Наша сеть партнеров Banwar
У світі загострюється боротьба за володіння джерелами енергії, зокрема, нафти. Україна в цьому плані не може скласти конкуренцію розвиненим країнам. У той же час вона володіє родючими землями, па яких можливе вирощування сільськогосподарських культур для отримання палив рослинного походження, придатних для використання в двигунах внутрішнього згоряння. За оптимістичними прогнозами, в майбутньому Україна може стати для Європи експортером екологічно чистого відновлюваного палива па основі рослинних масел. У зв'язку з погіршенням екологічної обстановки необхідно вирішувати проблему раціонального отримання і використання палив, оскільки при традиційній переробці паливної сировини утворюється велика кількість відходів і виділяються шкідливі речовини, які беруть участь в утворенні парникового ефекту. У зв'язку з цим важливим практичним завданням є розробка перспективних напрямків по підбору, вирощування олійних культур, екологічно чистої переробки рослинних масел і ефективному їх згорянню в двигунах. Існує два напрямки по адаптації тоілів рослинного походження для роботи в двигунах. Перший напрямок - це вирощування культур для отримання харчових масел з подальшою переробкою в ефіри в результаті реакції масел з метанолом в присутності каталізатора. Це обумовлено тим, що більшість існуючих двигунів не адаптовано для роботи на сирих оліях. Для цього напряму характерні наступні недоліки: використання метанолу, який є сильною отрутою, додаткова транспортування і переробка масел. В даному випадку використовується традиційна технологія отримання палив з нафти, що призводить до збереження відомих недоліків: вибухонебезпечності, отруйності, наявності енергоємного виробництва, високих витрат. А головне, вона надає катастрофічний вплив на навколишнє середовище. Другий напрямок - це адаптація конструкції двигуна для роботи на сирих рослинних паливах, що забезпечується підвищенням температури стінок камер згоряння. Як приклад можна привести дизель фірми Elsbett. Простежується тенденція наблизити переробку масел в палива до виробника, до землі. Селянин завжди годував тяглову силу зі своєї землі, і в даний час використання частини продукції сільського господарства для виконання польових робіт дозволяє повернутися до природного, усталеній в століттях, замкнутому циклу, за тим самим на більш високому рівні. Логічним продовженням цієї тенденції є отримання палив з уже заданим властивостями з сільськогосподарських культур без додаткових технологічних процесів. Мета даної статті - виявлення екологічно чистих напрямів щодо поліпшення властивостей палив рослинного походження без використання традиційних екологічно нечистих технологій. Спрощено можна уявити, що відбувається перенос переробних комплексів на поля і в системи двигуна. У світлі викладеного пропонується третій напрямок, який включає в себе одночасне зміні властивостей масел за допомогою селекційних і агротехнічних заходів і адаптації систем двигуна, зокрема, паливної апаратури і камер згоряння. Звідси випливає потреба у перегляді технологій вирощування, переробки та використання рослинних масел як палив. Вплив використання палив рослинного походження і його сумішей з дизельним паливом на показники двигунів широко висвітлені. В даний час спостерігається деяке протиставлення однієї олійної культури (наприклад, ріпаку) іншим, хоча вирощування монокультури загрожує певними недоліками. При роботі дизелів на маслах зазвичай спостерігається збільшення витрати палива внаслідок зниження теплоти згоряння. Однак в деяких випадках при роботі двигунів па сумішах палив рослинного походження (сирих оліях) з дизельним паливом спостерігається збереження таких економічних показників двигунів, як у працюючих на дизельному паливі. Так, при роботі дизеля Д-243 по навантажувальної характеристиці на сумішах рапсового масла (до 30%) з дизельним паливом енергетичні показники двигунів розрізнялися за все на 2-5%. Імовірно використовувалося сира ріпакова олія. При роботі двигуна па метілефіре спостерігалося істотне збільшення витрати палива. При роботі дизеля Д-240 на суміші сирого рапсового масла (75%) і дизельного палива (25%) спостерігалося не тільки збереження значень ефективного ККД, але і поліпшення ККД па режимах, близьких до номінальної потужності. В Аналізі показників роботи дизелів на нафтових і альтернативних паливах рослинного походження (Семенов В.Г.) наведені результати випробувань, згідно з якими при роботі передкамерного дизеля на рафінованому рапсовій олії і на нерафінованій соняшниковій олії ККД двигуна вище при роботі на останньому. Були проведені дослідження в одному випробувальному циклі на дизельного паливі (ДТ) і його сумішах з рафінованим (ПМр) і нерафінованою соняшниковим маслами (ПМнер) для визначення ефективного ККД ŋе, наведеного витрати палива gепрів, температури відпрацьованих газів (Тог), коефіцієнта надлишку повітря α , концентрації СО2 (табл.1). Випробування були проведені па установці, наведеної в (Potential of use of ion implantation as a means of catalist manufacturing. Zlobin VN, Bannikov MG et. Al), з розпилювачем РШ 6x1x0 ° при вугіллі випередження впорскування палива 18 °. За результатами статистичної обробки з ймовірністю 0,95 слід, що приведена витрата палива при роботі двигуна на суміші ПМнер: ДТ = 30: 70 несуттєво відрізняється від наведеного витрати палива при роботі двигуна на дизельному паливі, а при навантаженні 1,94 кВт показники краще. Таблиця 1. Показники дизеля 1Ч8.5 / 11 при роботі на паливах складу ПМнер: ПМр: ДТ і навантаженнях 0,93 (I), 1,64 (II) і 1,94 (III) кВт
Однією з причин даних відмінностей могла бути різна теплота згоряння. Однак, згідно з сертифікатами, енергетичний еквівалент рафінованих і нерафінованих олій однаковий. Іншою причиною могло бути каталітична дія певних речовин, до яких відносяться ензими, до складу деяких з яких входять метали. Ензими - це специфічні органічні каталізатори, які впливають у багато разів швидше, ніж неорганічні каталізатори.
Дослідження за наявністю металів в оліях проводилися полярографическим методом.
З табл.2 випливає, що процес рафінування, пов'язаний з обробкою масел лугами, приводить до часткового вилучення металів, що може позначитися на ефективності згоряння. Так само нейтралізуються ензими, наприклад, ліпаза, що забезпечує прискорення розкладання жирів.
Незалежно від причин, що викликали такі результати, перевага віддається роботі двигуна на сиром рослинному паливі. В екологічному плані це обіцяє великі переваги. На малюнку представлено порівняння традиційної технології отримання нафтового палива і пропонованої по використанню палив рослинного походження.
Для традиційної технології характерні явища, що призводять до екологічних катастроф, наприклад, порушення рослинного покриву при видобутку нафти. Транспортування і зберігання нафти пов'язані з витоками. При її переробки утворюються відходи, що шкідливо впливають на навколишнє середовище. При згорянні дизельного палива необоротно споживається кисень і відбувається виділення шкідливих речовин, зокрема, СО2, який призводить до посилення парникового ефекту. І найголовніше - нафта не є поновлюваним енергоносієм.
Отримання палив за традиційною (а) і нової (б) технологіям: 1 - каталітична переробка; 2 - каталітичний перетворювач; 3 - масло з біокаталізаторами; 4 - каталізатор.
За пропонованою технологією вирощування олійних культур забезпечується за спеціальними севооборотам. При цьому вирощуються «паливні» культури з селективними і генетичними змінами. Вони поглинають СО2, що виділився при згорянні палива рослинного походження з відпрацьованими газами Передбачається для посилення каталітичного впливу використовувати спеціально підібрані добрива.
Вирощування монокультури в великих обсягах призводить до різкого падіння врожаїв, поширенню шкідників, виснаження землі і т.д. Щоб уникнути цього в Луганському національному аграрному університеті розроблені сівозміни «паливних» культур для різних районів України.
Для поліпшення згоряння потрібно застосовувати каталізатори в системі тонлівоподачі. Також ефективним є застосування каталізаторів і в камерах згоряння. Можливість використання каталізаторів в вихровий камері згоряння при роботі на рослинних паливах експериментально підтверджена.
Застосування різних масел ставить проблему спільного їх використання і впливу сумішей масел на показники двигуна. Роздільне їх використання має великі незручності: необхідна наявність паливних баків під кожне масло, усунення можливості перемішування і т.д.
У той же час використання багатокомпонентних сумішей масел в двигунах становить практичний інтерес.
Наприклад, при цьому з'являється можливість підвищення стійкості багатокомпонентних рослинних палив до окислення, оскільки сира соєва олія є інгібітором окислення.
Для експериментальної перевірки можливості роботи дизеля на багатокомпонентних рослинних паливах були проведені випробування на сумішах дизельного палива з рафінованими соняшниковою, соєвою (БМР) і кукурудзяним (КМР) маслами (табл.3). Виявлено, що дані масла добре перемішуються і не розшаровуються. Випробування проводилися на дизелі з розпилювачем РШ 6 х 2 х 25 ° при вугіллі випередження впорскування палива 10 °.
Таблиця 3. Показники дизеля 1 х 8.5 / 11 при роботі на паливах складу ПМ і навантаженнях 0,93 (I), 1,64 (II) і 1,94 (III) кВт 
Статистична обробка результатів випробувань виявила, що відмінності по витраті палива для трьох сумішей є несуттєвими.
З наведеного випливає, що необхідно розділити культури для отримання харчових масел і палив рослинного походження. Це дозволить отримувати «паливні» масла з наперед заданими властивостями, так як можна не дотримуватися вимог до вирощування продуктів харчування, наприклад, для досягнення низького вміст ерукової кислоти в ріпаку або приємного запаху і кольору.
Ширші можливості в цьому напрямку відкриваються при генетичному перетворенні рослин. Спостерігається насторожене ставлення до продуктів харчування, отриманим на основі генетично перетворених рослин, що, можливо, має підстави. Однак генетично змінені культури, призначені тільки для отримання палив рослинного походження, не повинні викликати такий настороженості. Наприклад, розроблена нова методика отримання етилового спирту з рослин, що полягає у введенні в клітину рослин гена, що забезпечує вироблення більшої кількості ензимів, що перетворюють целюлозу в спирт.
При згорянні вуглеводневих палив і при окисленні масел спостерігається протікання загальних реакцій, пов'язаних з відщепленням водню і приєднанням кисню. Це реакції дегідрування, утворення перекисів, гідроперекисів, альдегідів і т.д. Можливо припустити, що в оліях необхідно підвищений вміст ензимів, які забезпечують окислення жирів, наприклад, ліпази.
До основних напрямів перетворення рослин для отримання палив рослинного походження можна віднести наступні: збільшення олійності; отримання необхідних властивостей; наявність у складі масел ефірів; посилення каталітичного впливу.
Відзначено, що досягнута масличность соняшнику (58-60% в сім'янки) близька до біологічної межі і подальша селекція на цю ознаку буде уповільнена. Насіння високоолійних культур через більш інтенсивного протікання біохімічних процесів і топкою лушпиння схильні до псування і захворювань. Тому пропонується з насіння відразу після збору врожаю отримувати масла способом холодного- пресування і використовувати як паливо для осінньої оранки при забезпеченні підігріву його в паливній системі, що призводить до активізації ензимів.
Важливим є отримання необхідних властивостей таких масел підбором необхідних співвідношень насичених і ненасичених жирних кислот. При цьому віддається перевага масел зі збільшеним вмістом ненасичених кислот як більш реакционноспособним. Такі масла мають більш низьку температуру займання, що сприятливо позначається на показниках двигуна.
Деякі олійні культури, наприклад, гірчиця сарептська містять ефір масла. Зміст в паливах таких легкоиспаряющихся з'єднань забезпечує кращу займистість. На цьому принципі грунтується використання присадок в паливах.
Збільшення каталітичного впливу на показники двигуна можна зробити наступним чином: накопиченням каталізаторів в генетично змінених рослинах у вирощування за рахунок використання спеціальних добрив; в системі подачі палива; в камерах згоряння при нанесенні каталізаторів на стінки.
Хоча відносний вміст металів в оліях невелика, але так як метали находяться у вигляді іонів (металоорганічнихз'єднань), вони можуть надавати великий вплив на процес згоряння за рахунок каталітичного впливу. До таких каталізаторів, що входять до складу добрив, відносяться калій, марганець, цинк, бор, молібден, мідь, залізо, кобальт і т.д.
Наявність в системі подачі палива каталізаторів в комбінації з підігрівом палива забезпечить прискорення предпламенной реакцій.
У камерах згоряння обеспечіваеть істотне підвищення питомої ефективності каталізатора завдяки підвищеній температурі і тиску, і при оптимальній організації робочого процесу двигуна істотно знижуються викиди оксидів азоту.
Однією з проблем, яка виникла при використанні каталізаторів в камерах згоряння, є низька стійкість покриттів. Для вирішення цього завдання вдосконалено технологію нанесення каталізаторів способом іонної імплантації. Вона була апробована на традиційних носіях і на поверхнях камер згоряння.
висновки
Запропоновано екологічно зберігаючі напрямки отримання палив рослинного походження, що виключають традиційні для нафтохімії процеси, що супроводжуються шкідливою дією на навколишнє середовище. Для поліпшення показників двигунів, що працюють на цих паливах, пропонується використовувати каталітична дія за рахунок забезпечення необхідних биокатализаторов в оліях, каталізаторів в паливній системі і в камері згоряння двигуна.
Напрямки вирощування рослин, призначених для отримання тоілів рослинного походження, істотно відрізняються від вимог, що пред'являються при отриманні масел, використовуваних в якості продуктів харчування, що дозволяє розширити асортимент і властивості «паливних» рослин. Необхідно проводити селекційні, генетичні та агротехнічні роботи по створенню культур, призначених для отримання палив рослинного походження.
Васильєв І.П.
Екотехнології і ресурсозбереження. 2005. № 1
Fenix 