Энергетика автовыхлопа

Будущие технологии не только избавят города от смога, но и заставят работать автовыхлопы на благо человечества.
Фото Сергея Приходько (НГ-фото)

Современный климат на нашей планете формировался в течение многих миллионов лет. Но в последние десятилетия человечество в результате своей деятельности существенно повлияло на климатические условия Земли. Индустриальная революция и последовавшее за ней радикальное увеличение объемов добычи, переработки и сжигания полезных ископаемых – сначала угля, а впоследствии нефти и газа – привели к резкому увеличению выбросов в атмосферу диоксида углерода, закиси азота и прочих парниковых газов, которые накапливались в ее верхних слоях, поглощая и переизлучая инфракрасное излучение, тем самым постепенно увеличивая температуру в отдельных частях земного шара (так называемый парниковый эффект).

По некоторым прогнозам, к 2030 году объемы выбросов шести основных парниковых газов без дополнительных усилий увеличатся на 25–90% по сравнению с показателями 2000 года. Усилия по минимизации воздействия на окружающую среду в следующие два или три десятилетия в большой мере определят длительное повышение средней мировой температуры и соответствующие влияния изменений климата, которых можно избежать. Детально разработанные стратегии борьбы с изменением климата могут стать неотъемлемой частью стабильного развития. Данные межправительственной группы экспертов по изменению климата подтверждают, что стабильное экономическое развитие может способствовать сокращению объемов выбросов парниковых газов и снижению уязвимости нашей планеты к изменению климата

Широкое применение технологий, которые не способствуют изменению климата, является критичным. Необходимо быстрое внедрение данных чистых технологий в частном секторе, а также их широкое использование, чего также можно достигнуть при помощи технологического сотрудничества между промышленно развитыми и развивающимися странами. Однако решение проблемы изменения климата требует постоянного усовершенствования путем введения новшеств и разработки новых технологий.

В этом плане заслуживают внимания технологии, улучшающие качество автомобильного бензина и тем самым снижающие его потребление и уменьшающие выбросы вредных веществ в атмосферу.

Моющие присадки

Речь идет о так называемых моющих присадках и катализаторах. Моющие присадки были разработаны компанией Chevron в 50-е годы прошлого века, но их широкое применение началось где-то на рубеже 80–90-х годов прошлого века. Толчком для этого стало совершенствование конструкции двигателей автомобилей.

Напомним, что автомобильный бензин в своем составе содержит несгораемые компоненты, часть которых имеет склонность в процессе сгорания оседать в виде отложений в двигателе. Моторное масло, а также картерные и отработавшие газы тоже способствуют накоплению подобных отложений. Они приводят к снижению мощности, увеличению расхода топлива и к увеличению токсичности отработавших газов.

В настоящее время одним из самых эффективных способов борьбы с отложениями в топливной системе и сохранения регулировок двигателя является применение моющих присадок. В целом понятие «моющие присадки» гораздо шире и включает в себя многофункциональный пакет присадок, в том числе включающих и моющий компонент. Кроме того, туда входят ингибиторы коррозии, деэмульгаторы и прочие компоненты. Считается, что их применение в среднем уменьшает отложения на впускных клапанах на 70%, в карбюраторах на 60%, сокращает расход топлива на 3%. Кроме того, они снижают содержание СО и углеводородов в отработавших газах. В промышленно-развитых странах приняты законы об обязательном применении в автомобильных бензинах моющих присадок. В США такой закон вступил в силу в 1995 году.

В России в последние годы заметно возрос интерес к моющим присадкам со стороны законодательных органов, а также производителей техники и моторных топлив. В октябре 2005 года был утвержден техрегламент «О требованиях к выбросам автомобильной техникой, выпускаемой в обращение на территории Российской Федерации, вредных (загрязняющих) веществ», в который введен показатель «отложения на впускных клапанах и камере сгорания». Выполнение требований регламента возможно только за счет введения в моторное топливо моющих присадок. Влияние моющих присадок на токсичность отработавших газов и экономичность работы двигателей подтверждено многочисленными исследованиями, выполненными в России и за рубежом. Испытания показали, что введение в автобензины моющих присадок позволяет снизить вредные выбросы. Некоторые российские компании уже предлагают своим клиентам современное топливо, содержащее моющие присадки. Cоздаются отдельные топливные бренды, позиционирующиеся на топливном рынке как топлива наивысшего качества, как, например, бензин Ultimate от компании ВР (Aral), V-Power от компании Shell и другие. По аналогии с ними «ЛУКОЙЛ» вывел на российский рынок новый топливный бренд ЭКТО. Одним из ведущих брендов моющих присадок стал Keropur производства BASF. Он позволяет снижать (в среднем) CO на 24%, оксидов азота – на 13%, углеводородов – на 20% и CO2 – на 2%. Применение в производстве различных элементов кузова автомобилей пластиков и полиуретанов концерна BASF позволяет снизить расход бензина за счет уменьшения веса автомобиля и как следствие сокращать выбросы CO2.

Вторым направлением повышения экономичности двигателя за счет снижения потребления бензина и экологичности стали катализаторы.

Если проанализировать опубликованную ООН статистику, то становится ясно – введение нормы «Евро-4» устраняет один из факторов возникновения у людей рака легких. До 2005 года (то есть до введения «Евро-4») только в Германии на выбросы дизельных автомобилей приходилось 2% от 800 тыс. ежегодно умиравших от рака. Напомню еще раз, что в России пока официально действует норматив «Евро-2», хотя вряд ли многочисленные «копейки» вообще имеют какие-либо катализаторы. В Европе же введен «Евро-5». Отсюда понятно, что число раковых больных на территории России напрямую связано с уровнем «катализации» транспорта. Поэтому строительство заводов по производству катализаторов в России можно только приветствовать. Ведь это снизит импортную зависимость наших автопроизводителей от фирм, производящих катализаторы, таких как Bosal, Walker, Powerful, Foroz. Но строим мы мало, а из «иностранцев» в таком строительстве участвует только BASF. Именно при его прямом участии в марте 2009 года завод по производству катализаторов был открыт в России.

Термоэлектрика

Но катализаторы с точки зрения будущего мирового автомобилестроения уже вчерашний день. Сегодня мировые концерны работают над повышением энергоэффективности самих катализаторов или, что более правильно, выхлопной трубы. Речь идет о термоэлектрике. Это – новый шлягер автомобильной промышленности. Идея состоит в преобразовании тепла в электроэнергию. Принципы такого преобразования известны из школьной физики. Берутся две пластины из полупроводниковых материалов, известные как термопара. Одна сторона поглощает тепло, и электроны там двигаются быстрее. Другая остается холодной. Между ними возникает напряжение, которое может результироваться как электроток. Сегодня, полагает Экхард Мюллер, эксперт по термоэлектрике из Института исследования производственных материалов Немецкого центра воздушных и космических полетов в Кельне, основной интерес к термоэлектрике проявляют автомобильные концерны. Дело в том, что современные автомобили излучают в атмосферу до 2/3 энергии в качестве тепла. Если научиться его использовать, а для этих целей служат термоэлектрические генераторы, то потребление автомобильного топлива может уменьшиться на 5–7%. Новые горизонты в этом плане открывают нанотехнологии. Поэтому уже в 2008 году в Германии запущена программа «Материалы технологии будущего». Пока ученым удается использовать только 1% тепла, излучаемого автомобилем, и преобразовать его в электроэнергию. Для коммерческого использования этот показатель должен возрасти до 3–4%. Сегодня это возможно скорее всего только с помощью нанотехнологий. Однако в России пока даже деятельность «Роснано» ни к каким прорывам в этом отношении не привела.