Биоэтанол: что это такое?
Биоэтанол имеет химическую формулу C2H5OH и по-научному называется этиловым спиртом. Это вещество является одноатомным, в жидком виде не имеет выраженного цвета, прозрачно, обладает высокой горючестью. Приставку био - наименование получило потому, что в качестве сырья для производства используются растительные продукты.
Исследователи относят биоэтанол к новому поколению горючего для автомобильных двигателей, однако переход на этот вид топлива происходит медленно ввиду пока что недостаточной экономической обоснованности и доступности. Процент биоэтанола во всем суммарном объеме топлива для моторов – более 5 пунктов из 100. Содержание биоэтанола в смеси с марками бензина различается в отдельных странах. Лидерами пока являются Таиланд, Канада, Индия, Австралия, Ирландия и Дания – по 10% этанола на каждую бензиновую смесь. Еще ряд стран, в число которых входит Швеция, разрабатывают программы для прекращения зависимости от импорта нефти, чему, по планам руководителей, должен способствовать переход общественного транспорта на биоэтанол.
Среди плюсов использования этанола в качестве моторного горючего отметим:
- Легкость получения изначального сырья, дешевизна производства. Все, что требуется для получения растительных компонентов, — это достаточные площади для посевов, солнечный и теплый климат. Почти половина всего мирового оборота биоэтанола приходится на спирт, произведенный из сырья, взращенного на территории Бразилии. В этой стране, к сожалению, дешевая рабочая сила, что снижает итоговую стоимость продукта.
- В отличие от нефтяных месторождений, плантации для выращивания тростникового сахара и других источников этанола могут возобновляться ежесезонно.
- Умеренный расход горючего. По сравнению с бензином, выгода от постоянной заливки биоэтанола в бак составляет от 10%.
- В этаноле отсутствуют элементы, свойственные нефти и ее производным – тяжелые углеводороды, сера, зола. Все эти вещества способствуют загрязнению как внутренних магистралей автомобилей, так и воздуха во внешней среде. При сжигании этанола объем выхлопных соединений уменьшается до десяти раз.
- Высокое октановое число смеси – 105 пунктов.
Более активному переходу транспорта на биотопливо препятствуют следующие факторы:
- Использование сельскохозяйственных культур для нужд химической промышленности приводит к недостатку урожая в отдельных регионах планеты.
- Малое количество моделей транспортных средств, моторы которых совместимы с этанолом. При неконтролируемой заливке биотоплива двигатель может потерять КПД, вследствие чего снизится маневренность автомобиля и плавность хода, или силовой агрегат вовсе выйдет из строя. Оптимальным решением является выпуск новых транспортных средств, конструкция силового узла которых оптимизирована под растительное топливо. Так поступают в Скандинавии, выпуская новую линейку автобусов, работающих только на биоэтаноле.
Производство биоэтанола
В качестве сырья для топлива биологического класса используются преимущественно сахарный тростник и кукуруза. Лидерами по производству горючего из указанных компонентов являются соответственно Бразилия и США. Также допустимо получение субстанции из картофеля, свеклы, ячменя и ряда других культур и из дикорастущих побегов, например, из борщевика. Главное условие – наличие в составе продукта сахарозы либо смеси полисахаридов крахмала. Производство этанола – это работа с минимальными затратами энергии, в отличие от выпуска нефтепродуктов.
Промышленный выпуск биоэтанола стал возможен благодаря методу брагоректификации, выполняемому на современном технологичном оборудовании. Процесс является частью привычного брожения – способа получения этилового спирта как в бытовых, так и в лабораторных условиях.
После начальной подготовки растительных веществ, они подвергаются ферментации. В промышленном масштабе дрожжевое брожение заменяется на обработку полученными лабораторным путем с помощью генной инженерии катализаторами белковой группы. Далее наступает брагоректификационная перегонка готовой бражки.
Описанный технологичный путь получения этанола значительно превосходит по продуктивности классическое брожение, выдающее не более 14-15% этанола в общем объеме финального продукта.
Биоэтанол: цена за литр
Дешевая рабочая сила, минимальные затраты на посев и возделывание растительных культур, небольшой перечень технологических устройств для обработки сырья – все эти факторы способствуют установке низких цен на биоэтанол.
Поскольку в России данный вид горючего еще не получил массовое распространение, будем ориентироваться на его себестоимость в США и Бразилии – двух странах, обеспечивающих оборот в 80% от выпускаемого продукта во всем мире.
Итак, в двух указанных государствах себестоимость производства одного литра биотоплива не превышает 30 центов. Европейские поставщики затрачивают чуть больше – 50 центов. При этом получение одного литра бензина марки не ниже АИ-92 обойдется предприятиям нефтегазовой отрасли не дешевле 50 центов, в большинстве случаев – 60-70 центов.
Добавление биоэтанола к обычному бензину
Добавляя биоэтанол к бензину марок от АИ-92 до АИ-98, владельцы транспортных средств пытаются решить следующие задачи:
- повышение октанового числа итогового состава на 2-3 пункта;
- снижение мощности выхлопа;
- минимизация образования углеродистых наслоений на внутренних деталях моторной конструкции.
Биотопливо действительно достигает перечисленных целей, поэтому наличие в продаже смесей этанол + бензин стало обычным делом для некоторых стран Азии, Америки и Европы. Текущая средняя доля спиртового компонента в субстанции – 1/10. По 3 и 5% добавляют этиловый спирт в нефтяное горючее поставщики в Японии и Аргентине. Лидерами являются Бразилия и США. Южноамериканская республика добавляет почти 25% этилгидрата в бензины и 2% - в дизель, а американские производители увеличивают количество спирта до 85% от объема топливного коктейля.
Непропорциональное разбавление бензинов этиловым спиртом без учета спецификации двигателя может привести к поломке силового механизма. Кроме того, спирт способствует быстрой изнашиваемости уплотнительных компонентов конструкции, изготавливаемых из полимеров и резины.
А какие могут быть недостатки при добавлении биоэтанола к обычному бензину? Самый главный – неполадки с мотором при резком понижении температуры, в частности прерывистый запуск.
Топливные смеси биоэтанола
В зависимости от состава финальной смеси этиловый спирт + бензин, горючее можно отнести к одной из марок универсальной принятой классификации биологического топлива.
Все горючие смеси этанола имеют в наименовании английскую литеру Е, что означает Ethanol на латинском языке. Цифра, следующая за буквой, сообщает о процентном количестве этанола в субстанции по отношению к массе бензина – Е5, Е10 и так далее с типичным шагом в пять процентов, вплоть до Е100.
Наиболее востребованными на рынке жидкостями являются Е10, Е20, Е85 с соответствующим содержанием этилового спирта в 10, 20 и 85% от массы.
Е10 – популярное биотопливо в США, которое пригодно для заправки большинства легковых автомобилей. В зимнее время года оно заменяется на Е15. В Бразилии автолюбители заправляются смесью Е20, реже – Е25.
Е85 – топливо с высоким содержанием метилкарбинола, поэтому оно несовместимо с двигателями внутреннего сгорания, установленными на массовых моделях автомашин, в отличие от того же Е10. Оно пригодно для заправки транспортных средств, оснащенных двигателем с гибридным типом подачи топлива. Такие моторы имеют наименование flexible-fuel, а тип топлива (бензин / биотопливо) и соотношение спирта к нефтепродуктам в смеси регулируются самим водителем в рамках от 5 до 95%.
Flexible-fuel автомобили реализуются на территории Америки и Европы, максимальный объем этанола в топливной смеси для марок машин, согласно стандартам, установлен у границы в 85%. Это обусловлено тем, что на подавляющей части территории стран температура воздуха опускается ниже 11 градусов – охлаждение спирта может привести к снижению воспламеняемости жидкости и затруднит попадание топлива в рабочую камеру через систему впрыска. Если температура опускается ниже 0 градусов и держится на отметке в течение нескольких месяцев, то целесообразна замена горючего Е85 на Е70.
Е100, несмотря на название, не является топливным этиловым спиртом в чистом виде. Продукт действительно содержит большую концентрацию этанола, чем горючее Е-95, но формула обогащается небольшим содержанием воды для поддержания изначального состава при значительном повышении температуры вплоть до значений кипения с сохранением баланса между жидким и газовым состоянием вещества. Фактический состав марки Е-100 – это 96,5% растительного спирта и 3,5% H2O.
Автомобили на биоэтаноле
Пожалуй, наиболее приспособленный под биотопливо парк легковых автомобилей находится в Бразилии. Около пятой части всех транспортных средств страны оснащены двигателями, которые совместимы с высокоэтаноловым горючим. А среди выпускающихся с конвейера автомашин целых 2/3 изначально технически приспособлены для заправки растительным топливом.
Модели машин Flexible-fuel Vehicle – одно из приоритетных направлений концерна Ford, который сосредоточил продажи инновационных среднелитражек в европейских странах. В число обновленных рабочих лошадок вошла и популярная в России марка Ford Focus, а также Ford Focus C-Max второго поколения.
Больших успехов в продвижении модернизированного ДВС добились концерны, выпускающие личные автомобили бизнес-класса. Гибридный двигатель устанавливается на суперкары премиальной марки автомобилей Saab, мощность силового агрегата достигает при этом 400 л.с., а объем мотора – 2,8 л. Еще более впечатляющие показатели демонстрирует спорткар Koenigsegg CCX – мощность двигателя машинки составит 860 л.с. при питании биоэтанолом (для сравнения – на АИ-91 мощность составит 806 л.с.).
