Экологические аспекты применения биоэтанола в автомобильных топливах

Одним из перспективных составляющих топлив, повышающих антидетонационную стойкость бензинов, являются кислородсодержащие соединения (оксигенаты, в том числе биоэтанол), характеризующиеся высоким октановым числом смешения, низкой летучестью, пониженной фотохимической активностью. Возрастающее при этом в бензине содержание кислорода способствует дожигу оксида углерода в диоксид. Использование биоэтанола не только решает проблему повышения октанового числа бензина, но и расширяет область использования отходов сельскохозяйственного производства. В сравнении с другими возможными продуктами биоэтанол является наиболее вероятным потенциальным заменителем бензина. Моторные топлива, содержащие биоэтанол обладают пониженным расходом горючего, меньшей эмиссией вредных веществ, хорошими антидетонационными и эксплуатационными свойствами по сравнению с бензином. Спирты не содержат серу и азот, поэтому рассматриваются как чистое топливо.

В большинстве случаев загрязнение городского воздуха вызвано высокой токсичностью выхлопных газов транспортных средств. Альтернативой обеспечивающей почти мгновенные результаты — использование топлива с полным сгоранием. Использование бензина с примесью биоэтанола — одно из предлагаемых решений в качестве топлива, обогащенного кислородом.

Углеводороды (СН) — важнейшие компоненты нефти и продуктов ее переработки. Нефть и бензин состоят из примесей различных углеводородов, насчитывающих свыше 250 видов. [1]. Многие из них токсичны, такие как бензин, являются канцерогенами (веществами, вызывающими онкологические заболевания). Углеводороды, выделяясь в атмосферу (заправка газовых цистерн, работа двигателей и т. п.), способствуют формированию околоземного озонового слоя. Если бы не ужесточение контроля за выхлопными газами транспортных средств, в атмосферу бы выделялось от 30 до 50 % углеводорода (от общих выбросов). Поскольку биоэтанол — спирт, при сгорании и испарении он не является источником выбросов углеводородов.

Озон образуется в воздухе при вступлении в реакцию углеводородов и окисей азота при солнечном свете (фотохимический смог). В теплые спокойные летние дни, когда смог наполняет воздух, образуя в нижних слоях атмосферы коричневую дымку, это представляет особую опасность для окружающей среды [2].

Альдегидные выбросы, образующиеся при сгорании этаноловых смесей, несколько выше, чем при сгорании только бензина, но концентрации токсичных веществ чрезмерно низки и дополнительно снижаются благодаря трехканальному каталитическому конвертеру, устанавливаемому на все современные автомобили.

Монооксид углерода (СО) — ядовитый газ, образующийся при неполном сгорании топлива. Он легко выделяется в результате сгорания нефтяных топлив, не содержащих в молекулярной структуре кислород. Это происходит в случаях, когда в двигатель попадает и сгорает излишнее количество топливно_воздушной смеси. Чтобы завести холодный двигатель, требуется больше топлива и меньше воздуха. При прогревании двигателя в зимний период, торможении и дальнейшем движении транспортные средства выделяют значительное количество токсичного газа. 82 % монооксида углерода, 43 % химически активных органических газов (предвестников озона) и 57 % окисей азота выделяется транспортом, работающим на топливе с нефтяной основой. При введении биоэтанола содержание СО уменьшается. В зависимости от модели автомобиля и года его выпуска, используемой системы выхлопов и атмосферных условий можно достичь сокращения выбросов СО примерно до 30 %.

Диоксид углерода (СО2) — это обычный нетоксичный продукт сгорания топлива, но он способствует угрозе глобального потепления. Все топлива на нефтяной основе приводят к повышению уровня содержания двуокиси углерода в атмосфере, которая в какой_то степени балансируется сорбцией растений во время их роста. Растения «вдыхают» двуокись углерода и «выдыхают» кислород Применение обновленных топлив, таких как биоэтанол, не повышает уровень содержания двуокиси углерода в атмосфере и даже может привести к существенному ее сокращению путем превращения двуокиси углерода в органическое вещество которое, возвращаясь в почву, удобряет ее и замедляет процесс эрозии. Использование биоэтанола в бензине — огромный потенциал для сокращения в атмосфере уровня двуокиси углерода.

Окиси азота (NOx) образуются при высоких температурах горения, воздействуя на уровень околоземного озона (фотохимический смог). Благодаря введению биоэтанола в бензин сокращаются выбросы отдельных компонентов бензина, таких как олефины и ароматические вещества. Исследования показали, что применение смесей биоэтанола при определенных условиях может несколько увеличить выбросы окисей азота, но степень их воздействия будет незначительной.Данные о снижении вредных выбросов при применении реформулированных бензинов с добавками оксигенатов приведены в таблице.

Результаты применения реформулированных бензинов с добавками оксигенатов

При использовании топлива Е85 (85 % об. этанола, 15 % об. неэтилированного бензина) или Е10 (10 % об. этанола, 90 % об. неэтилированного бензина) значительно улучшается качество воздушной среды и повышается эффектив ность энергетики. Результаты активной деятельности человечества за последние 200 лет привели к существенным выбросам антропогенных тепличных газов, в первую очередь двуокиси углерода, вызывающей парниковый эффект. Это повлияло на изменения в химическом составе атмосферы, что создало «ускоренный парниковый эффект», схожий с атмосферным одеялом, укрывающим газы [3]. «Если мировое потребление энергии достигнет уровней, запланированных согласно стандартному расчету выбросы углерода превысят уровень 1990 г. на 44 % в 2010 г. и на 81 % в 2020 г. К 2014 г. выбросы углерода в развивающемся мире будут почти приближены к выбросам индустриализованного мира, а к 2020 г. выбросы в развивающемся мире превысят выбросы индустриализованного мира на 27 %» [3]. Проанализировав материалы по использованию энергии и выбросам парниковых газов, можно сделать вывод, что этанол в топливе Е85 по сравнению с любыми иными видами топлив сокращает в несколько раз выбросы газов, вызывающих парниковый эффект.

Литература:

1.      Технология переработки нефти. Ч. I. Под ред. О. Ф. Глаголевой и В. М. Капустина / М.: Химия, Колосс, 2005. С. 630.

2.      Уильям Л Лефлер. Переработка нефти. М. ЗАО Олимп — бизнес, М., 2003, 224 с.

3.      Багиров И. Т., Современные установки первичной переработки. М., Химия, 1974, 240 с.