Глава 2

ТОПЛИВО ДЛЯ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

§1. Сырьевые ресурсы моторного топлива

Топливо для двигателей внутреннего сгорания получают пу­тем переработки органических ископаемых природных топлив, главным образом нефти. Производство синтетического топлива из сланцев, торфа, углей и других видов твердого топлива не имеет еще существенного значения. Поэтому перспективы разви­тия двигателей внутреннего сгорания неразрывно связаны с перспективами развития нефтедобывающей и нефтеперерабаты­вающей промышленности, которые в свою очередь зависят от природных запасов нефти, совершенствования методов ее добы­чи и переработки.

Мировые запасы органического топлива на планете состав­ляют по прогнозным оценкам 12800 млрд. тонн условного топли- *

ва , в том числе угля - 11200 млрд., нефти 740 млрд., газа 630 млрд. тонн условного топлива [1]. Извлекаемые ресурсы органи­ческого топлива от запасов в процентах составляют: угля - 25, нефти - 50, газа - 80. Мировая добыча органического топлива в 1900 г. составляла 1 млрд. тонн условного топлива, в 1975 г. - около 9 млрд. тонн условного топлива [2]. Если исходить из уровня добычи топлива примерно 15-20 млрд. тонн условного топлива, то органического топлива достаточно будет примерно на 150-200 лет. По оценкам различных специалистов [3, 4] дан­ные по мировым запасам топлива, срокам его использования не­значительно отличаются от приведенных.

Наиболее ценным топливом является нефть и газ и не толь­ко как источники моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания. Из нефти и газа получают также разнообразные синте­тические материалы, белки, белково-витаминные концентраты, производство которых неуклонно расширяется. По прогнозам Всемирной организации здравоохранения в будущем значитель-

*) Условное топливо - топливо, низшая теплота сгорания которого Q_н = 29300 кДж/кг

71

ную часть питания растущего мирового населения могут соста­вить продукты из различных синтетических заменителей [5].

Вопрос о происхождении нефти еще не решен. Наиболее широкое признание получила теория, согласно которой нефть образовалась из остатков растений и животных в районах древ­них мелководных морей в результате биохимических процессов, воздействия давления и температуры в пластах [6].

Первая нефтяная скважина для промышленной добычи неф­ти была пробурена в Баку в 1848 г. К 1865 г. мировая добыча нефти составила уже 300 тыс. т, в 1900 - около 20 млн. т, в 1975 г. - примерно 2,7 млрд. т. В мировом топливном балансе на долю нефти и газа приходится примерно 70 % [2].

Во многих нефтедобывающих странах запасы нефти исчер­паны уже сегодня. Многие страны удовлетворяют свои потребно­сти в нефти и нефтепродуктах в основном за счет импорта. На­пример, в странах Западной Европы ежегодный импорт хими­ческого топлива, в основном нефти, составляет свыше 70 %, в Японии - около 90 % используемого количества топлива [2]. Им­порт в США только нефти превышает 50 % потребляемого коли­чества. США уже сегодня не в состоянии увеличить собственное производство нефти и стать независимыми от зарубежных поста­вок. Для США проблема топлив является одной из важнейших, определяющей в значительной мере и внутреннюю и внешнюю политику этой страны. Правительство предусматривает также ог­ромнейшие ассигнования на создание стратегических резервов нефти, развитие новых источников энергии, производство синте­тического жидкого топлива, а также на развитие общественного транспорта.

По прогнозным оценкам специалистов мировые запасы нефти и газа могут быть исчерпаны в течение двадцати лет и только в отдельных странах - максимум в течение 50 лет [3, 4, 7]. Разведанные запасы нефти и конденсата в капиталистических странах к 1980 г. по оценкам составляли примерно 66 млрд. т [3,

4. 5]. На долю СНГ по различным зарубежным оценкам прихо­дится 9-30 % мировых разведанных запасов нефти и газового конденсата [4, 5]. Таким образом, если исходить из извлекаемых запасов нефти (50 % разведанных запасов при существующей технологии добычи) и уровня годовой добычи нефти в 3 млрд. т,

72

то разведанные к 1980 г. мировые запасы нефти должны были бы быть исчерпаны уже к 2000 г. Однако к 2000г. разведанные запа­сы нефти и газового конденсата заметно увеличились.

С первыми признаками энергетического кризиса развитые страны столкнулись в 1973 г. Кризис вынудил ряд стран пере­смотреть политику в области развития энергетики и транспорта. Например, в США в законодательном порядке предусматрива­лось поэтапное снижение норм расхода бензина (к 1985 г. выпус­каемые легковые автомобили должны были расходовать не более 1 галлона - 4,5 л бензина на 27,6 миль пробега), расширение ис­следований по использованию в качестве моторного топлива во­дорода и метанола, совершенствование технологии производства синтетического моторного топлива и т.п.

Россия в отношении природных запасов органического топ­лива находится в более выгодном положении по сравнению с США и другими странами. На ее долю приходится 53 % мировых запасов органического топлива, в том числе: угля - 55 %, газа - 34 %. Она не только полностью удовлетворяет внутренние по­требности в органическом топливе за счет собственного произ­водства, но и значительную часть добываемого топлива экспор­тирует в другие страны. Для других же стран СНГ повышение эффективности использования органического топлива является одной из важнейших народно-хозяйственных задач. В будущем и в странах СНГ неизбежно расширение использования водорода - одного из наиболее распространенных химических элементов в природе в качестве сырья для производства синтетического мо­торного топлива или непосредственно как моторного топлива. Его массовая доля составляет около 1 % массы земной коры. Се­бестоимость водорода при массовом его производстве, по раз­личным оценкам, не будет превышать себестоимости бензина, приведенной к энергоемкости водорода.

С точки зрения организации рабочих процессов двигателя внутреннего сгорания при использовании в качестве топлива во­дорода также не возникает проблем. Еще в 20-х годах прошлого столетия ДВС надежно работали на водороде. Основная пробле­ма использования водорода в качестве топлива для транспортных двигателей обусловлена трудностями его хранения и транспорти­ровки. При хранении водорода в газообразном состоянии и энер­

73

гоемкости одной заправки автомобиля водородом, эквивалентной 50 л бензина, необходимо 150 л водорода при давлении около 100 МПа, при хранении в жидком состоянии (-253 °С) необходи­мо около 190 л водорода. Не найдены еще достаточно емкие и относительно недорогие гидриды металлов, применение которых может оказаться экономически оправданным при соотношении объема поглощаемого водорода и объема гидрида металла 1/2000-1/3000. Поэтому проблема применения водорода в ка­честве топлива для транспортных энергетических установок бу­дет определяться возможностью создания приемлемых по массе емкостей для его хранения на борту транспортного средства.

Технологический процесс получения жидкого синтетичес­кого топлива из каменного угля и другого сырья (бурого угля, торфа и т.п.) уже достаточно отработан. Уголь подвергают воз­действию в течение нескольких часов водородом в автоклавах при температуре 300-400 °С и давлении свыше 20 МПа. До 85 % угля переходит в растворимое или жидкое вещество (преимуще­ственно углеводороды).

_B

I 1 »_/ »_/ »_/

1. ермании в период второй мировой войны для гидрирова-

ния использовался бурый уголь. К 1945 г. общая мощность заво- дов по производству синтетического бензина составляла 3-3,5 млн.т в год [8]. В настоящее время этот технологический процесс широко используется в ЮАР, где до 40 % потребляемого количе- ства жидкого моторного топлива получают из угля.

Более перспективными по технологии производства, мотор­ным свойствам и ресурсам являются спирты (метиловый и этило­вый). Исходным сырьем для метилового спирта служат угли, газ, растительные отходы, отходы промышленного производства; для этилового - продукты сельскохозяйственного производства, от­ходы пищевой промышленности. Себестоимость метилового спирта при крупнотоннажном производстве сопоставима с себе­стоимостью высокооктанового неэтилированного бензина. В странах тропического пояса с развитым сельским хозяйством уже сегодня экономически оправдано широкое использование в ка­честве моторного топлива этилового спирта. В Бразилии свыше 40 % расходуемого моторного топлива приходится на спирт, ко­торый используется и в чистом виде, и в смеси с бензином.

74