Показаны преимущества использования биотоплива на основе растительных масел в дизельных двигателях. Предложены методики определения оптимального состава смесевого топлива, содержащего нефтяное дизельное топливо и метиловый эфир рапсового масла. С использованием предложенных методик проведены оптимизационные расчеты состава такого смесевого топлива для дизельного двигателя типа Д-245.12С. Показано, что среди исследуемых видов смесевого биотоплива наилучшими экологическими характеристиками обладает смесь, содержащая 60% нефтяного дизельного топлива и 40% метилового эфира рапсового масла. Лучшие экологические характеристики достигаются при регулировании состава такой смеси в соответствии с изменением частоты вращения вала двигателя и нагрузки на двигатель.
дизельный двигатель, нефтяное дизельное топливо, рапсовое масло, метиловый эфир рапсового масла, смесевое биотопливо, экологические характеристики, токсичность отработавших газов.
1. Введение
Одной из наиболее актуальных проблем современного двигателестроения является поиск моторного топлива, которое сможет успешно заменить традиционные бензин и дизельное топливо [1, 2]. В России разведанных запасов нефти хватит до 2025–2030 гг., а запасов газа — до 2085–2095 гг. В этих условиях использование в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, других секторах экономики России топлива ненефтяного происхождения (альтернативного топлива) становится не только необходимым, но и экономически оправданным.
Необходимо отметить перспективность использования альтернативных видов топлива, производимых из возобновляемых сырьевых ресурсов. В качестве сырья для производства моторных топлив могут быть использованы отходы лесозаготовки и лесопереработки, древесина, продукты и отходы сельскохозяйственного производства, отходы пищевой промышленности, биогазы, водоросли и другие морские биоресурсы. Использование топлива растительного происхождения обеспечивает кругооборот углекислого газа в атмосфере, поскольку при сжигании биотоплива в двигателях внутреннего сгорания в атмосферу выбрасывается примерно такое же количество углекислого газа, которое поглощается в процессе выращивания сырья для производства биотоплива. Это приводит к уменьшению выброса в атмосферу парниковых газов и предотвращению парникового эффекта.
В настоящее время более 20 стран производят жидкое биотопливо из различного растительного сырья. Среди этих видов биотоплива — растительные масла, продукты их переработки, биоэтанол, биометанол, биодиметиловый эфир, биометил-трет-бутиловый эфир (биоМТБЭ), биоэтил-трет-бутиловый эфир (биоЭТБЭ), синтетическое биотопливо, биогаз, биоводород. Международная энергетическая ассоциация (IEA) прогнозирует, что к 2030 г. мировое производство биотоплива достигнет 150 млн т в год (в нефтяном эквиваленте) [2]. Ежегодные темпы прироста их производства составят 7–9%. В результате к 2030 г. доля биотоплива в общем объеме потребления топлива в транспортной сфере достигнет 4–6%. Ожидается, что наибольшее распространение получат биоэтанол и биодизельное топливо, получаемое из растительных масел.
1. Альтернативные топлива для двигателей внутреннего сгорания / Под ред. А.А. Александрова, В.А. Маркова. — М.: НИЦ «Инженер», «Онико-М», 2012.
2. Использование растительных масел и топлив на их основе в дизельных двигателях. — М.: НИЦ «Инженер», «Онико-М», 2011.
3. Льотко В., Луканин В.Н., Хачиян А.С. Применение альтернативных топлив в двигателях внутреннего сгорания. — М.: Изд-во МАДИ (ТУ), 2000.
4. Девянин С.Н., Марков В.А., Коршунов Д.А. Улучшение экологических показателей транспортных дизелей при использовании смесевого биотоплива // Безопасность жизнедеятельности. — 2005. № 12. — С. 27–33.
5. Марков В.А., Нагорнов С.А., Девянин С.Н. Применение смесевых биотоплив на основе метиловых эфиров растительных масел в транспортных дизелях // Безопасность в техносфере. — 2011. № 6. — С. 26–33.
6. Hemmerlein N., Korte V., Richter H., Schröder G. Performance, Exhaust Emissions and Durability of Modern Diesel Engines Running on Rapeseed Oil // SAE Technical Paper Series. — 1991. № 910848. — P. 1–16.
7. Krahl J., Munack A., Bahadir M., Schumacher L., Elser N. Rewiew: Utilization of Rapeseed Oil, Rapeseed Oil Methyl Ester or Diesel Fuel: Exhaust Gas Emissions and Estimation of Environmental Effects // SAE Technical Paper Series. — 1996. № 962096. — P. 319–338.
8. Sharp C.A., Howell S.A., Jobe J. The Effect of Biodiesel Fuels on Transient Emissions from Modern Diesel Engines, Part II. Unregulated Emissions and Chemical Characterization // SAE Technical Paper Series. — 2000. № 2000–01–1968..
9. Марков В.А., Баширов Р.М., Габитов И.И. Токсичность отработавших газов дизелей. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002.
10. Марков В.А., Девянин С.Н., Маркова В.В. Оценка экологической безопасности силовых установок с дизельными двигателями // Безопасность в техносфере. — 2014. № 2. — С. 23–32.
