?

Log in

No account? Create an account

Не смеяться, не плакать , не проклинать — а понимать…

Previous Entry Share Next Entry
Топливо (ближайшего) будущего
ангел
danko2050
На сайте EIA попался интересный график энергетической плотности различных видов моторных топлив:

density
В общем, совсем не удивительно, что человечество так плотно подсело на бензин и дизель - топливо оптимально с точки зрения плотности энергии на единицу массы/объема. Все другие варианты либо тяжелее, либо занимают больше места. Некоторые альтернативы умудряются совместить обе отрицательные характеристики: одного взгляда на электрические батареи на графике достаточно, чтобы безошибочно предсказать судьбу автономного электротранспорта. Кроме того, картинка наглядно демонстрирует, что количество альтернатив ограничено и выбирать топливо будущего мы будем из метанола, этанола, пропана, КПГ и СПГ.

Самой  очевидной альтернативой является пропан (СУГ). Этот вариант совмещает плюсы разработанной и достигшей зрелости технологии (на рынке уже 5 поколений пропан-бутанового газобалонного оборудования, ГБО), развитую инфраструктуру (около 4000 заправок по стране) и низкую цену - если переоборудовать авто на КПГ обойдется примерно в 60 тыс. руб., на СПГ - около 200 тыс. руб., то поставить на свое авто комплект оборудования для СУГ вместе с баллоном можно от 20 тыс. руб. Ахилесовой пятой этой альтернативы является производство: СУГ получается на НПЗ в качестве побочного продукта при изготовлении бензина (технологический выход СУГ в среднем составляет всего лишь 3-10% от массы исходного сырья), а также на ГПЗ, где он добывается из попутного нефтяного газа. Иными словами, СУГ привязан к нефти и бензину и разделит с ними все тяготы достижения пика производства и убывающей отдачи.

Основным способом производства метанола является неполное окисление природного газа на катализаторах или без таковых под давлением. В принципе, вполне реальная альтернатива, но есть проблема с высокой токсичностью. Как утверждает вики, приём внутрь 5-10 мл. метанола приводит к тяжёлому отравлению (одно из последствий - слепота), а 30 граммов и более - к смерти. Предельно допустимая концентрация метанола в воздухе равна 1 мг/м³. Тем не менее, метанол является жидкостью, которая гораздо удобнее газа в хранении и транспортировке.

С этанолом в этом отношении проще, но он производится либо из биологического сырья путем брожения, либо путем гидратации этилена. В первом случае производство топливо начинает конкурировать с производством продуктов питания и если эта альтернатива станет массовой, то есть опасность, что "овцы" снова "съедят людей". Производство биоэтанола из целлюлозы стало провалом, стоившим американскому правительству около 385 млн. долл. субсидий. Во втором случае мы упираемся в то же препятствие, что и с СУГ: источником промышленного получения этилена является пиролиз различного углеводородного сырья, например, этана, пропана, бутана, содержащихся в попутных газах нефтедобычи; либо получают из жидких углеводородов - низкооктановые фракции прямой перегонки нефти (выход этилена – около 30%).

Для нашей страны, впрочем, наиболее реалистичной альтернативой нефти в сфере транспорта является природный газ в виде СПГ и КПГ. Даже если принять во внимание оптимистичные оценки "сланцевой революции", Россия остается абсолютным лидером по имеющимся запасам:

Мировые резервы природного газа
Природный газ по цене уверенно выигрывает не только у бензина, но даже у СУГ:

Динамика розничных цен на топливо в России 1999_2012 (метанинфо)
Кроме того, замена бензина газомоторным топливом (ГМТ) имеет экологический аспект. Автомобильный транспорт России является одним из крупнейших загрязнителей окружающей среды. Автопарк страны (более 34 млн. единиц) выбрасывает с отработавшими газами 14 млн. т. вредных веществ в год, что составляет 40% общих промышленных выбросов в атмосферу. В больших городах они достигают 90% и представляют серьёзную угрозу здоровью населения. Величина ущерба, наносимого промышленными выбросами, достигает суммы в 2% валового национального продукта, при этом 60% ущерба наносится автомобильным транспортом. Отработавшие газы двигателей внутреннего сгорания, использующих природный газ, по наиболее вредным компонентам в 2-5 раз менее опасны, чем выхлопы двигателей, работающих на традиционных моторных топливах. Его использование сокращает выбросы парниковых газов транспортными средствами более чем на 25%.

Основным недостатком данной альтернативы является громоздкое и дорогое оборудование (прежде всего, тяжелые баллоны для компримированного газа), а так же небольшой пробег на одной заправке. Расход 1 кубометра метана приблизительно равен 1 литру бензина, а для двигателей, рассчитанных под 92-95 бензин, эквивалентный расход будет даже меньше одного куба, т.е. на одном баллоне (те же 50 литров) можно проехать всего 110-150 км. Но учитывая, что стоимость 1 кубометра метана составляет треть от цены 1 литра бензина АИ-92, с этим можно смириться.

О том, что движение в этом направление происходит свидетельствует, например, появление таких проектов, как совместная программа «Газпрома», РЖД и администрации Свердловской области по переводу маневровых тепловозов Свердловской железной дороги на компримированный природный газ (КПГ), а магистральных – на СПГ.

В программе предусмотрено создание на ГРС №4 (Екатеринбург) производства сжиженного газа мощностью около 3 тонн в час. Областью применения газотурбовоза должны стать северные районы страны, где газа много, а электрифицированных железных дорог нет. Это Дальний Восток, некоторые участки Байкало-Амурской магистрали. РЖД посчитало, что применение в этих условиях газотурбовозов снижает эксплуатационные затраты железнодорожников по сравнению с применением тепловозов в 1,8 раза.

В рамках этой программы создан опытный образец магистрального газотурбовоза ГТ-01 на сжиженном природном газе. Газовую турбину мощностью 8,3 МВт для экспериментального локомотива ГТ-01 разработал Самарский научно-технический комплекс им. Н. Д. Кузнецова. В январе 2009 года газотурбовоз провел по кольцу в Щербинке состав из 159 вагонов общей протяженностью более 2 км. Вес поезда достиг 15 тыс. т., а это значит, что один газовый локомотив заменяет четыре дизельных или электрических. Примечательно, что ГТ-01 значительно превзошел европейские экологические требования, которые вступят в силу только в 2012 году. Бортового запаса СПГ (17 т.) ему хватает на 750 км., которые он проходит примерно за 11 часов.

ГТ-1

В конце июня 2012 года в рамках Петербургского международного экономического форума РЖД и группа «Синара» заключили соглашение об организации производства и поставки до 2020 года 40 магистральных газотурбовозов ГТ1h, работающих на сжиженном природном газе. Производство будет организовано на входящем в «Синару» Людиновском тепловозостроительном заводе.

В перспективе потребность РЖД в подобных машинах оценивается в районе 200 единиц. Расширение области применения газотурбовозов неизбежно приведет к увеличению сети заправочных станций и, соответственно, мини-заводов по производству СПГ. В свою очередь, эти мощности будут стимулировать переход других видов транспорта на перспективное топливо.


  • 1
А почему токсичность метанола такая проблема? Бензин тоже не стоит пить, но это же ему в минус не идёт.

Вы конечно правы, но есть одно "но": бензин по определению не алкоголь, никому в голову не придет его пить, а метанол - это спирт. В 2000 году Онищенко по этой причине запретил метанол как антифриз. Если же говорить формально, то у них разные классы опасности - т.е. он опасней в разы (http://ru.wikipedia.org/wiki/Класс_опасности).

Можно добавлять краситель, что бы случайно не перепутать и "ароматизатор" вонючий. А если кто намеренно будет пить - так и чёрт с ним, получит премию Дарвина.

"Черт с ним" - это не наш подход ;) Не стоит добавлять к смертности на дорогах от ДТП ещё и несчастные случаи из-за неосторожного обращения с метаноловым топливом.

Еще проблема во взаимодействии с алюминием и пластиками.

Если так, то да, проблема.

Спасибо за очередной очень информативный и интересный материал!

Да, альтернатива бензину, похоже, одна - газ. Хотя приведенная в начале картинка, насколько я понимаю, свидетельствует, что это - откат от более эффективного транспортного топлива к менее эффективному (впервые в истории развития человечества) )

Биотопливо, на мой взгляд, является информационной фикцией, т.к. его производство идет опосредованно через современное энергоемкое сельское хозяйство, требующее опять же - много нефтепродуктов. Мне кажется, бессмысленно совершать две энергетические операции (неся оба раза неизбежные тепловые потери согласно Второму началу термодинамики) там, где можно совершить одну - напрямую произвести из нефти горючее )

Просто некоторые страны дотируют производство биотоплива на своей территории (разумеется, дотируют энергетически, а не "денежно") из "неэнергетических" соображений...

Картинка, кстати, свидетельствует, что энергетическая плотность газа выше на единицу массы, чем у бензина, но ниже на единицу объема. Другими словами, просто неудобно для маленького транспорта - большой баллон занимает половину багажника. Но для грузовиков, кораблей и ж/д транспорта - в самый раз. Но мне кажется, мы это уже где-то обсуждали ;)

Биотопливо - это современная версия старой истории про овец, которые съели людей. Оказалось, что сделать из зерна топливо выгодней, чем продать его в качестве продукта питания. Потому что платежеспособный спрос. Собственно, рынок сам по себе морально нейтральная штука и поэтому любое общество, которое управляется рынком и рыночными силами, глубоко бесчеловечно в своей основе.

Мне кажется, в данном случае действуют "нерыночные" факторы. Если продукты питания невыгодно продавать в качестве продуктов питания (из-за отсутствия платежеспособного спроса), то "рыночные" факторы ограничат их производство до определенного уровня. А вот "нерыночные" факторы - простимулируют их дальнейшее производство с целью производить еще более "рыночно" невыгодное биотопливо... В том числе - путем произвольного определения "издержек" производства с использованием двойных, тройных и т.д. стандартов...

Я не экономист, так что извините за формулировку мыслей )

А эти "нерыночные" решения принимают вполне конкретные люди, которым это лично выгодно здесь и сейчас.

Почему в качестве людей, принимающих решения, оказываются именно такие люди? - Это уже более серьезный вопрос. Вернее, почему в экосфере планеты понадобилось, чтобы люди выполняли именно такие функции в данное время в данных условиях?

А рынок - он по определению глубоко человечен. (Ибо у дрыгих живых существ "рынка" в нашем понимании, кажется, пока еще нет )))

Ну, из нерыночных факторов можно упомянуть значительные субсидии на с/х производство в США и Европе - двух из трех главных производителей биотоплива. Эти субсидии и высокая цена на нефть могут сделать выгодными его производство. Но как в эту компанию попала Бразилия?

"почему в экосфере планеты понадобилось, чтобы люди выполняли именно такие функции". Не уверен, что "экосфере" свойственно целеполагание ;)

Множество элементов, входящих в систему экосферы выполняют определенные фунеции, посредством которых экосфера воспроизводится в качестве системы. Целеполагание для этого совершенно не обязательно (земляные черви, к примеру, пропускают через свою пищеварительную систему почву, тем самым воспроизводя ее плодородие, разве они делают это целенаправлено в нашем понимании этого слова?)...

При этом наша целенаправленная деятельность внутри системы нашего социума вполне может не совпадать с теми функциями, которые наш социум выполняет в экосфере планеты. А именно в соответствии с этими функциями - выполняемыми в системе более высокого уровня - будут увязываться и функции, выполняемые элементами социума внутри него, как подсистемы...

Жаль, что мне пока не встречался такой подход к анализу развития человечества в научных и каких-либо иных работах )

В Бразилии налицо неучет издержек - использование "за так" огромных водных ресурсов, кратковременного плодородия почвы на месте расчищаемой сельвы, отсутствие каких-либо расходов на рекультивацию и очистку отходов (экологической составляющей издержек) и использование дармовой рабочей силы вплоть до рабского труда.

При этом значительная часть полученной таким путем продукции экспортируется в США. По сути, это вынесенное за пределы США производство биотоплива в месте, где можно не учитывать те издержки, которые неизбежно пришлось бы учитывать в США.


Функциональный анализ хорошо работает со стабильными равновесными системами и перестает работать, когда система приходит в движение. Сейчас, ИМХО, он неадекватен. Функцию человечества в биосфере лишь предстоит найти - если, конечно, человечество и биосфера ещё будут существовать...

Ну, за биосферу, мне кажется, особо беспокоиться нечего - выживет даже в случае глобального ядерного конфликта )

Насчет функционального анализа - мне казалось, что в бизнесе, например, его задействуют именно, когда система фирмы или предприятия перестает быть стабильной и выходит из состояния равновесия (когда дела хреново идут). Потому что приходится выяснить, какие именно функции необходимо осуществлять в системе фирмы, чтобы она вернулась в устойчивое состояние? И соответственно: какому именно персоналу и какие именно требования нужно предъявлять для осуществления этих функций?

А вот для экосферы планеты в целом таких задач, мне кажется, наука пока не ставила... И подозреваю, что разбираться в этом придется самостоятельно )

Еще одна мысль насчет топлива из нефтепродуктов и топлива из газопродуктов.

Если бы мега месторождения нефти, открытые в 1030-79-х гг., были по-прежнему полны, и с легкостью выдавали нужное количество низкозатратной при добыче нефти... стали бы тогда люди сейчас массово заменять топливо из нефтепродуктов на топливо из газопродуктов (поскольку последние - более эффективны)?

Подобно тому, как в свое время люди начали массово заменять уголь в качестве топлива для транспорта на нефтепродукты.

Такой чисто мысленный эксперимент. Если ответ отрицательный, и переход вынужденный, то это реальный, вынужденный откат от более эффективного топлива к менее эффективному. Чего ранее в истории по крайней мере нынешней европейской цивилизации не наблюдалось...

Интересно, учитывается ли при сравнении та энергия, которая необходима, чтобы произвести транспортное топливо из сырой нефти или "сырого" природного газа?

(Если помните, те данные, которые я находил по соотношению удельной теплоты сгорания сырой нефти и природного газа - т.е. изначальных ресурсов - были в пользу нефти.)

Что действительно радует, так это то, что газ в качестве топлива для части транспорта может быть заменителем нефти куда более эффективным, чем уголь или дрова )))

По части энергетических затрат на производство транспортного топлива газ с запасом сделает нефть, уверен. Если это не месторождение в Астрахани, где в газе полно серы и их добываеют вместе на отдельном заводе, то для него достаточно первичной подготовки на УКПГ месторождения: газ осушают, выделяют конденсат, если таковой есть, очищают от меркаптана и пр. (опционально, многие месторождения этого не требуют) и все - топливо готово. Дополнительно газ очишается от механических частиц на компрессорных станциях, но эта процедура не затратна по энергии. По сути, в трубах уже чистое топливо, тогда как с нефтью все гораздо сложнее и затратнее.

Понятно, спасибо за пояснение )

Но почему же тогда еще раньше не начали переходить на газ более-менее массово?
Ведь это выглядит однозначно выгоднее, по крайней мере для части автотранспорта.
(Заговор нефтепроизводителей, мне кажется, лучше исключить, это же одни и те же компании, в общем-то.)

Мы как-то дискутировали на эту тему: жидкость всегда удобней в хранении и транспортировке, чем газ. Газовое авто требует массивных баллонов, но даже с ними у него небольшой пробег, поэтому заправок должно быть много. СПГ решает проблему с массой и пробегом, но его труднее получить - хотя наши умельцы научились использовать дармовую энергию ГРС (перепад давления от магистральной трубы к местным сетям), чтобы сжижать газ с помощью турбодетандеров. Новые мини-заводы СПГ постепенно вводятся в строй по всей стране в рамах газпромовской программы автономной газификации отдаленных населенных пунктов. Будет ли их достаточно для перевода транспорта на СПГ - покажет время.

Другими словами, газ вполне конкурентен по своим энергетическим параметрам в сравнении с нефтью, но конкретно для транспортных целей он неудобен. То, что подобные проекты газификации транспорта появляются - это точно не признак благополучия в этой сфере.

Странно что всегда игнорируют Бутанол, хотя он максимально близок к бензину.

У него те же проблемы, что и у этанола - он производится либо из биосырья, либо из нефтепродуктов.

Массовый перевод автотранспорта на газ и его производные по большому счету бесперспективен: к тому моменту, как осуществится оный массовый переход, а также постройка соответствующей инфраструктуры и соответствующий рост газодобычи и газопереработки - человечество столкнется с истощением уже газа.
То бишь, движения в этом направлении не исключены и вполне вероятны, но это тот же тупик (потеря времени и ресурсов на тупиковую ветку, и лишь усугубление в итоге ситуации)

Edited at 2013-02-18 12:52 am (UTC)

В качестве перманентного решения проблемы это тупик, безусловно, а взрыв добычи сланцевого газа в Америке говорит о том, что конвенциональные резервы там уже исчерпаны. Но перевод части транспорта на газ (муниципальный, грузовой, ж/д, морские суда) даст нужное время для перехода к чему-то лучшему. Ну, или просто отложит коллапс транспортной инфраструктуры - это как повезет.

Кроме того, вы переоцениваете стоимость перехода - из инфраструктуры необходимо строить лишь новые заправки (АГНКС) и переоборудовать существующие, соответствующие технологии разработаны. Любой бензиновый ДВС можно переоборудовать на газ в очень короткие сроки и за умеренную цену (20-60 тыс. руб.). Пример Пакистана и Ирана показывает, что все это вполне реально.

Остается загадкой, почему примеру Индии и Пакистана не следует Россия, у которой с газом дела обстоят значительно лучше, чем с нефтью.

Это как раз не загадка. Переход на газ планировался ещё во времена СССР в связи с перспективой нехватки нефти - тогда построили около 400 АГНКС, 250 из которых в РСФСР, и перевели часть автопарка на природный газ. Тогда же проводились эксперименты по переводу на газ авиа- и ж/д транспорта.

Крест на этом проекте поставили 90-е, когда в силу очевидных причин потребление бензина и его цена упали. Газовая альтернатива стала не нужна, АГНКС стояли загруженные едва на 15%, на грани рентабельности.

Возрождение газовых проектов начинается в 2000-х: в 1998-1999 гг. происходит первая волна перевода автотранспорта на СУГ. Но в целом 2000-е являются эпохой роста добычи нефти в России и роста благосостояния. У большинства есть деньги и на машину и на бензин. Но уже тогда проводятся первые опыты по переводу с/х техники на метан на Ставрополье, кстати, вполне успешные - техника до сих пор используется, окупилась за год.

Вторая волна перевода транспорта, меньше по масштабам, имела место после 2008 г.

Т.е. переход на альтернативное топливо жестко увязан (а) с ценами на бензин, которые у нас одни из самых низких в Европе (http://www.inosmi.ru/infographic/20121112/202064098.html), (б) с ростом/падением экономики - мы все ещё растем, в отличие от европейских коллег и (в) с наличием инфраструктуры - 250 заправок мало, учитывая небольшой пробег газового транспорта. Но судя по законодательной активности (закон "Об альтернативном топливе" прошел первое чтение) и планам "Газпрома" нарастить парк АГНКС к 2015 году, наш газовый паровоз на запасном пути ;)

Edited at 2013-02-18 10:51 am (UTC)

Забыли синтетические топлива. Проблема с топливами не в самих химических веществах, а в источнике энергии, заключённой в них. Обычные топлива содержат энергию ископаемых углеводородов, а с этим перспектива печальная. Те же самые вещества, но синтезированные с ядерной энергией в роли источника, прижились бы сразу и абсолютно незаметно. Чисто технологически, компромисные варианты синтеза -- GTL и CTL. Также компромисным вариантом являются гибридные двигатели, сочетающие преимущества электротяги и жидкотопливной энергетики -- вот они были бы лучшим симбионтом с синтетическим топливом с ядерной энергией в роли источника.
Синтетику уже тихо выбрали. Ракеты на них давно летают (синтин, НДМГ-АТ, LOH-LOX). С недавних пор амовские ВВС занялись тестированием синетики на боевых самолётах. Мир понемногу свыкается с ролью LNG в роли морского топлива -- строго говоря это не синтетика, но несравнимо экзотичнее биодизеля и биокеросина. Электротяга даёт преимущества, независящие от происхождения топлива. Ну а будущее ископаемых топлив уже вырисовалось. Всё в целом это и указывает на перспективу синтетических энергоносителей для транспорта, не привязанных к нефти.

Полагаю, что вы правы и "те же самые вещества, синтезированные с ядерной энергией в роли источника" это наше завтра в сфере транспорта, но до него надо дожить. В качестве переходного варианта КПГ и СПГ имеют преимущество в том, что это разработанная технология, плюс, цена на газ в три раза ниже цены на бензин. GTL и CTL, конечно, ещё построят, но дешевыми альтернативами их не назовешь.

На тему транспортного LNG в Европе уже высказывают пожелания: "core inland ports to have a publicly accessible LNG refuelling point for inland waterway transport by 2025 at the latest."

этанол - "овцы съедят людей"

Будущее (ИМХО) - плавучие заводы для получения этанола из водорослей.
Транспорт на море - возвращение к парусникам.
спасибо за обзор
:)

Edited at 2013-04-08 12:18 pm (UTC)

К вопросу о сложности перехода на газ: автомобиль после перевода на ГБО остается двухтопливным - нет газа - едем на бензине

  • 1