acqua e metanolo in motori diesel altrimenti non modificati, vedendo aumenti significativi del risparmio dal 20 al 30% rispetto al diesel! Questa è una quantità significativa per un'auto che consuma circa 20.000 galloni di carburante all'anno. La potenza misurata è aumentata fino al 75% e la coppia del 65%: cifre davvero sorprendenti.
I veicoli specializzati alimentati a metanolo possono funzionare in modo più efficiente del 25-30% rispetto ai tradizionali motori a benzina e circa la stessa potenza dei motori diesel. Prezzi attuali per il metanolo, tenendo conto dell'uniformità dei livelli di energia, è equivalente a $ 2,60/gallone di benzina sfusa. Ma se il metanolo è il 25% più efficiente della benzina, il corrispondente Prezzo all'ingrosso il metanolo in equivalente benzina è di $ 2,09. Al momento in cui scrivo, il prezzo all'ingrosso della benzina è di $ 3,10. Ma come si confronta il metanolo con i carburanti della concorrenza?
Metanolo contro gas naturale liquefatto (GNL)
Il GNL può senza dubbio azionare i veicoli. Tuttavia, nel caso del consumatore macchine al prezzo di un peso maggiore, un'autonomia inferiore, tempi di rifornimento più lunghi, nonché un carico utile inferiore, costi del veicolo notevolmente più elevati e importanti modifiche e investimenti necessari per l'infrastruttura di rifornimento. Il passaggio delle autovetture al GNL è quasi 30-40 volte più costoso rispetto al metanolo. L'unica autovettura a metano disponibile in commercio - Honda Civic Il GX vende per $ 7.500 in più rispetto a una Civic a benzina equipaggiata in modo simile. Le stazioni di rifornimento di GNL costano circa il doppio delle stazioni di rifornimento di liquidi.
Metanolo contro etanolo
L'etanolo è paragonabile al metanolo nelle sue prestazioni di trasporto al consumo, ma non esiste un processo da gas a etanolo collaudato che sia paragonabile in termini di efficienza a quello da gas a metanolo. Sia l'entusiasmo del pubblico che i sussidi governativi per l'etanolo a base di mais si stanno esaurendo.
Celanese ha annunciato una tecnologia che promette un'efficienza di conversione da gas a etanolo paragonabile alle tecnologie esistenti da gas a metanolo. Ma rimane non testata su scala commerciale, essendo una tecnologia brevettata. Nel frattempo, la tecnologia gas-metanolo altamente efficiente è disponibile da diversi fornitori ed è stata commercialmente collaudata per molti anni.
Metanolo rispetto ai carburanti convenzionali
Resta la domanda se il metanolo possa competere con la benzina e il diesel convenzionali. Nelle condizioni attuali, la risposta è un sì assoluto. L'interesse moderno per il metanolo è iniziato nel 1976 in sostituzione del piombo come booster di ottano. Un risultato è il programma per veicoli a metanolo California M85 (85% metanolo, 15% additivo, tipicamente benzina), che è durato dal 1982 al 2005. Inizialmente, si trattava di veicoli specializzati a base di metanolo (non multicarburante) che coprivano l'intera gamma dalle autovetture ai furgoni e agli autobus.
Un'attenta manutenzione e registrazioni sono state mantenute sia per i veicoli a metanolo che per il gruppo di controllo dei veicoli a benzina. Il chilometraggio con il metanolo era inferiore, ma le prestazioni in materia di emissioni dei veicoli a metanolo erano allo stesso livello o addirittura migliori.
Le emissioni di metanolo sono risultate meno favorevoli in termini di formazione di ozono. I veicoli alimentati a metanolo hanno accelerato da 0 a 100 km/h quasi un secondo più velocemente dei veicoli a benzina, il che è stato un miglioramento significativo.
Il programma è terminato nel 2005. Alcuni citano la fine del programma California come prova dell'inadeguatezza del metanolo come carburante per motori, ma in realtà i proprietari di veicoli erano soddisfatti delle prestazioni dei loro veicoli. La loro principale obiezione era la mancanza di distributori di benzina: ne sono stati installati solo 100 in tutto lo stato.Di conseguenza, nel 1992 il programma è passato ai veicoli basati sul carburante M85. Senza dubbio è stato difficile sostenere il programma in un momento in cui i prezzi del petrolio erano in calo o bassi. Forse l'assenza di metanolo nell'ambiente naturale, a differenza dell'etanolo a base di mais, era il fattore più significativo. Nel 1989, l'EPA ha svantaggiato il metanolo rinunciando ai requisiti di emissione di vapori di etanolo, ma non al metanolo. Non vi è alcuna giustificazione per questa azione.
Tecnicamente, fino al 15% di metanolo può essere utilizzato nella benzina senza alcuna modifica e fino al 100% a un costo stimato di soli $ 210 per i nuovi veicoli multi-carburante (sebbene, come accennato, lo stesso possa essere fatto a un costo molto inferiore ). Questi modesti costi sarebbero, con ogni probabilità, trascurabili se produzione di massa veicoli a metanolo. Poiché il metanolo è un liquido, come i combustibili attualmente in uso, le infrastrutture di rifornimento esistenti possono essere convertite in metanolo con piccole modifiche. È probabile che le nuove stazioni di servizio di metanolo siano solo una frazione più costose di quelle tradizionali.
Sebbene questo articolo sia incentrato sulle autovetture, dove il metanolo supera nettamente le alternative ed è almeno in grado di competere con i carburanti convenzionali, notiamo proposte per sostituire i motori diesel pesanti con motori a combustione interna alimentati a metanolo. accensione a scintilla. Il numero di ottano eccezionalmente alto del metanolo potrebbe portare a motori con potenza equivalente a metà cilindrata degli odierni colossi diesel, con conseguente risparmio di peso e miglioramenti delle prestazioni su strada dal 4 al 9%.
USA e Cina
Gli Stati Uniti stanno attualmente aumentando la produzione di metanolo. Dall'impennata dei prezzi del gas naturale negli anni 2000, l'industria del metanolo statunitense, un tempo di livello mondiale, ora importa circa l'80% della domanda interna. Ma ora, con il massimo prezzi bassi per il gas naturale al di fuori del Medio Oriente, gli Stati Uniti torneranno a essere il principale produttore di metanolo. Due impianti sono stati riavviati, uno si è trasferito dal Cile e un importante consumatore di metanolo ha annunciato un nuovo impianto.
Entro il 2015, gli Stati Uniti saranno vicini a essere in grado di soddisfare la propria domanda. È probabile che altri annunci di nuovi impianti vengano fatti nei prossimi mesi, il che potrebbe portare gli Stati Uniti ancora una volta in grado di produrre metanolo per l'esportazione.
Mentre gli Stati Uniti stanno fallendo con l'etanolo a base di mais, la Cina sta procedendo a un ritmo rapido nella produzione di carburante per motori a metanolo. Le miscele di metanolo sono disponibili da M5 a M100, con M15 che è la più popolare. Nel 2007 c'erano 770 metanolo distributori di benzina; è probabile che le cifre attuali siano molte volte superiori a questo numero. La crescita è fornita da società piccole e regionali: PetroChina e Sinopec mostrano scarso interesse a causa della loro capacità di elaborazione in eccesso. Ma è probabile che i volumi effettivi superino di gran lunga la domanda ufficiale di carburanti per motori a metanolo, poiché l'economia delle miscele di metanolo è molto interessante. È risaputo che il libero mercato in Cina è vivo e vegeto. È brutto che il metanolo sia messo alle strette negli Stati Uniti a causa della dipendenza dall'etanolo e dell'erezione di barriere di fronte ad esso. Nonostante l'atteggiamento piuttosto freddo e, forse, il rifiuto da parte del locale grandi aziende, in Cina, il mercato mondiale dei carburanti in più rapida crescita, sono stati implementati gli standard M15 e M85.
Altri benefici. Futuro
Qual è il potenziale per il metanolo derivato dal gas naturale di infliggere un duro colpo alle importazioni di liquidi statunitensi? Deviando il 17% del gas naturale attualmente prodotto alla produzione di metanolo, il 10% delle importazioni di liquidi statunitensi potrebbe essere eliminato. Ciò richiederebbe la costruzione di 43 impianti di metanolo per un costo di circa 53 miliardi di dollari Il budget di investimento statunitense per l'industria di processo per il periodo 2005-2010 è stato di circa 53 miliardi di dollari, ma a differenza dei veicoli alimentati da energia rinnovabile o CNG, agli attuali prezzi della benzina , metanolo e gas naturale non devono richiedere sussidi e gli impianti possono ripagarsi da soli in 3-5 anni, pur continuando a realizzare ottimi profitti nel corso della loro vita stimata di 30 anni. E questo senza tener conto di tutti i costi associati alla produzione di petrolio in Medio Oriente.
Il carburante per motori a metanolo derivato da gas naturale è il nostro presente e potrebbero esserci altre opzioni in futuro. Il metanolo è prodotto principalmente dal gas naturale, ma può anche essere ottenuto dalla biomassa, in modo molto più efficiente dell'etanolo. Si stima che le emissioni equivalenti di anidride carbonica per la produzione di metanolo dalla biomassa siano un decimo di quelle dell'etanolo da mais. I veicoli a celle a combustibile sono stati recentemente visti come i salvatori del mercato dei carburanti.
È risaputo che il problema più grande dei veicoli a celle a combustibile è la transizione molto complessa e difficile verso un'infrastruttura di rifornimento di idrogeno. Ma il metanolo è un eccellente vettore energetico per le celle a combustibile e l'infrastruttura delle celle a combustibile è molto più facile da configurare. Il futuro delle celle a combustibile potrebbe non essere così lontano, ma ottenere metanolo dal gas naturale esiste già oggi.
Metanolo come combustibile nei motori a combustione interna (ICE)
A differenza della benzina, che è una miscela complessa di vari idrocarburi contenente alcuni additivi, il metanolo è un semplice composto chimico. In termini di contenuto energetico, è due volte inferiore alla benzina. Ciò significa che 2 litri di metanolo contengono la stessa quantità di energia di 1 litro di benzina. Tuttavia, sebbene il metanolo contenga meno energia della benzina, il suo numero di ottani (100) è superiore a quello della benzina. Questo numero è la media dei numeri di ottano ottenuti dai metodi di ricerca (107) e motore (92). Ciò significa che la miscela combustibile può essere compressa a un volume inferiore prima dell'accensione. Ciò consente al motore di funzionare con un rapporto di compressione più elevato di (10-11)/1 [rispetto a (8-9)/1 per un motore a benzina] e quindi migliorare l'efficienza rispetto a un motore a benzina. L'efficienza viene aumentata anche migliorando la "velocità di propagazione della fiamma", che garantisce una combustione più rapida e completa del carburante nei cilindri. Sulla base di questi fattori, si può spiegare perché per un motore della stessa potenza non è necessario assumere il doppio del metanolo della benzina, sebbene il metanolo sia due volte più denso in termini di densità di energia. peggio della benzina. Questa regola è osservata anche per quei motori che non sono stati progettati specificamente per il carburante a metanolo, ma sono motori a benzina leggermente modificati. Tuttavia, i motori progettati per il carburante a metanolo forniscono un migliore risparmio di carburante. Il calore latente di vaporizzazione del metanolo è circa 3,7 volte superiore a quello della benzina, quindi il metanolo assorbe molto più calore quando passa da liquido a gas. Ciò semplifica la dissipazione del calore dal motore e consente di utilizzare i refrigeratori d'aria invece di sistemi a camicia d'acqua più pesanti.
Ci si può aspettare che in futuro una sostituzione equivalente delle auto con motori a benzina saranno macchine progettate per funzionare a metanolo, dotate di un blocco motore più piccolo e leggero. Si differenziano per requisiti più morbidi per il sistema di raffreddamento, migliore accelerazione e distanza di viaggio. Inoltre, i veicoli alimentati a metanolo emettono basse concentrazioni di inquinanti atmosferici come idrocarburi, NO x , S0 2 e particolato.
Alcuni problemi derivanti principalmente dalle caratteristiche delle proprietà chimiche e fisiche del metanolo attendono ancora di essere risolti. Il metanolo, così come l'etanolo, è miscibile con l'acqua in qualsiasi rapporto. Ha un grande momento di dipolo e un'elevata costante dielettrica ed è quindi un buon solvente per composti ionici come acidi, basi, sali (che aggravano tutti i problemi di corrosione) e alcuni materiali plastici. D'altra parte va tenuto presente che la benzina, come abbiamo già notato, è una miscela complessa di idrocarburi, la maggior parte dei quali sono caratterizzati da basso momento di dipolo, bassa costante dielettrica e incapacità di miscelarsi con l'acqua. Pertanto, la benzina è un buon solvente per composti non polari che formano legami covalenti.
È sicuro dire che a causa delle differenze in proprietà chimiche benzina e metanolo, alcuni dei materiali utilizzati per alimentare e immagazzinare benzina, per realizzare dispositivi e connettori, spesso non sono adatti per l'uso con metanolo. Ad esempio, il metanolo può corrodere alcuni metalli, inclusi alluminio, zinco e magnesio, sebbene non agisca su acciaio o ghisa. Il metanolo può anche reagire con alcune plastiche, pneumatici e guarnizioni, facendoli ammorbidire, gonfiarsi o diventare fragili e rompersi, portando infine a perdite o malfunzionamenti. Pertanto, i sistemi progettati per il solo metanolo dovrebbero essere diversi da quelli progettati per la benzina, anche se è improbabile che la differenza di prezzo sia evidente. Esistono già alcuni tipi di oli e lubrificanti per motori compatibili con il metanolo, ma lo sviluppo di questi materiali deve continuare.
Quando si utilizza metanolo puro, possono verificarsi problemi di avviamento a freddo perché questo carburante non contiene i composti altamente volatili (butano, isobutano, propano) presenti nella benzina che forniscono vapori infiammabili al motore anche nelle condizioni più fredde. Questo problema viene spesso risolto aggiungendo componenti più volatili al metanolo. Così, ad esempio, nei veicoli con flessibile sistema di alimentazione carburante viene utilizzata una miscela di M85 contenente il 15% di benzina. Il contenuto di vapori in esso contenuto è abbastanza per avviare il motore anche nelle condizioni climatiche più fredde. Un'altra opzione è creare dispositivo aggiuntivo per vaporizzare o spruzzare metanolo in minuscole goccioline che sono più facili da accendere. Problemi tecnici sorgono sempre nello sviluppo di qualsiasi nuova tecnologia. Tuttavia, le difficoltà tecniche che ostacolano l'introduzione del metanolo come componente delle miscele di carburanti o come sostituto della benzina nei veicoli con motore a combustione interna sono tra i problemi abbastanza facilmente risolvibili e, inoltre, sono già state trovate soluzioni per la maggior parte dei problemi.
Le elevate proprietà antidetonanti del metanolo, combinate con la possibilità della sua produzione da materie prime diverse dal petrolio, consentono di considerare questo prodotto come un promettente componente ad alto numero di ottano delle benzine per motori. L'aggiunta ottimale di metanolo va dal 5 al 20%; a tali concentrazioni, la miscela benzina-alcol è caratterizzata da soddisfacenti proprietà prestazionali e dà un notevole effetto economico. L'aggiunta di metanolo riduce il potere calorifico del combustibile e il coefficiente stechiometrico con lievi variazioni del potere calorifico della miscela.
A causa di una modifica delle caratteristiche stechiometriche, l'uso di un additivo di metanolo al 15% (miscela M15) in un sistema di alimentazione standard comporta un impoverimento della miscela aria-carburante di circa il 7%. Allo stesso tempo, l'introduzione del metanolo aumenta il numero di ottano del carburante (in media di 3-8 unità per un additivo al 15%), il che consente di compensare il deterioramento delle prestazioni energetiche aumentando il rapporto di compressione. Allo stesso tempo, il metanolo migliora il processo di combustione del carburante grazie alla formazione di radicali che attivano le reazioni a catena di ossidazione. Studi sulla combustione di miscele benzina-metanolo in motori monocilindrici con sistemi di formazione di miscele standard ea strati hanno dimostrato che l'aggiunta di metanolo riduce il periodo di ritardo dell'accensione e la durata della combustione del carburante. In questo caso, la rimozione del calore dalla zona di reazione diminuisce e il limite di esaurimento della miscela si espande e diventa massimo per il metanolo puro.
Le caratteristiche delle proprietà operative del metanolo si manifestano anche quando viene utilizzato in una miscela con benzina. Ad esempio, l'efficienza effettiva del motore e la sua potenza aumentano, ma risparmio di carburante mentre peggiora. Secondo i dati ottenuti su un impianto monocilindrico, a e = 8,6 e n = 2000 min-1 per una miscela di M20 (20% metanolo) nella regione k = 1,0–1,3, l'efficienza effettiva aumenta di circa il 3% , la potenza - del 3-4% e il consumo di carburante aumenta dell'8-10%.
Per l'avviamento a freddo del motore con un contenuto elevato di metanolo nella miscela di carburante o basse temperature, vengono utilizzati il riscaldamento elettrico dell'aria o della miscela aria-carburante, il ricircolo parziale dei gas di scarico caldi, additivi al carburante di componenti volatili e altre misure .
Gli additivi del metanolo alla benzina in generale contribuiscono al miglioramento delle caratteristiche tossiche dell'auto. Ad esempio, in studi condotti su un gruppo di 14 auto con chilometraggio compreso tra 5 e 120 mila km, l'aggiunta del 10% di metanolo ha modificato le emissioni di idrocarburi sia in aumento del 41% sia in diminuzione del 26%, con un aumento medio dell'1%. Allo stesso tempo, le emissioni di CO e NOx sono diminuite in media rispettivamente del 38 e dell'8% per l'intero gruppo di veicoli.
Una delle più problemi seri ostacolare l'uso di additivi al metanolo è bassa stabilità miscele di benzina-metanolo e soprattutto la loro sensibilità all'acqua. La differenza di densità della benzina e del metanolo e l'elevata solubilità di quest'ultimo in acqua portano al fatto che l'ingresso anche di piccole quantità di acqua nella miscela porta alla sua immediata separazione e precipitazione della fase acqua-metanolo. La tendenza alla delaminazione aumenta con la diminuzione della temperatura, l'aumento della concentrazione di acqua e la diminuzione del contenuto aromatico nella benzina. Ad esempio, con un contenuto dallo 0,2 all'1,0% (vol.) di acqua nella miscela di carburante, la temperatura di separazione aumenta da -20 a +10 ° C, ad es. una tale miscela è praticamente inadatta al funzionamento. Di seguito sono riportate le concentrazioni limite di acqua Skr in varie miscele benzina-metanolo:
Per stabilizzare le miscele benzina-metanolo, vengono utilizzati additivi: propanolo, isopropanolo, isobutanolo e altri alcoli. A un contenuto di acqua di 600 ppm, la torbidità di una miscela M15 convenzionale inizia già a -9°C, a -17°C la miscela si separa e a -20°C si verifica una destabilizzazione quasi completa. L'aggiunta dell'1% di isopropanolo riduce la temperatura di separazione di quasi 10°C e l'aggiunta del 25% mantiene la stabilità delle miscele M15 anche con basso contenuto composti aromatici in benzina fino a quasi -40°C in vasta gamma contenuto di acqua.
In connessione con costo alto e la limitata produzione di stabilizzanti per miscele benzina-metanolo, si è proposto di utilizzare una miscela di alcoli, principalmente isobutanolo, propanolo ed etanolo. Tale additivo stabilizzante può essere ottenuto in un unico ciclo tecnologico di produzione congiunta di metanolo e alcoli superiori. L'aggiunta anche di piccole quantità di metanolo modifica la composizione frazionaria del carburante. Di conseguenza, c'è una maggiore tendenza al blocco del vapore nelle linee del carburante, sebbene questo sia virtualmente eliminato con il metanolo puro a causa del suo elevato calore di vaporizzazione. Secondo i calcoli, per una miscela al 10% di metanolo con benzina, la formazione di blocchi di vapore è possibile a temperature ambiente inferiori di 8–11°C rispetto al carburante di base. La correzione della composizione frazionaria del combustibile di base è possibile riducendo il contenuto di componenti leggeri, tenendo conto della successiva aggiunta di metanolo.
L'attività corrosiva delle miscele benzina-metanolo è significativamente inferiore a quella del metanolo puro, tuttavia in alcuni casi è significativa e dipende fortemente dalla presenza di acqua. Ad esempio, nelle miscele contenenti il 10-15% di metanolo, acciaio, ottone e rame non si corrodono, mentre l'alluminio si corrode lentamente con un cambiamento di colore.
All'estero dentro motori a carburatore miscele di 10-20% di etanolo con benzine di petrolio, che hanno ricevuto il nome di "gasohol", hanno ricevuto applicazioni pratiche. Secondo lo standard ASTM sviluppato dalla US National Alcohol Fuels Commission, il gasolio con il 10% di etanolo è caratterizzato dai seguenti indicatori: densità 730–760 kg/m kJ/kg, pressione di vapore saturo (38°С) 55–110 kPa, viscosità (–40°С) 0,6 mm2/s, coefficiente stechiometrico 14. Pertanto, per molti aspetti, il gasolio corrisponde alla benzina per motori.
Quando si utilizza etanolo allagato a basse temperature ambiente, per evitare la separazione, è necessario introdurre nella miscela stabilizzanti, che vengono utilizzati come propanolo, sec-propanolo, isobutanolo, ecc. Pertanto, l'aggiunta del 2,5-3,0% di isobutanolo garantisce la stabilità della miscela di etanolo, contenente il 5% di acqua, con benzina a temperature fino a -20°C.
Il gasolio è più diffuso in Brasile, dove dal 1975 è stato attuato un programma governativo per utilizzare fonti rinnovabili di materie prime vegetali per la produzione di etanolo e il suo utilizzo come carburante per veicoli. Il numero di auto in funzione in questo paese con etanolo e benzina era nel 1980. 2411 e 775 mila pezzi. rispettivamente. Entro il 2000, della prevista flotta di autovetture in Brasile di 19-24 milioni di unità. da 11 a 14 milioni dovrebbero essere alimentati con carburanti alcolici Negli Stati Uniti, con 1000 distributori in 20 stati, le auto vengono riempite con benzina contenente il 10-20% di etanolo.
Nei paesi europei con handicappato produzione di etanolo e il suo costo elevato, viene mostrato maggiore interesse per l'uso di additivi per metanolo. Il maggior uso del metanolo come carburante per motori e dei suoi componenti è stato in Germania. Nell'ambito di un programma federale triennale per la ricerca sulle fonti energetiche alternative nel periodo 1979-1982. in Germania, più di 1.000 veicoli sono stati utilizzati con combustibili alternativi, principalmente metanolo e miscele benzina-metanolo. 850 veicoli sono stati riequipaggiati per operare con miscela M15, 120 veicoli con miscela M100 e 100 veicoli con gasolio con aggiunta di metanolo. La miscela M100 è composta per il 95% da metanolo, il restante 5% comprende frazioni di benzina leggera (solitamente isopentano), necessarie per facilitare l'avviamento del motore. Per il funzionamento invernale, il contenuto delle frazioni di benzina aumenta all'8-9%, mentre il contenuto di acqua nella miscela non è consentito più dell'1%.
La miscela M15 di frazioni di benzina all'85% contiene almeno il 45% di idrocarburi aromatici; il contenuto di piombo tetraetile nella miscela non supera 0,15 g/kg e l'acqua - entro lo 0,10% (praticamente 0,05-0,06%). La miscela M15 contiene anche additivi anticorrosivi.
In un certo numero di paesi, l'etere di butile terziario di metile (MTBE) viene utilizzato come additivo che espande le risorse delle benzine ad alto numero di ottani. La sua efficienza antidetonante è 3-4 volte superiore a quella dell'alchilbenzene, per cui, con l'aiuto dell'etere, è possibile ottenere una vasta gamma di benzine ad alto numero di ottano senza piombo. Il metil terz-butil etere è caratterizzato dai seguenti parametri: densità 740 - 750 kg / m3, punto di ebollizione 48 - 55 ° C, pressione di vapore saturo (25 ° C) 32,2 kPa, potere calorifico 35,2 MJ / kg, numero di ottano 95- 110 ( metodo motorio) e 115-135 (metodo di ricerca). L'etere mostra la più alta efficienza antidetonante nella composizione delle benzine di distillazione diretta e nel reforming catalitico della modalità usuale.
Le benzine domestiche A-76 e AI-92 con additivi rispettivamente dell'8 e dell'11% di metil tert-butil etere soddisfano i requisiti di GOST 2084-77 sotto tutti gli aspetti e in termini di una serie di metodi di valutazione delle qualifiche hanno mostrato le migliori proprietà prestazionali . Le benzine con aggiunta di etere sono caratterizzate da buone qualità di avviamento e, a bassi regimi del motore, hanno un numero di ottano effettivo più elevato rispetto alle benzine commerciali.
L'efficienza del carburante e le prestazioni del motore quando si utilizza benzina con etere sono al livello della benzina commerciale. Allo stesso tempo, la tossicità dei gas di scarico è leggermente ridotta, principalmente a causa della diminuzione delle emissioni di monossido di carbonio. Non si osservano cambiamenti e disturbi nello stato e nel funzionamento dei sistemi motore quando si utilizza benzina con etere.
5. Essere nella natura
6. Assistenza sanitaria
7.
Quando si utilizza il metanolo come combustibile, va notato che il consumo di energia volumetrico e di massa del metanolo è del 40-50% inferiore a quello della benzina, tuttavia, la produzione di calore dell'alcol-aria e della benzina miscele aria-carburante durante la loro combustione nel motore, differisce in modo irrilevante perché l'alto valore del calore di vaporizzazione del metanolo migliora il riempimento dei cilindri del motore e ne riduce la densità termica, il che porta ad un aumento della completezza della combustione della miscela alcol-aria . Di conseguenza, l'aumento della potenza del motore aumenta del 10-15%. Motori macchine da corsa i combustibili metanolo a più ottano rispetto alla benzina hanno rapporti di compressione superiori a 15:1, mentre gli ICE convenzionali ad accensione comandata tendono ad avere rapporti di compressione della benzina senza piombo fino a 11,5:1. metanolo può essere utilizzato sia nei classici motori a combustione interna che in quelli speciali celle a combustibile per ottenere elettricità.
Screpolatura:
- metanolo incidere l'alluminio. Problematico è l'uso di carburatori in alluminio e sistemi di iniezione per fornire carburante ai motori a combustione interna.
- idrofilia. metanolo aspira acqua, che provoca l'intasamento dei sistemi di alimentazione del carburante sotto forma di depositi velenosi gelatinosi.
- metanolo, come l'etanolo, aumenta portata fumi di plastica per alcune materie plastiche. Questa caratteristica del metanolo aumenta il rischio di aumentare l'emissione di sostanze organiche volatili, che possono portare ad una diminuzione della concentrazione di ozono e ad un aumento della radiazione solare.
- volatilità ridotta a tempo freddo: I motori alimentati a metanolo potrebbero avere problemi di avviamento e aumentare il consumo di carburante prima che venga raggiunta la temperatura di esercizio.
Bassi livelli di impurità di metanolo possono essere utilizzati nei carburanti dei veicoli esistenti utilizzando gli appropriati inibitori di corrosione. T. n. La direttiva europea sulla qualità del carburante consente di utilizzare fino al 3% di metanolo con una pari quantità di additivi nella benzina venduta in Europa. Oggi la Cina utilizza più di 1.000 milioni di galloni di metanolo all'anno come carburante per il trasporto in miscele. basso livello utilizzati nei veicoli esistenti, nonché miscele ad alto livello in veicoli progettati per utilizzare il metanolo come carburante. Oltre all'uso del metanolo come alternativa alla benzina, esiste una tecnologia per l'utilizzo del metanolo per creare un impasto di carbone a base di esso, che negli Stati Uniti ha il nome commerciale di "metacol". Tale combustibile viene proposto come alternativa all'olio combustibile, ampiamente utilizzato per il riscaldamento degli edifici. Tale sospensione, a differenza del combustibile acqua-carbone, non richiede caldaie speciali e ha una maggiore intensità energetica. Da un punto di vista ambientale, questi combustibili hanno un'impronta di carbonio inferiore rispetto ai tradizionali combustibili sintetici derivati dal carbone che utilizzano processi in cui parte del carbone viene bruciato durante la produzione di combustibili liquidi.
