Сделать глоток из топливного бака современного автомобиля — плохая идея. Бензин и дизельное топливо на нефтяной основе, которыми питается большинство автомобилей в мире, довольно далеки от чего-либо питательного или даже безопасного для питья.
Но это меняется. Растущая промышленность десятилетиями исследует альтернативы ископаемому топливу, и большая часть их исследований сосредоточена на биотопливе — заменителях нефти, изготовленных из натуральных растительных масел [источник:Demirbas]. В некоторых случаях чистое, неизмененное растительное масло может использоваться в стандартных дизельных двигателях; в конце концов, Рудольф Дизель изначально разработал двигатель, носящий его имя, в попытке дать фермерам возможность управлять оборудованием, используя местное топливо. Но чистое растительное масло, хотя и является биотопливом, имеет ограничения. Глицерин в натуральных маслах увеличивает их вязкость, заставляя их затвердевать при низких температурах; подумайте о том, что происходит с жиром от бекона, если оставить его в холодильнике. Например, это может плохо сказаться на топливопроводах, фильтрах и форсунках двигателя на Аляске.
У химиков есть пара решений этой проблемы. Некоторые растения, такие как кукуруза, содержат сахара, которые при ферментации, как пиво и спиртные напитки, производят этанол — спирт, который можно использовать в качестве топлива. Этанол часто используется в качестве присадки к бензину, уменьшающей смог; это E в E85 [источник:Chu].
Другие растения, такие как соевые бобы, лучше использовать для производства биодизеля. В этом процессе катализатор смешивается с маслом, отделяя глицерин от алкиловых эфиров жирных кислот [источник:Pimentel]. Без глицерина биодизель может работать с большинством дизельных двигателей с меньшим загрязнением и проблемами в холодную погоду.
Инфраструктура биотоплива все еще находится в стадии разработки во многих частях мира, а процессы производства некоторых видов биотоплива еще недостаточно эффективны, чтобы оправдать крупномасштабное производство [источник:Pimentel]. Но необходимость найти более экологичную альтернативу ископаемому топливу означает, что рано или поздно топливо в вашем бензобаке будет иметь много общего с тем, что у вас на тарелке. Чтобы получить представление о будущем биотоплива, прочитайте о 10 видах биотоплива, которые могут так же легко кормить вас, как и ваш автомобиль.
СодержаниеПомимо того, что кукуруза является одним из основных продуктов западного рациона, она оказалась очень популярным биотопливом. Благодаря доступности и высокому содержанию сахаров, образующих этанол, это биотопливо знакомо многим водителям — оно часто является источником этанола в бензиновых смесях E85.
Производители этанола превращают кукурузу из пищи в топливо, используя систему, которая сначала расщепляет кукурузу на ее основные компоненты:лигнин, вещество, формирующее и укрепляющее клеточные стенки растений, и целлюлозу, содержащую растительные сахара. Производители ферментируют целлюлозу для производства этанола, по сути, высокопробной версии спирта, получаемого из кукурузной мезги [источник:Shakashiri]. Очищенный топливный этанол часто смешивают с бензином в качестве агента, уменьшающего смог, но его можно использовать и отдельно в качестве топлива.
В Соединенных Штатах этанол на основе кукурузы действительно является отечественной альтернативой некоторым видам использования ископаемого топлива за рубежом. Но не без недостатков. Исследования показывают, что энергия, которая идет на производство этанола из кукурузы — от газа в тракторе на ферме до удобрения, используемого для поддержания здоровья кукурузы — сжигает больше ископаемого топлива, чем заменяет этанол [источник:Pimentel]. Если добавить к этому уравнению с отрицательной суммой, то потребность в орошении для выращивания кукурузы в более засушливых местах может сократить водоснабжение, особенно когда фермеры используют производство этанола в качестве источника дохода [источник:McKenna].
А еще есть экономический фактор. Помимо производства продуктов питания, кормов для животных и других промышленных целей, кукуруза пользуется большим спросом. Добавление производителей этанола в конкуренцию за мировые поставки кукурузы означает, что цены на урожай и последующие продукты могут резко возрасти при увеличении спроса на этанол. Объедините эти факторы, и, хотя это полезное биотопливо, кукуруза вряд ли будет единственным биотопливом, который снижает зависимость мира от ископаемого топлива.
Это может быть самое универсальное биотопливо в списке. Помимо того, что соевые бобы являются основным продуктом питания от Азии до Америки, соевые бобы превратились во все, от чернил и цветных карандашей до топливных продуктов [источник:Scharlemann]. В то время как кукуруза является наиболее популярным сырьем для производства этанола, который смешивают с бензином для борьбы со смогом, соевые бобы являются основным источником масла, используемого для производства биодизельного топлива.
Для производства биодизеля с использованием сои производители сначала отжимают масло из бобов. Высокое содержание масла в сое (около 20% бобов приходится на пригодное для использования масло) делает ее идеальным кандидатом для этого процесса. После извлечения и фильтрации масло смешивают с катализатором, удаляющим глицерин. Оставшееся масло можно залить прямо в бензобак дизеля.
Биодизель имеет ряд преимуществ перед нефтяным дизельным топливом, помимо того, что он является возобновляемым ресурсом. Он сгорает чище, а это означает, что двигатели, работающие на биодизеле, производят меньше твердых частиц, которые могут вызвать смог и проблемы со здоровьем.
Пальмы хороши не только для тропических пейзажей и кокосов. Высокоуглеродистая скорлупа их плодов может быть превращена в фильтры для очистки воды, листья и древесные части деревьев использовались для строительства и укрытия на протяжении тысячелетий, а масло семян в настоящее время рассматривается как биотопливо, потенциально доступное для массового рынка. /Р>
Но пальмовое масло, возможно, является наиболее очевидным примером серьезной проблемы, стоящей на пути широкого производства биотоплива. Пространство, энергия и финансовые ресурсы, необходимые для производства сырья, намного перевешивают преимущества конечного результата.
Пальмовое масло является основной культурой в Юго-Восточной Азии. По мере увеличения спроса на пальмовое масло для производства биодизеля плантации в таких странах, как Малайзия и Индонезия, вырубают обширные участки тропических лесов, чтобы освободить место для большего количества масличных пальм. И грузовики, корабли и производственные мощности, используемые для перевозки пальмового масла из этих стран на загруженный автомобилями и грузовиками Запад, добавляют к сжигаемому топливу - и производимым выбросам - чтобы вывести это экологически чистое топливо на рынок. Пальмовое масло — не единственное биотопливо, столкнувшееся с этой дилеммой, но его популярность и низкая стоимость означают, что оно столкнулось с проблемой в более широком и публичном масштабе, чем многие из последующих видов пищевого топлива [источник:Rosenthal].
Если вы в последнее время ели картофель фри, луковые кольца или рыбу с жареным картофелем, возможно, вы внесли свой вклад в другое популярное пищевое биотопливо:отработанное растительное масло.
Кулинарное масло, которое использовалось для жарки во фритюре, по-прежнему содержит алкиловые эфиры жирных кислот, которые делают его пригодным топливом для некоторых дизельных двигателей. Процеживая масло, удаляя продукты питания и муку для панировки, изобретательные производители биотоплива могут производить биодизельное топливо или просто заправлять масло прямо в дизельные двигатели, используя так называемую технологию «масленки».
С ресторанами быстрого питания, казалось бы, на каждом углу, а жареная пища является обычной частью рациона многих народов, может показаться, что масло для жарки может быть наиболее доступным из всех видов биотоплива. Но у него есть недостатки.
Во-первых, в отработанном масле для жарки содержится много продуктов, которые в нем жарились. Процедить это, особенно в тех случаях, когда было использовано много муки, — процесс, требующий больших затрат времени и труда. Фильтрация большого количества масла может занять слишком много времени для массового производства. Кроме того, конечным результатом может быть смешанная ситуация; масло для жарки может быть получено из арахиса, кукурузы или других растительных смесей, а это означает, что трудно сказать, насколько мощным будет топливо от партии к партии.
Но многие защитники смазочных автомобилей и биодизеля готовы мириться с этими проблемами. А поскольку масло для фритюра не требует дорогостоящего прессового оборудования для извлечения его полезных частей из семян или зерна, оно является предпочтительным топливом для изобретателей, экспериментаторов и гаражных ученых, которые хотят освободиться от нефти при ограниченном бюджете.
Ах, этот универсальный арахис. Хотя арахис считается бобовым, а не настоящим орехом, он, возможно, является одним из самых популярных продуктов такого типа в западной диете. Между морем смешанных орехов, арахисовыми конфетами и бутербродами с арахисовым маслом, которые заполняют миллионы коробок для завтрака каждый школьный день, мы глубоко привязаны к непритязательному арахису.
Арахис имеет ряд применений помимо еды, многие из которых были предложены известным афроамериканским ботаником доктором Джорджем Вашингтоном Карвером. Его архивы включают в себя списки более чем 300 применений арахиса, начиная от красителей и пластика и заканчивая маслом, которое потенциально можно использовать в качестве биотоплива [источник:Fishbein].
Но арахис становится жертвой собственной популярности, когда речь идет о биотопливе. Поскольку арахисовое масло можно использовать для пищевых, медицинских и промышленных целей, оно слишком ценно, чтобы дешево превращать его в биотопливо. В случае простой экономики спрос удерживает цену слишком высокой, чтобы сделать арахисовое масло практичным съедобным биотопливом на данный момент.
Многим людям хлопок не приходит в голову как продукт питания. В конце концов, основное использование хлопка в современном мире — это волокно для ткани. Но масло из семян хлопка — это легкое растительное масло с нейтральным вкусом, которое используется для приготовления пищи в Америке с 1860-х годов [источник:NCPA]. Хлопковое семя также используется в качестве корма для животных, хотя чрезмерное его использование может привести к проблемам с питанием домашнего скота [источник:Осборн].
Использование хлопкового масла в качестве биотоплива имеет смысл:по мнению некоторых аналитиков, из хлопка можно получить больше масла на акр, чем из кукурузы или сои, двух самых популярных источников биотоплива [источник:Journey]. Но у хлопкового масла есть один недостаток, который, как и у многих других видов биотоплива, представляет собой серьезную инженерную проблему.
Хлопковое масло начинает затвердевать при низких температурах. Транспортное средство, работающее на чистом хлопковом масле, было бы непригодно для использования зимой, если бы оно не содержало какой-либо системы подогрева масла, которая поддерживала бы биотопливо выше его точки гелеобразования. С этой проблемой сталкиваются и более популярные виды биотоплива, такие как соевое биодизельное топливо. Но в то время как соевое биодизельное топливо превращается в гель примерно при -16 градусах Цельсия, хлопковое масло превращается в гель только при -1 градусе Цельсия. Большая часть мира регулярно сталкивается с более низкими температурами, что делает чистое хлопковое масло менее оптимальным для широкого использования в качестве биотоплива.
Сафлор — это растение с долгой историей использования, возможно, начиная с того времени, когда желтые цветы и маслосодержащие семена использовались для окрашивания тканевых оберток, использовавшихся в древних процессах мумификации. Более современные применения сафлора включают широкое использование в качестве натурального лекарства как в восточной, так и в западной культурах. Точно так же масло из семян сафлора используется в качестве более полезного для сердца заменителя других растительных масел.
Сафлоровое масло имеет низкую температуру гелеобразования, что делает его интересным для производства биодизеля. Но широкое использование сафлора в качестве источника топлива может быть ограничено его популярностью — или ее отсутствием — в сельскохозяйственном мире. 604 000 метрических тонн сафлора, произведенных во всем мире в 2004 году, ничтожны по сравнению с производством кукурузы или сои, и это резкое снижение с 800 000 до 900 000 тонн, обычно производившихся в год в середине 90-х годов. Адаптация урожая сафлора для удовлетворения потребностей в биотопливе означала бы обращение вспять этой тенденции и производство значительно большего количества этого древнего многоцелевого растения [источник:Джиммерсон].
Льняное или льняное масло является хорошим примером универсальности многих растительных масел с потенциалом биотоплива. Мастера по дереву смешивают это масло с разбавителем, таким как скипидар, и используют его в помещении для ухода за мебелью, сантехникой и паркетными полами. Масло проникает в древесину, предотвращая ее пересыхание, растрескивание и истирание. На открытом воздухе аналогичная обработка не позволяет древесине впитывать слишком много воды, что ускорит выветривание и гниение [источник:DIY].
Было показано, что льняное масло без разбавителя также является ценным консервантом для здоровья человека. Как и ряд других растительных масел, упомянутых в этой статье, льняное масло снижает уровень холестерина и способствует здоровью сердца [источник:Ridges].
Растительные волокна льна используются для производства льна, а это означает, что эта биотопливная культура может использоваться как для получения масла из семян, так и для получения волокна из стеблей. Этот многоцелевой характер может сделать льняное масло более привлекательным биотопливом, чем другие культуры, несеменные части которых не имеют ценности льна [источник:Shirke].
Сорго — одна из самых важных зерновых культур в мире и основная статья экспорта сельскохозяйственной продукции США [источник:Совет]. Он используется в различных продуктах питания, от напитков до тортов и печенья, а высокое содержание антиоксидантов и отсутствие глютена в некоторых сортах делает его ценным зерном для пекарей, заботящихся о своем здоровье.
Сорго также может заменить биотопливо. Различные штаммы зерна могут расти в различных климатических условиях, а его биохимический состав означает, что его можно заменить кукурузой в процессах производства этанола. Исследователи разрабатывают гибридные штаммы сорго специально для производства биотоплива, так что вполне возможно, что вскоре E85, который вы заливаете в бак своего бензинового автомобиля, может иметь что-то общее с печеньем с патокой, которое вы покупаете в магазине [источник:Lau ].
Хорошо, технически вода не является биотопливом. Это жизненно важный природный ресурс, без которого не было бы жизни. Но благодаря обманчиво простой технологии вода однажды может стать возможным источником топлива.
Простой процесс электролиза, при котором электрический ток проходит через воду, разлагает жидкость на ее основные элементы:водород и кислород [источник:Nave]. Водород — отличное топливо:он несет в три раза больше энергии на фунт бензина и сгорает без вредных выбросов нефтяного топлива [источник:Стэнфорд].
Но производство и хранение водорода проблематичны. Перемещение большого количества сверхлегкого, легковоспламеняющегося газа по всему миру может создать серьезные проблемы с безопасностью, а количество водорода, необходимого для питания автомобиля в длительной поездке, потребует непрактично тяжелого топливного бака, чтобы безопасно хранить достаточное количество топлива на борту. [источник:Планета].
Однако водород далеко не безнадежен. Одна из технологий, получившая известность благодаря таинственному водному карбюратору Garrett, включает в себя установку на транспортном средстве элемента, вырабатывающего водород, и питание его электричеством от генератора двигателя. Современные версии этой идеи впрыскивают водород в бензиновые двигатели, обеспечивая более чистые выбросы и лучший пробег. Эта технология сопряжена с определенными трудностями в плане стоимости, надежности и разработки, но вполне возможно, что часть топлива для вашего автомобиля в ближайшем будущем будет поступать из крана вашего дома [источник:Brooks].
Может ли этанол повредить двигатель?
Этанол, E85, гибкое топливо… Что все это значит?
Руководство для потребителей по автомобилям, работающим на этаноле E85
Сколько кукурузы мне понадобится для поездки по пересеченной местности на этаноле?
Сколько этанола содержится в бензине с октановым числом 93?