Az alternatív gépjármű-üzemanyagok olyan motor-üzemanyagok, amelyek egy autómotort biztosítanak, és teljes mértékben vagy bizonyos mértékig kizárják a kőolaj alapú üzemanyagok (például benzin és dízel ) használatát (beleértve azokat, amelyeket kőolaj-üzemanyagok adalékanyagaként szánnak ), amikor az energiatechnológiai motor nem kizárólag a kőolajtermékekhez kapcsolódik. Tágabb értelemben a hagyományos kőolajtól eltérő üzemanyag (benzin vagy gázolaj); és minden olyan motorteljesítmény-technológiára is utal, amely nem kizárólag benzint használ (pl. elektromos jármű, napenergiával működő hibrid elektromos járművek). Az olyan tényezők kombinációja miatt, mint a kőolajtermékek kitermelésével és felhasználásával kapcsolatos környezeti problémák, a magas olajárak és az olajtartalékok kimerülésének lehetősége, a tisztább alternatív üzemanyagok és a fejlett járműenergia-rendszerek fejlesztése számos kormány és kormány számára prioritássá vált. járműgyártók a világ minden táján. Az alternatív üzemanyaggal működő járművek a következők: elektromos járművek , hibrid elektromos járművek , rugalmas tüzelésű járművek ( Flex-fuel járművek), sűrített földgázüzemű járművek , napenergiával működő elektromos járművek, biodízel járművek és hidrogénüzemű járművek . Ugyanebbe a kategóriába sorolhatók a kísérleti és kevésbé gyakori földi járművek is. mint például egy gőzkocsi vagy egy kompakt atomreaktorral hajtott autó.
A számítások azt mutatják, hogy a teljes üzemanyagigény mintegy 30%-a pótolható bioüzemanyagokkal anélkül, hogy ez befolyásolná az élelmiszertermelés csökkenését. [2] .
Nem minden hivatalos meghatározás azonos.
Az Európai Unióban az alternatív üzemanyagokat az Európai Parlament és a Tanács 2014. október 22-i, az alternatív üzemanyagok infrastruktúrájának kiépítéséről szóló 2014/94/EU irányelve határozza meg.
„alternatív üzemanyagok”: olyan üzemanyagok vagy energiaforrások, amelyek legalább részben helyettesítik a fosszilis tüzelőanyag-forrásokat a közlekedés energiaellátásában, és amelyek hozzájárulhatnak annak szén-dioxid-mentesítéséhez és a közlekedési ágazat környezeti teljesítményének javításához. Többek között ezek közé tartozik:
— Az Európai Parlament és a Tanács 2014/94/EU irányelve (2014. október 22.) az alternatív üzemanyagok infrastruktúrájának kiépítéséről.
Az Egyesült Államokban az EPA úgy határozza meg az alternatív üzemanyagokat
Alternatív tüzelőanyagok, beleértve a gáznemű tüzelőanyagokat, például hidrogént, földgázt és propánt; alkoholok, például etanol, metanol és butanol; növényi olajok és hulladékolajok; és az elektromosság. Ezek az üzemanyagok használhatók egy dedikált rendszerben, amely egyetlen üzemanyagot éget el, vagy vegyes rendszerben más üzemanyagokkal, beleértve a hagyományos benzint vagy dízelüzemanyagot, például hibrid-elektromos vagy haszonjárművekben.
– Környezetvédelmi Ügynökség [3]
Kanadában 1996 óta az Alternative Fuels Regulations SOR/96-453, az Alternative Fuels Act az alternatív üzemanyagokat a következőképpen határozza meg:
A törvény 2. (1) bekezdésében szereplő alternatív üzemanyagok meghatározása szempontjából alternatív tüzelőanyagnak minősülnek a jármű közvetlen meghajtására egyedüli energiaforrásként használt alábbi üzemanyagok:
- Alternatív üzemanyagok használatának szabályai (SOR/96-453) [4]
Az alternatív üzemanyagok közé tartoznak a szintetikus és megújuló tüzelőanyagok, amelyeket gyakran „fenntartható” üzemanyagoknak neveznek (mivel ezeknek az üzemanyagoknak nincs határa az ásványi készleteknek). A szintetikus tüzelőanyagokat szénből, földgázból vagy más szénhidrogén alapanyagokból, például biomasszából állítják elő a Fischer-Tropsch vagy a Bergius eljárás segítségével . Az első esetben a betáplálást elgázosítják, hogy szén-monoxid és hidrogén keverékét ( szintézisgáz ) hozzák létre, amelyet azután folyékony szénhidrogén üzemanyaggá alakítanak. A megújuló tüzelőanyagokat olyan biológiai nyersanyagokból állítják elő, mint a növényi lipidek, zsírok és olajok. A lipideket átészterezésre vagy hidrogénezésre dolgozzák fel, hogy repülőgép-üzemanyagot állítsanak elő. A szintetikus üzemanyagok összetétele jellemzően hasonló a hagyományos üzemanyagokhoz, és akkor érik el a kívánt teljesítményt, ha hagyományos és alternatív üzemanyagokat kevernek össze. Ezt a gyakorlatot a készletek kiegészítésére vagy a hagyományos üzemanyagok helyettesítésére használják. Az üzemanyag-kategorizálás másik megközelítése a szénsemleges üzemanyag koncepciójának megalkotása . A javasolt szén-dioxid-semleges tüzelőanyagok viszont nagy vonalakban feloszthatók szintetikus üzemanyagokra, amelyeket szén-dioxid kémiai hidrogénezésével állítanak elő, és bioüzemanyagokra, amelyeket természetes CO2-felhasználási folyamatokkal, például fotoszintézissel állítanak elő. A fentiek egyik változata az elektromos tüzelőanyagok, a szén-dioxid-semleges helyettesítő üzemanyagok új osztálya, amelyet megújuló forrásokból származó villamos energia felhasználásával állítanak elő. Ezek a repülési bioüzemanyagok alternatívái. Főleg butanol, biodízel és hidrogén üzemanyagok, de tartalmaznak alkoholokat és széntartalmú gázokat is, például metánt és butánt.
A benzol javítja a benzin ütésállóságát, ezért fontos szerepet játszott a benzingyártás történetében. Néhány korai belsőégésű motoros mozdony főként benzolból álló üzemanyagot használt. A 20. század elején a benzin a forrástól és az eredettől függően nagyon eltérő minőségű volt (kb. 40 oktánszámtól), ezért nem nagyon volt alkalmas általános használatra kopogásgátló adalékok nélkül . A speciális autóbenzol viszont viszonylag nagy ütésállósággal (99 RON , 91 MON ) rendelkezett, ha benzinként használták, de viszonylag drága volt, és a vele működő motorok nagyon gyorsan beszennyeződtek a kormmal. Ennek eredményeként a benzolt csak speciális célokra használták benzinként (például az első világháború alatt a németek használták repülőgép-hajtóművekben). Az 1920-as évek elején a benzin-benzol keverékek alkalmazása kínált megoldást ezekre a problémákra, olcsó benzin és (drágább) benzol összekeverésével növelték az ilyen keverék kopogásállóságát, és így árban és árban is elfogadható üzemanyagot hoztak létre. minőségben. Németországban és más országokban a benzolt szén kokszosításával nyerték . Történelmileg ez a folyamat volt az első, és a benzol fő forrásaként szolgált egészen a második világháborúig. 1923-ban jelent meg a német piacon az első benzin-benzol keverék (német rövidítés : Bibo ), amelyet az OLEX cég számára fejlesztettek ki "olexin" néven [5] .
A Benzol-Verband (BV) cég számára 1924-ben BV-Aral néven kifejlesztett keverék (mivel a benzol az aromás vegyületek kémiai csoportjába, a benzin az alifás csoportba tartozik) "6 rész benzint és 4 rész benzolt" tartalmazott. . A BV, mint német benzolgyártó ezt a technológiát használta arra, hogy termékei számára egy másik értékesítési csatornát hozzon létre a festékgyárak oldószeres értékesítése mellett. Az alapbenzin minőségétől függően (40 és 60 RON között) a BV-Aral keverék oktánszáma 64 és 76 RON között mozgott.
A második világháború alatti magasabb oktánszámú üzemanyagok kifejlesztése után (amely főként a minőségi üzemanyagot igénylő, erős repülőgép-hajtóművek kifejlesztésének köszönhető) a benzolgyártók szövetsége 1947/1948-ban az üzemanyag autóipari piacra való bevezetését tervezte. oktánszáma 80 RON, ami magasabb volt a versenytársakénál (a benzoltartalom növekedése miatt) [6] . A technológia fejlesztésének ez a további módja a benzin minőségét javító más technológiák kifejlesztése miatt nem talált alkalmazásra. Ma a benzol ilyen magas koncentrációja tilos a benzinben toxicitása miatt, és a benzol üzemanyag-adalékanyagként csak egy százalékos koncentrációban megengedett.
A Szovjetunióban a benzol-benzin keverékeket is használták a jó minőségű benzin hiánya miatt az 1920/30-as években. Az ilyen keverékek azonban gyakran még mindig nagyon rossz minőségűek voltak. Az Autóipari Tudományos Intézet vezetője, E. A. Chudakov professzor ezt írta:
„1928 közepén a nehéz groznij-benzin és benzol keveréket forgalomba hozták autóüzemanyagként, és mindkét alkatrészt nem kielégítőnek vették. A benzint leminősítették a normál nehéz Groznijhoz képest, amelyet az Olaj Szindikátus szállított az árlistája szerint, a benzolt pedig nem finomították kellőképpen. Emiatt a legtöbb jármű kénytelen volt megállni; a motorok 2-3 hetes működés után nagyjavítást igényelnek; nagyon kemény lerakódások jelentős képződését figyelték meg mind a szelepeken, mind a motor egyéb működő részein. A motor forgattyúházában nagy mennyiségű kátrányos folyadék halmozódott fel, ami gyakran a szívócsőben képződött, sőt egyes gépeken a fojtószelepeket is beszorította. Úgy tűnik, hogy ilyen sikertelen kísérletek után nem szabad olyan üzemanyagot forgalomba hozni, amelyet nem vetettek alá kezdeti alapos tesztelésnek. A Szovjetunió Legfelsőbb Gazdasági Tanácsának idén március 1-jén kelt N15 rendelete szerint azonban új üzemanyagot bocsátottak a piacra - a gázbenzin és a groznij benzin és benzol keverékét. [7]
Fűtőérték-összehasonlításban a prémium benzin 8,9 kWh/l mellett a 9,3 kWh/l-es Bibo-érték alatt van, ami viszont alacsonyabb, mint a 9,8 kWh/l-es gázolaj. [8] Mivel a benzin-benzol keverékek lassabban égnek, mint a benzin, hosszabb gyújtási időre van szükségük. Úgy gondolták, hogy a benzin-benzol keverékre való átállás után a motor teljesítménye 1-ről 4%-ra csökkent, és az üzemanyag-fogyasztás is 2-ről 5%-ra nőtt. Ezért bizonyos motormódosítások kívánatosak voltak: például a fúvókák átmérőjének növelésére volt szükség. A több mint 40%-os benzol hozzáadása rontotta az indítást és csökkentette a motor teljesítményét.
Németországban a benzin mellett burgonyaszeszt is használtak a benzol üzemanyag alkotórészeként. Németországban 1930 óta kötelező a 2,5-10%-os etanol hozzáadása. A Reichskraftsprit cégtől származó Albizol benzol keverék esetében körülbelül 25% burgonyaalkoholt adtunk a keverékhez. Az 1944-es US Military Dictionary [9] az üzemanyag-benzolt "Dreierergemisch"-ként említi ("hármas keverék": benzin 50%, benzol 40%, alkohol 10%).
Jól ismert a kerozin használata dízel üzemanyag helyett, jellemzően adalékanyagként az alacsony hőmérsékleti tulajdonságainak optimalizálására. Ebben a minőségben a kerozint tiszta formában nem ajánlott használni az alacsony cetánszám miatt. [10] Sok esetben történelmi távlatban és napjainkban is indokolt lehet a kerozin használata a benzin alternatívájaként a benzin hiánya és magas ára miatt is. Az Egyesült Királyságban a 20. század elején a traktorok kerozint nem adóztatták úgy, mint a benzint, ami vonzóvá tette az ilyen gépeket a gazdálkodók számára. Egyes országokban (például Indiában) a kerozint a kormány támogatta, mint a szegények létfontosságú termékét, amelyet gyújtásra és élelmiszerek elégetésére használnak. A Szovjetunióban a kerozin olcsóbb volt, mint a benzin, és külmotorok üzemanyagaként használták. [11] A petróleum használata benzinmotorokban nem optimális, és bizonyos trükkökre és további műveletekre van szükség ahhoz, hogy a motor működjön, ezért az ilyen üzemanyag nem népszerű az autósok körében. A belső égésű motorok fejlődésének hajnalán a kerozint széles körben használták karburátoros belsőégésű motorok üzemanyagaként . A kerozin oktánszáma azonban alacsony (50 alatt), így a motorok alacsony sűrítési arányúak voltak (4,0-4,5, nem több). A híres " másfél " a rendkívül alacsony kompressziós aránynak köszönhetően (4,25) a traktorbanzinon és a világítási kerozinon is működhetett. [12] Mivel a kerozin illékonysága rosszabb, mint a benziné, sokkal nehezebb volt beindítani a hideg motort. Ezért a 20. század első felében a kerozinüzemű traktorok további (kis) benzines üzemanyagtartállyal rendelkeztek . Hideg motort benzinnel indítottak, miután üzemi hőmérsékletre melegedett, a traktoros kerozinra kapcsolta a karburátort . A kerozinos traktorokon szükség volt a kerozin felmelegítésére a párolgás javítása érdekében. Ennek eredményeként a kipufogó- és szívócsonkot úgy alakították ki, hogy hőcserélőként működjön, így az előbbiből származó hő az utóbbit melegíti fel. Mivel a traktort drága benzinnel indították, amint a motor felmelegedett (5 perc múlva), az üzemanyag-ellátást kerozinra váltották. Az 1920-as és 1930-as években népszerű Hesselmann motor is hasonló elven működött . Amíg a motor teljes fordulatszámon járt, a kerozin jól égett. Lecsökkentett körülmények között, például terhelés nélkül autópályán, a motor jobban teljesített benzinnel. Az 1920-as és 30-as években néhány traktoron használták a karburátoros vízbefecskendező rendszert, különösen az American International 10/20-ban. A vízbefecskendezés növelte a munkakeverék robbanási ellenállását, ami lehetővé tette az olcsó kerozin üzemanyagként való használatát (bár a motort beindították és felmelegítették benzinnel). Egy ilyen rendszerben vizet fecskendeztek be a szívócsőbe a levegő-üzemanyag keverék bizonyos arányában (általában 12,5% és 25% között), és a keverékkel együtt az égésterekbe vezették. A robbanási küszöb csökkenésének biztosítása a víz nagy hőkapacitása miatt következik be, amely hűti a munkakeveréket, és ami még fontosabb, a felfűtött motorrészek, amelyek a robbanás központjai. A Szovjetunió emellett STZ-1, Fordson-Putilovets stb. traktorokat fejlesztett ki, amelyek kerozin és víz keverékén dolgoztak.
| Különböző típusú üzemanyagok oktánszáma [13] | ||
| Üzemanyag | Oktánszám | Megjegyzések |
|---|---|---|
| Benzin | 98 | - |
| Kerozin | 15-20 [14] | |
| Gázolaj | 0 | - |
A második világháború után Európában gazdaságossági okokból az autókat úgy módosították, hogy benzin helyett kerozinnal működjenek, amit be kellett importálni, és magas adót kellett fizetniük utána. A további tartályok, csövek és üzemanyag-kapcsoló eszközök mellett a hengerfejtömítést is sokkal vastagabbra cserélték a kompresszió csökkentése érdekében (ezáltal a motor kevésbé erős és kevésbé hatékony, de képes kerozinnal működni). A szükséges berendezéseket "Economy" márkanéven értékesítették. [15] A kerozint a Yamaha, a Suzuki és a Tohatsu által gyártott kisebb külső motorok üzemanyagára használják. Ezek kettős üzemanyagú motorok, amelyeket főleg kis halászhajókban használnak. Benzinnel indulnak, majd kerozinra váltanak, ha a motor eléri az optimális üzemi hőmérsékletet. [16] Az Evinrude és a Mercury Racing többüzemanyagú külmotorok kerozint és repülőgép-üzemanyagot is fogyasztanak. [17] Az 1970-es évek üzemanyag-válsága idején a finn Saab – Valmet kifejlesztette és sorozatban gyártotta a Saab 99 Petro-t, amely kerozinnal, terpentinnel vagy benzinnel üzemelt. A "Project Lapponia" kódnéven futó projektet Simo Vuorio vezette, és az 1970-es évek végére elkészült a Saab 99 GL alapján működő prototípus . Az autót úgy tervezték, hogy kétféle üzemanyaggal működjön. A benzint hidegindításra és akkor használták, ha extra teljesítményre volt szükség, de általában kerozinnal vagy terpentinnel üzemeltették. 1980 és 1984 között 3756 Saab 99 Petrost és 2385 Talbot Horizont gyártottak (a Chrysler Horizon autó egy olyan változata, amely a Saab autó számos alkatrészét integrálja). A kerozinnal üzemelő autók gyártásának egyik oka az volt, hogy Finnországban a kerozint kevésbé adózták, mint a benzint.
A modern autómotorokban elvileg lehetséges a kerozin használata [18] , bár ez számos korlátozást támaszt a motorral szemben. Például a kerozin olyan körülmények között használható, ahol a motor szűk fordulatszám-tartományban és bizonyos hőmérsékleten működik. A hideg évszakban például előfordulhat, hogy a motor nem melegszik fel az optimális hőmérsékletre. A motor megbízhatóbb működése érdekében szükség lehet hőcserélő felszerelésére a kerozin melegítéséhez. A kerozin megnövekedett viszkozitása miatt előfordulhat, hogy a gyári üzemanyag-szivattyú teljesítménye nem lesz elegendő, és a nagyobb hőleadás miatt a hűtőrendszer nem tud megbirkózni a túlmelegedéssel. Mivel alacsony fordulatszámon a motor hőmérséklete az optimális alá süllyedhet, a kerozin keveredhet a forgattyúházban lévő olajjal, és a normál intervallumhoz képest nagyon gyakran cserélheti az olajat. A hengerekben a szokásosnál sokkal gyorsabban lerakódnak a lerakódások, ami azt jelenti, hogy ki kell cserélni a gyújtógyertyákat stb. A fenti korlátozások miatt ez nagyon ritka gyakorlat, amely általában a petróleum adalékanyagként való felhasználására korlátozódik a kétütemű motorkerékpárok motorjaiban. alkalmas lehet olyan országokban, ahol alacsony a lakosság jövedelme, és ennek megfelelően olcsóbb a berendezések karbantartása, amelyet a szokásosnál sokkal gyakrabban kell elvégezni (például Délkelet-Ázsiában).
Volt egy szilárd naftalint használó vasúti mozdony, amelyet Schneider-Creusot épített Franciaországban 1913-ban. Ennek a mozdonynak benzin-petróleum elpárologtató motorja volt, benzinnel indult és kerozinra váltott, miután a motor 70 LE-re felmelegedett, de kerozin helyett szilárd naftalint használt, egyszerűen olcsóbb üzemanyagként. A naftalin megolvadt és elpárolog a motor által melegített vízköpenyben (olvadáspont: 80,26 °C). [19] Az ötlet időnként felbukkan. Luis Cisneros Zazueta (Mexikó) 1997-es szabadalma [20] kijelenti: „A találmány minden olyan négyütemű, Otto termodinamikai cikluson működő benzinmotorhoz alkalmazható, amelyek karburátort vagy üzemanyag-befecskendező rendszert tartalmaznak, a hengerek sem fontosak. A naftalin alacsony költsége és gazdaságossága olcsóvá teszi ennek az eszköznek a használatát." [21]
A járművek különféle gázokkal, például földgázzal , LPG -vel vagy biogázzal működhetnek . A belső égésű motor hidrogéngázzal is működhet. A második világháború idején a Szovjetunióban szén-monoxid-hajtású belsőégésű motorokat használtak . Ezekben szén-monoxidot nyertek szénből.
A gáz üzemanyagként való használata csökkenti a szennyezést, mert tisztábban ég, mint az olaj. A meglévő benzinüzemű járművek átalakíthatók földgázüzeműre, de ma a világ járműveinek egyre nagyobb hányada közvetlenül gázüzeműre épül. A kisebb gázüzemű járművek gyakran benzintartállyal is rendelkeznek, de a nagyobb járművek csak földgáztartállyal rendelkeznek. A földgázüzemű autókat vásárlókat az alacsony üzemanyagár, valamint az alacsonyabb szén-dioxid-, nitrogén-oxid- és szállópor-kibocsátás vonzza. A földgázt autók üzemanyagaként árulják, a földgáz ára kilogrammonként körülbelül 1,30 euró. Liter gázban kifejezett energiaegyenértékben számolva a földgáz költsége körülbelül 0,832 euró.
2006-ban körülbelül 5,7 millió gázüzemű jármű volt a világon. Argentínában, Brazíliában és Pakisztánban van a legtöbb gázüzemű jármű. Európában Olaszországban (433 000), Ukrajnában (100 000), Oroszországban (75 000), Németországban (55 300) és Svédországban (14 530) népszerűek. Franciaországban (10 200) és Fehéroroszországban (5 500) is vannak autók. A földgáz ára ezekben az európai országokban a benzin árának 40-80%-a. Egyes európai országokban és Japánban, ahol minden taxi gázzal üzemel, a gázüzemű járművek többnyire LPG -t használnak . Az LPG előnye, hogy sokkal alacsonyabb nyomáson tárolják, mint a földgázt, így könnyebb gázpalack is használható .
A földgázüzemű járművek száma Finnországban, beleértve a városi buszokat, szemeteskocsikat, taxikat és magánszemélyeket, körülbelül 800 (2011). 2005 júniusában a malmi Helsinkiben nyitották meg az első nyilvános földgázüzemű töltőállomást. Finnországban 16 nyilvános földgáztöltő állomás működik (2011), és a Gasum egy 30 töltőállomásból álló hálózat kiépítését tervezi a következő néhány évben. Svédországban már több mint 160 benzinkút található, Németországban 900, Olaszországban 850, Ausztriában 210 és Oroszországban 240. [22] .
A fagáz a hagyományos belső égésű motorral felszerelt járművekben faelgázosító ( elgázosító ) hozzáadásával használható. [23] [24] Ez a fajta üzemanyag nagyon népszerű volt a második világháború idején több európai és ázsiai országban, mivel a háború megakadályozta a könnyű és költséghatékony olajhoz való hozzáférést. A fagázüzemű autók a második világháború előtt léteznek.
A szén üzemanyag-fogyasztása egy autó egy tonnakilométerére 74,3 és 114 gramm között mozog [25] . 1928-ban Franciaországban egy speciálisan megrendezett versenyfutáson egy 17 személyes Berliet gázgenerátoros autóbusz 5250 km-t tett meg 28 nap alatt tűzifával, és az átlagos tűzifa-fogyasztás 100 km-enként 47,8 kg volt (kivéve a tűzifát). 12 liter benzint használtak a motor beindításához, valamint alkatrészeinek garázsban történő tisztításához) [26] .
Gázgenerátorral felszerelt autókban más generátorgázok is használhatók.
A CNG-járművek nem voltak az egyetlen válasz a korlátozott benzinellátásra az első és a második világháború idején. Még körülményesebb alternatíva volt a gázzsákos autó.
Egy ilyen autó tetején helyezték el az autó üzemanyagtartályát - egy léggömbhöz hasonló gázpalackot, amelyet sűrítetlen gázzal töltöttek meg. LPG-tartályokat gyártottak az első és (főleg) a második világháború idején Franciaországban, Hollandiában, Németországban és Angliában a benzinhiány rögtönzött megoldásaként. A személygépkocsik mellett a buszokat és a teherautókat is felszerelték ezzel a technológiával. A járművek „ könnyű gázt ” fogyasztottak, amely a szén kokszlá (amelyből vas-előállítás) folyamatának mellékterméke volt. Az egyetlen módja annak, hogy gyakorlati hatótávot kapjunk, egy nagyon nagy „üzemanyagtartály” használatával. A buszok erre jobban megfeleltek, mint az autók – a tetőcsomagtartón egy angol emeletes „ birodalmi ” méretű gázpalack volt . A táskát be lehetett zárni egy áramvonalas tokba, de legtöbbször nem ez történt. A fényképeken látható autók egy része hatalmas gáztároló zsákkal van felszerelve (például 13 köbméter térfogatú), és egy ilyen beépítéssel mindössze 50 km-es hatótávolság volt, mivel egy ilyen üzemanyagrendszerhez gáztartályra volt szükség. körülbelül 2-3 kb.m térfogatú. egy liter benzin cseréjéhez. Az LPG-s járművek aerodinamikája gyenge volt, így az üzemanyag-hatékonyság messze volt az optimálistól. Az ilyen gépeknél nem ajánlott az 50 km/h sebességet túllépni, nehogy a gáztartályt lefújja vagy elszakítsa a szél.
Bár a technológia a második világháború után Európában feledésbe merült, Kínában a 60-as években újjáéledt az ötlet a városi utakon közlekedő buszokon való felhasználásra [27] . Délkelet-Ázsia országaiban a 90-es évekig lehetett látni ilyen technikát.
Az olajból (vagy földgázból) a reformálás során hidrogén keletkezik, amelyet üzemanyagcellás autók meghajtására lehet használni. A legtöbb ezen az elgondoláson alapuló terv a meglévő üzemanyag-elosztó hálózat kihasználását javasolja, és az átalakítást speciális berendezésekkel közvetlenül az üzemanyagtöltő állomáson hajtják végre. Bár az üzemanyagcella-kibocsátás teljes egészében vízből áll, a reformálás annyi szén-dioxidot termel, mintha ugyanannyi olajat égetnénk el egy motorban. Így ezeknek a kibocsátásoknak a kibocsátáshoz viszonyított aránya az üzemanyagláncban 4:1.
A hidrogén üzemanyagcella hatásfoka egy autóban a gyakorlatban körülbelül 60% lehet, de mivel a szén elégetésének energiája elvész a katalitikus reformálás során, ez a legjobb esetben is körülbelül 40% lesz. De még ez is jobb, mint egy belső égésű motor: a belső égésű motorokhoz képest a károsanyag-kibocsátás körülbelül 60%-kal alacsonyabb. Jelenleg az üzemanyagcellás járművek körülbelül 25%-os hatásfokúak (McCormick, 2001).
Elméletileg szinte minden üzemanyag felhasználható üzemanyagcellákban is . A kőolajtermékek alternatívájának megteremtésére irányuló kísérletek során elsősorban alkoholokat használtak: etanolt ( direkt etanol üzemanyagcella ), propanolt [28] és glicerint [29] , mivel ezek sokkal kevésbé mérgezőek, mint az üzemanyagcellákban hagyományosan használt metanol. Kísérleteket végeztek aldehidekkel (nevezetesen formaldehiddel , beleértve a paraformaldehidet is [30] ), ketonokkal és különféle szénhidrogénekkel, valamint dietil-éterrel és etilénglikollal . [23] A hangyasav hangyasav tüzelőanyagcellákban való felhasználása szintén jól tanulmányozott és jól kidolgozott. Az üzemanyagcellák, amelyek saját vércukorszintjük formájában glükózzal működnek, elektromos árammal működtethetik az orvosi implantátumokat [25] (lásd a bioüzemanyag cellákat ).
A szén – a hagyományosan folyékony vagy oldott tüzelőanyaggal, oldhatatlan szilárd anyaggal szemben – üzemanyagcellákban való felhasználása lehetséges, és intenzíven vizsgálják (lásd Szén üzemanyagcella ). [26] A szén vagy koksz fő energiaforrásként való felhasználása elérhetőségük miatt előnyös lenne, de a gyakorlati megvalósítás nehéznek bizonyult. [27]
A szénmentes vegyületek, különösen az ammónia ( ammonia üzemanyagcella ) vagy a hidrazin ( hidrazin üzemanyagcella ), valamint a nátrium-bórhidrid [23] is szolgálhatnak az üzemanyagcellák energiaszolgáltatójaként.
A hangyasavat úgy használják fel, hogy először hidrogénné alakítják, és hidrogén üzemanyagcellában használják fel. Közvetlenül hangyasav üzemanyagcellákban is használható . A hangyasav sokkal könnyebben tárolható, mint a hidrogén. [31] [32]
Az ammóniát a hidrogéngáz és a levegő nitrogénjének kombinálásával állítják elő. A nagyüzemi ammóniagyártás földgázt használ hidrogénforrásként. Az ammóniát a második világháború idején használták buszok táplálására Belgiumban, valamint motorokban és napelemes rendszerekben egészen 1900-ig. Folyékony ammóniát használtak a Reaction Motors XLR99 rakétahajtóművében is, amely az X-15 hiperszonikus kutatórepülőgépet hajtotta . Bár nem olyan erős, mint más üzemanyagok, de nem hagyott kormot egy újrafelhasználható rakétahajtóműben, sűrűsége pedig megközelítőleg megegyezett az oxidálószeré, a folyékony oxigénével, ami leegyszerűsítette a repülőgép tervezését.
Az ammóniát a belső égésű motorok fosszilis tüzelőanyagainak gyakorlati alternatívájaként javasolták.[48] Az ammónia fűtőértéke 22,5 MJ/kg, ami körülbelül fele a gázolajénak. Egy tipikus motorban, amelyben a vízgőz nem kondenzálódik, az ammónia fűtőértéke körülbelül 21%-kal kisebb lesz ennél a számnál. Meglévő motorokban használható, csak kisebb karburátor/befecskendező módosításokkal.
Ha szénből állítják elő, a CO2 könnyen megköthető[48][49] (az égéstermékek a nitrogén és a víz).
Ammóniás vagy munkafolyadékként ammóniát használó ammóniás motorokat javasoltak és néha alkalmaznak is. Az elv hasonló a tűz nélküli mozdonyokhoz, de gőz vagy sűrített levegő helyett ammóniát használnak munkaközegként. Az ammóniamotorokat a 19. században kísérletileg használta Goldsworthy Gurney Nagy-Britanniában és New Orleans-i villamosokban. 1981-ben egy kanadai cég átalakított egy 1981-es Chevrolet Impala -t, hogy üzemanyagként ammóniával működjön.
Az ammóniát és a "GreenNH3"-t sikerrel alkalmazták a kanadai fejlesztők [53], mert kisebb módosításokkal szikragyújtású vagy dízelmotorokban is működhet, és ez az egyetlen "zöld" sugárhajtómű-üzemanyag, és toxicitása ellenére sem tekinthető semminek. veszélyesebb, mint a benzin vagy az LPG.[54] Megújuló villamos energiából előállítható, és csak fele olyan sűrű, mint a benzin vagy a dízel, és könnyen szállítható elegendő mennyiségben járművekben. Teljesen elégetve nincs más kibocsátása, mint nitrogén és vízgőz. Égési kémiai képlet: 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O, ami 75% vizet eredményez.
Bár a gázt termelő autó szilárd tüzelőanyaggal működik, ahol fa, szénbrikett vagy tőzeg használható üzemanyagként. A gázgenerátor működési elve azonban a szén tökéletlen égésén alapul, ahol az égés során a szén egy vagy kettő oxigénatomot tud kapcsolódni, így monooxidot (szén-monoxidot) és dioxidot (szén-dioxidot) képez. Így egy ilyen gép belső égésű motorja szilárd tüzelőanyagból nyert gáznemű tüzelőanyaggal működik. Ez a lehetőség több okból sem optimális. A fő szempont a gázgenerátor működése során keletkező gáz alacsony minősége, valamint magának az elgázosítási folyamatnak a megvalósításához szükséges üzemanyag-fogyasztás. A gázgenerátorral dolgozni nem könnyű. Mivel a szükséges tolóerőt a motor szívóhatása hozta létre, az üresjárati gázgenerátor indítása nehézkes volt. Az égési folyamat elindításához bundára vagy ventilátorra volt szükség. Legjobb esetben öt-tíz percig tartott a motor beindítása. A gázgenerátorral felszerelt autó alkalmasabb hosszú utakra. Városi területeken, ahol az autónak gyakran meg kell állnia, a generátor tüze túl gyengülhet és kialszik. Ezért voltak olyan fejlesztések, amelyek célja a szilárd anyag felhasználása anélkül, hogy azt gázzá desztillálták volna.
A gőzautó egy gőzgéppel hajtott autó. Fát, szenet, etanolt vagy valami mást használhatunk tüzelőanyagként. A tüzelőanyagot kazánban elégetik, és a hő a vizet gőzzé alakítja. Amikor a víz gőzzé alakul, kitágul. A tágulás nyomást hoz létre. A nyomás előre-hátra nyomja a dugattyúkat. Ebben az esetben a kardántengely forgatja a kerekeket, ami biztosítja az autó előrehaladását. Úgy működik, mint egy széntüzelésű gőzmozdony.
A gőzautók hosszú ideig tartanak, hogy elinduljanak, de egyesek végül elérhetik a 100 mérföld/óra (161 km/h) sebességet is. A késői modellű Doble gőzautókat kevesebb , mint 30 másodperc alatt lehetett beindítani, nagy végsebességgel és gyors gyorsulásukkal rendelkeztek, de drága volt megvásárolni őket.
A gőzgép külső égést használ, szemben a belső égéssel. A benzinüzemű járművek hatékonyabbak, 25-28 % körüli hatásfokkal. Míg elméletileg egy kombinált ciklusú gőzgép , amelyben az égő anyagot először egy gázturbina meghajtására használják, akár 50-60%-os is lehet, addig a gőzzel hajtott járművek gyakorlati példái csak 5-8%-os hatásfokkal működnek.
A leghíresebb és legkelendőbb gőzautó a Stanley Steamer volt . A motorháztető alatt egy kompakt tűzcsöves kazánt használt egy egyszerű kétdugattyús motor meghajtására, amelyet közvetlenül a hátsó tengelyhez csatlakoztattak. Mielőtt Henry Ford nagy sikerrel bevezette volna a havi fizetési finanszírozást, az autókat általában azonnal vásárolták meg. Ezért a Stanley leegyszerűsített dizájnnal rendelkezett; hogy a vételár megfizethető legyen.
A gőzteljesítmény kombinálható egy szabványos ICE motorral, hogy hibridet ( hatütemű motor ) hozzunk létre. A víz befecskendezése a hengerbe az üzemanyag elégetése után történik, amikor a dugattyú még mindig túlmelegedett, gyakran 1500 fokos vagy magasabb hőmérsékleten. A víz azonnal gőzzé párolog, olyan hőt használva fel, amely egyébként kárba veszne.
A Magnesium Engine (en:MAGIC) a Mitsubishi Corporation és a Tokyo Institute of Technology által kifejlesztett motortervezés , amely magnéziumot és vizet használ az energia előállítására.
Egy 2005-ben kezdődött és még mindig kísérleti stádiumban lévő együttműködési projekt 2006-ban egy szén-dioxid-mentes prototípus motort fejlesztett ki, amely sikeresen futott fosszilis tüzelőanyagok használata nélkül. A (por alakú) magnézium és a víz közötti kémiai reakció szobahőmérsékleten nagy energiájú gőzt és hidrogént termel. A hidrogént egyidejűleg elégetik, hogy több további nagy energiájú gőzt állítsanak elő. Ez a két gőzforrás táplálja a motort. Az energiaciklus nem termel szén-dioxidot vagy más káros kibocsátást. A reakció egyetlen mellékterméke a víz és a magnézium-oxid. Ebben a projektben a magnéziumot (egy közönséges fémelem) magnézium-oxidból nyerik, ahol lézeres eljárással választják el az oxigéntől, napenergia felhasználásával (amely már előrehaladott a fejlesztésben), és így újra felhasználják üzemanyagként. Kis mérete ellenére (körülbelül 5 cm átmérőjű és 13,5 cm magas) a motor több tíz kW hőteljesítményt képes előállítani. A motort kapcsolt energiatermeléshez, autókhoz, hajókhoz és sok más alkalmazáshoz tervezték. Egy 2006-os nyilatkozat szerint a következő három évben fejlettebb kutatásokat terveznek kereskedelmi forgalomba hozni. Azóta nem jelentek meg erről a technológiáról.
A belső égésű motorok megjelenése óta a mérnökök olyan motort próbálnak kifejleszteni, amely olcsó, porrá őrölt szilárd tüzelőanyaggal tud működni, hogy biztosítsa az üzemanyag levegővel való keveredését. Olyan lehetőségeket javasoltak, mint a szénpor vagy a mikrokristályos cellulóz [33] . A probléma az volt, hogy biztosítsák az üzemanyag-ellátást az égéstérbe anélkül, hogy a befecskendezőket állandóan eltömítenék porcsomók.
Szénporos motorokAz 1980-as években érdeklődés mutatkozott az ilyen típusú fejlesztések iránt. 1989-ben az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának felkérésére tanulmányokat készítettek erről a témáról. [34] . Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Tudományos és Technológiai Hivatalának 1989-es jelentése egy olyan kutatási program ("Adiabatic Diesel Engine Combustion Performance Running on Dry Coal Powder") előrehaladását és eredményeit írja le, amely egy száraz szénnel működő dízelmotor égési jellemzőit vizsgálja. por.. A program során jelentős előrelépés történt a szénporral működő motor számos problémájának leküzdésében. A termikus gyújtású égetőrendszer koncepcióját a porszén tüzelőanyag elégetésének javítására használták. A teszteredmények megerősítették a széntüzelésű motorok fejlesztésének kilátásait. Olyan munkákat végeztek, mint a szénpor beszívott levegőbe szórására alkalmas, továbbfejlesztett szénellátó rendszerrel rendelkező motor tervezése, gyártása és tesztelése; szuperötvözet égésterű motor ("Hastelloy X") tervezése, gyártása és tesztelése; kopásálló dugattyúgyűrűk és oxid-króm kerámia bevonatú hengerbetétek tervezése, gyártása és tesztelése; továbbfejlesztett kenőrendszer a szénrészecskék és a szennyezett kenőolaj elkülönítésére; a füstölt szénpor gyújtási időzítésének szabályozása kipufogógáz-visszavezetés ( EGR ) és változtatható égéstér-hőmérséklet használatával; A szénmotort két konfigurációban tesztelték: kettős üzemanyaggal (dízel világítással) és 100%-os szénmotorral, dízel befecskendezés vagy fűtött beszívott levegő nélkül; 100% széntartalmú motor hidegindítása izzítógyertyával; és a szénmotor 800 és 1800 fordulat/perc között, alapjáraton kettős üzemanyaggal (dízelpilottal) és 100%-os szénmotorral működött, dízelpilot vagy beszívott levegő előmelegítő nélkül; 100% széntartalmú motor hidegindítása izzítógyertyával; és a szénmotor 800 és 1800 fordulat/perc között, alapjáraton kettős üzemanyaggal (dízelpilottal) és 100%-os szénmotorral működött, dízelpilot vagy beszívott levegő előmelegítő nélkül; hidegindítású 100% karbon motor izzítógyertyával. A szénmotor sikeresen működött 800-ról 1800-ra percenként és alapjáraton a teljes motorterhelésig.
A lendkerekek alternatív üzemanyagként is használhatók, és az 1950-es években Svájcban buszok, az úgynevezett girobuszok meghajtására használták őket . A busz lendkerekét a vonal végén töltötték fel árammal, és egyetlen lendkerékkel akár 8 kilométert is megtett. A lendkerekes járművek csendesebbek, mint a belső égésű motoros járművek, nem igényelnek felsővezetéket, és nem termelnek kipufogógázt, viszont a lendkerék nehéz (1,5 tonna/5 kWh), és nagy forgási sebessége miatt különleges biztonsági óvintézkedéseket igényel.
A folyékony nitrogénnel működő járműveket speciális tartályokban tárolt folyékony nitrogén hajtja. A nitrogénmotor jellemzően a következőképpen működik: a folyékony nitrogént hőcserélőben melegítik fel, hőt kapva a környező levegőből, majd az elpárolgott nitrogén nagynyomású gázzá alakulva belép a motorba, ahol a dugattyúra vagy a motor rotorjára hatva. , energiát ad át neki.
A folyékony nitrogénnel légköri nyomáson elérhető maximális energiasűrűség kilogrammonként (Wh/kg) 213 wattóra. Ez jóval kevesebb, mint a legmodernebb, 28%-os hőhatékonysággal működő benzines belsőégésű motorokkal elért 3000 Wh/kg, ami 14-szerese a Carnot-hatásfokozatban használt folyékony nitrogén sűrűségének.
Ahhoz, hogy egy izoterm motor autonómiája megegyezzen egy belső égésű motorral felszerelt autóéval, szükség van egy 350 literes Dewar hajóra a fedélzeten. Hozzá kell tenni, hogy a tartálynak vastag szigeteléssel kell rendelkeznie. Ilyen térfogat ugyan szállítható, de mégis jelentős növekedéssel egy tipikus 50 literes gáztartályhoz képest. Bonyolultabb ellátási ciklusok hozzáadásával (hőcserélők más típusú munkaközeggel és többszörös tartály utántöltéssel) csökkenthető a vastag szigetelés szükségessége, és lehetővé válik annak működése, megakadályozva a jégkéreg kialakulását. Mindazonáltal a mai napig nincs praktikus járműmodell vagy -alkatrészek, amelyeket folyékony nitrogéntartályokkal és izoterm Stirling-motorokkal hajtott járművek meghajtására terveztek.
A motor másik jellemzője, hogy a hatékony működéshez folyamatosan szellőztetéssel kell fűteni, ami azt jelenti, hogy nagy ventilátorral kell rendelkeznie. Az autó zárt vagy hideg helyen történő üzemeltetésekor komoly problémákkal szembesül, ami a motor hőmérsékletének jelentős csökkenéséhez, károsodásához vezethet (akkor is, ha a belső súrlódás miatt fel kell melegíteni). Alapvetően ez a motor „kivonja” a hőenergiát a környezetből, ezért a kabin fűtése gyakorlatilag lehetetlen lesz, ha nincsenek akkumulátorok és elektromos kemence. Ezért a folyékony nitrogént szállító járművek használata nem valószínű hideg éghajlaton.
| A szerves tüzelőanyagok fő típusai | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Kövület |
| ||||||||
| Megújuló és biológiai | |||||||||
| mesterséges | |||||||||