Энергосбережение на транспорте

Огромную часть энергетических ресурсов потребляет транспорт, который является и одним из главных источников загрязнения окружающей среды. Загрязнение окружающей среды в процессе эксплуатации транспорта тетраэтилсвинцом, цинком и продуктами неполного сгорания топлива связано с низким реальным КПД карбюраторных двигателей и дизелей, несовершенством их конструкции и рядом других факторов.

В развитых странах многое сделано для повышения экономичности ДВС и улучшения их экологических характеристик. Резко сократилось потребляемое количество бензина на 100 км пути. Например, внедрение каталитических дожигателей позволили на  90 % снизить содержание продуктов неполного сгорания в выхлопах автомобиля. Компании «Volvo» и «Тойота» разработали автомобили с целым рядом технологических новинок (сверхлёгкие прочные кузова, износостойкие покрышки, высокоэкономичные двигатели и др.), что позволяет им расходовать на 38 км пробега один литр топлива и стать более экологически чистыми, чем машины США.

Переход  на водотопливные  эмульсии (ВТЭ) или же добавка к бензину 20 % метанола с октановым числом 106 позволяет полностью исключить тетраэтилсвинец и сократить вредные выбросы в атмосферу СО, NO и активных радикалов. Сторонники такого подхода полагают, что при переводе всех карбюраторных ДВС на метанол резко улучшается экологическая ситуация и увеличивается экономичность ДВС за счёт повышения их КПД и низкой стоимости промышленного метанола.

В качестве топлива или добавок к нему могут использоваться и применяются растительное масло, спирты (метанол, этанол), эфиры, сжиженный природный газ, смеси (газ или спирт - вода в отношении 55:45, бензин - вода в отношении 1: 9),  водоугольное топливо, сжатый воздух и отходы нефтяного, лакокрасочного производств и другие вещества.

Этанол - это биотопливо, получаемое ферментацией различных сельско-хозяйственных культур и их отходов (рапс, конопля, подсолнечник, тростник, орех, бананы и др.).  Работы по использованию биотоплива ведутся в Литве, Латвии, Австрии, Германии, Франции и других  странах. В Бразилии 95 % автопарка в годы нефтяного кризиса 90-х годов работало на тростниковом биотопливе. В Китае некоторое время назад государственные машины по распоряжению должны  заправляться этанолом.

Так же экономия топлива достигается применением специальных технических устройств. Например, существенный резерв увеличения КПД дизелей до 40…47 % при использовании ВТЭ связан с  изменением системы наддува. Применение газо-топливных двигателей с использованием кислорода позволяет довести  их КПД до 70 %.

Фирма MDI разработала двигатель, работающий на сжатом воздухе, бензине, газе или дизельном топливе. Такой мотор может работать на предельно обеднённых, медленно горящих смесях, ему не нужен глушитель, а токсичность выхлопа сравнима с обычным городским воздухом.

Большая надежда возлагается на транспорт с электрическим и  гибридным двигателем. В качестве альтернативы массовому бензиновому транспорту предлагается расширение использования транспорта на электротяге (городские троллейбусы, трамваи). Ведущие автомобильные фирмы («Форд», «Пежо» и др.) занимаются разработками и внедрением электромобилей. Так автомобили с литиевоионной батареей при длительности подзарядки 6 час на 200 км пути развивают скорость до 80 км/ч .

В последнее время наибольшую заинтересованность и развитие получила идея водородного двигателя. При сжигании водорода в выхлопе образуется чистая вода; на 1 кг атомарного водорода выделяется в 8 раз больше энергии, чем при сгорании 1 кг бензина. Возможность переоборудования традицион0ных автомобилей на такие энергоносители имеется. Такие крупные компании как «Форд», «Дженерал Моторс» и другие интенсивно ведут разработки в области водородных топливных ячеек и выпускают первые мелкосерийные партии автомашин на таких элементах. Но вопрос массового использования альтернативного топлива – водорода остается открытым. Водород составляет  75 % вещества во Вселенной, но его необходимо извлечь из содержащих его соединений. На данный момент этот процесс является дорогостоящим.  Во-вторых, водород  взрывоопасен, имеет низкую плотность и занимает большие объёмы. Для хранения водорода разработаны варианты: сжиженное состояние при плотности в 3…4 раза меньше, чем плотность нефти; твёрдое состояние, получаемое в баках с металлическим гидридом – «титано-железная губка». Последний вариант наиболее эффективен как по безопасности хранения и эксплуатации, так и по объёмам используемых резервуаров.

Не менее широкую известность получили солнцемобили, снабжённые фотоэлектрическими преобразователями. В них энергия света преобразуется в электрический ток, питающий тяговый двигатель и заряжающий аккумулятор (рис. 5.6).

Считается, что в России должен получить наибольшее развитие оснащённый совершенными ДВС железнодорожный транспорт, т. к. он имеет большую грузоподъёмность и малое сопротивление движению. Развивать же централизованную электрификацию железнодорожного транспорта по мнению экспертов нецелесообразно из-за низкого реального КПД  ТЭС (12,5 %) и больших потерь при передаче энергии (до 15 %) от ТЭС или ГЭС.

Рис. 5. 6. Солнцемобиль