El uso de combustibles alternativos. Veselov, Gennady Vasilievich - Cálculo de la eficiencia del uso de combustibles alternativos en los buques: directrices metodológicas Uso de combustibles alternativos en los buques

100 años después de la eliminación gradual de los veleros, en un esfuerzo por reducir los costos de combustible, los constructores de barcos están volviendo a la energía eólica nuevamente.
Aquí hay varios diseños de barcos de transporte que utilizan fuentes alternativas para entregar la carga.

Eco Marine Power: los paneles solares funcionan como velas

La empresa japonesa Eco Marine Power (EMP) decidió crear un barco de vela y de alta tecnología al mismo tiempo, reemplazando las velas tradicionales por.

EMP es una empresa innovadora que aplica nuevas tecnologías al diseño y construcción de embarcaciones marinas. Los ingenieros e investigadores de la compañía se han marcado el objetivo de desarrollar motores más respetuosos con el medio ambiente para el transporte marítimo y fluvial, con el fin de reducir tanto las fuentes de energía tradicionales como los daños que su uso ocasiona al medio ambiente.

En lugar de velas tradicionales, utilizaron paneles solares controlados. En primer lugar, su gran superficie y la presencia de un mecanismo de giro controlado permitirán que los paneles se utilicen como velas ordinarias. Y en segundo lugar, la energía eléctrica acumulada durante la travesía se consumirá para impulsar los motores cuando el buque esté maniobrando en el puerto.

El sistema pivotante de cada panel solar permite colocarlo perfectamente en el viento o quitarlo por completo con mal tiempo. En la posición horizontal plegada, los paneles solares seguirán siendo superficies activas orientadas hacia la luz del sol y además cargarán las baterías a bordo.

Los funcionarios de EMP argumentan que la rigidez y confiabilidad del diseño de sus velas de alta tecnología podrán resistir incluso una tormenta muy severa en el mar y, por lo tanto, el barco permanecerá a flote y se moverá en un rumbo aprobado incluso cuando los veleros convencionales no pueden hacerlo. Además, las velas nuevas requieren un mantenimiento mínimo.
Los ingenieros de EMP han calculado que equipar un barco convencional con velas tan peculiares reducirá el consumo de combustible en un 20%, y si el barco también está equipado con motores eléctricos adicionales, el consumo se reducirá casi a la mitad, en aproximadamente un 40%.

DISEÑO DE BUQUES DE GAS COMBUSTIBLE

Moscú 2011 .

Artistas intérpretes o ejecutantes:

Diseñador principal (1984)

Ingeniero de diseño (1984)

Técnico-constructor (1989)

Líder de tema:

Director de SPC "Rechport", Assoc. A. K, Tatarenkov

abstracto

El informe contiene 13 páginas de texto, 1 tabla, 5 figuras, 1 fuente

DISEÑO, CONSTRUCCIÓN, RE-EQUIPAMIENTO DE LA CENTRAL ELÉCTRICA DE LA NAVE DEL PROYECTO P51, GAS NATURAL COMPRIMIDO Y LICUADO (METANO).

Objeto de desarrollo: embarcaciones de navegación interior con tipos alternativos de combustible, es decir, la posibilidad de utilizar dos tipos de combustible gaseoso en las embarcaciones: gas natural comprimido o gas natural licuado.

Objeto del trabajo: Aplicación en perspectiva de gas combustible para embarcaciones fluviales de nueva generación.

El resultado: dada la perspectiva de utilizar una planta de energía marina (SEU) que funcione con combustible de gas en barcos fluviales, en particular, una decisión fundamental sobre el diseño de equipos de gas en barcos de la clase "P" del proyecto P51.

El alto costo del combustible diesel está obligando a los armadores a resolver el problema de encontrar combustibles alternativos y transferirles algunos grupos de barcos.

Debido a la tendencia a transformar Moscú en una ciudad ecológicamente limpia, no hay grandes masas de aire en el centro de transporte de Moscú para dispersar las emisiones nocivas. En este sentido, para aumentar la competitividad del transporte acuático en comparación con otros modos de transporte, es necesario determinar la dirección prioritaria asociada a la reducción de la toxicidad de los gases de escape.

Una de estas áreas es la conversión de plantas de energía de barcos para operar de combustible diesel a gas. Al mismo tiempo, es necesario destacar la posibilidad de utilizar dos variantes de gas combustible en los buques: gas natural comprimido o gas natural licuado.

El proyecto propone transferir los buques de navegación interior existentes al combustible de gas, así como construir nuevos buques con combustible de gas.

En VNIIGaz y en el Departamento de Centrales Eléctricas para Buques de la Academia Estatal de Transporte Acuático de Moscú se llevó a cabo un estudio de viabilidad sobre la eficiencia del uso de gas natural licuado y comprimido en embarcaciones fluviales de la cuenca hidrográfica de Moscú [Informe de investigación sobre el tema VI / 810 . M., MGAVT, 1997. Reequipamiento de la planta de energía de los barcos de motor fluviales de las líneas de la ciudad de la región de Moscú (en el ejemplo del barco de motor del proyecto R-51 "Moscú") para la operación con gas natural comprimido] , que mostró la viabilidad de utilizar gas en los barcos de la flota fluvial.

En 1998, la Academia Estatal de Transporte Acuático de Moscú llevó a cabo el reequipamiento de la planta de energía del barco de motor de pasajeros Uchebny-2 del proyecto R51E (del tipo “Moscú”) para que funcione con gas comprimido. El reequipamiento se llevó a cabo de acuerdo con el proyecto del centro de construcción naval, desarrollado para los buques de los proyectos P35 (Neva) y P51 (Moscú).

Los estudios experimentales han demostrado los beneficios económicos directos del uso de gas. Al mismo tiempo, se identificó que era necesario instalar sensores de señalización adicionales que notifiquen sobre una fuga de gas y, en presencia de una fuga, proporcionen una señal para la transferencia automática del sistema a operación con combustible diesel.

A pesar de los muchos aspectos positivos del uso de gas comprimido y licuado, cabe señalar la principal desventaja de tales sistemas. En primer lugar, esta es la pérdida de espacio útil en la plataforma de paseo (en el m / v "Uchebny-2"

Se instalaron 32 cilindros con gas comprimido con un volumen de 50 litros cada uno) para buques que operan con gas comprimido, lo que habla de la ventaja del gas licuado. La siguiente desventaja es la falta de requisitos de las Reglas del Registro Fluvial Ruso para barcos con instalaciones del tipo anterior y, por supuesto, el principal factor limitante es la falta de una red de estaciones de servicio de gas. Y si esta red se está desarrollando para el transporte por carretera, entonces para el transporte acuático, que se caracteriza por la presencia de grandes capacidades y la longitud de las líneas de transporte, este tema sigue siendo relevante.

Lo anterior, por supuesto, requerirá una inversión de capital, pero será posible lograr:

1. Mejora de la situación ecológica en las zonas acuáticas mediante la reducción de las emisiones tóxicas y el humo de los gases de escape de los motores diesel marinos en un 50%.

2. Reducir los costos de combustible en un 20-30%.

En este sentido, la conversión de barcos a gas permite tener no solo beneficios económicos, sino que también conduce a una mejora en la situación ambiental (limpieza del espacio aéreo).

En los buques de transporte, lo más realista es el uso de gas licuado, que viene dictado por la alta capacidad de las centrales eléctricas y la gran longitud de las líneas (se requieren grandes volúmenes de reservas de gas con una mínima pérdida de superficie útil de las cubiertas superiores ). En este sentido, para áreas remotas, se requerirán barcos: transportadores de gas. Por lo tanto, la idea principal debería ser crear tipos de barcos que correspondan a las propiedades peligrosas de los productos, ya que cada producto puede tener una o más propiedades peligrosas, incluyendo inflamabilidad, toxicidad, corrosividad y reactividad. Al transportar gases licuados (el producto está refrigerado o bajo presión), puede surgir un peligro adicional.

Las colisiones severas o la puesta a tierra pueden dañar el contenedor y resultar en una liberación incontrolada del producto. Tal fuga puede provocar la evaporación y dispersión del producto y, en algunos casos, una fractura frágil del cuerpo del transportador de GNL. Por tanto, este peligro, en la medida de lo posible, sobre la base del conocimiento moderno y el progreso científico y tecnológico, debe reducirse al mínimo. Estas cuestiones deberían reflejarse, en primer lugar, en las Reglas del Russian River Register. Al mismo tiempo, los requisitos para los transportadores de gas y, posiblemente, los transportadores de productos químicos deben basarse en principios confiables de construcción naval, ingeniería mecánica de barcos y en la comprensión moderna de las propiedades peligrosas de varios productos, ya que la tecnología para diseñar transportadores de gas no es solo complejo, pero también de rápido desarrollo, y en este sentido, los requisitos no pueden permanecer sin cambios.

En relación con lo anterior, la cuestión de la creación de un marco regulatorio para los buques que operan con gas combustible y para los buques que lo transportan ya ha madurado.

Con base en lo anterior, se puede concluir que con un aumento adicional en el mundo, y como consecuencia, los precios rusos del combustible diesel, los armadores se ven obligados a buscar formas alternativas para resolver el problema, una de las cuales es la dirección de uso. gas. Sin embargo, el uso de combustible gaseoso (tanto gas natural comprimido como gas licuado) a bordo de los barcos de la flota fluvial es aconsejable solo si existe una red desarrollada de estaciones de servicio.

En las condiciones modernas, la construcción de estaciones de servicio sectoriales con gas combustible es un desperdicio de fondos públicos y es imposible encontrar otras fuentes de financiamiento para tales instalaciones. Por lo tanto, se vuelve real la construcción de estaciones de servicio de gasolina dentro de la ciudad y una serie de grandes asentamientos, que se utilizarían no solo para repostar barcos, sino también para repostar vehículos de motor. Para la posibilidad de repostar barcos en áreas remotas, es posible utilizar barcos: transportadores de gas, que es aconsejable construir en las empresas de la industria. En este caso, organizaciones como Gazprom, el Fondo Ecológico, el Gobierno de Moscú y varias otras empresas podrían estar interesadas en la posibilidad de construir tales instalaciones, además de las agencias gubernamentales.

La industria (por ejemplo, LLC "ENERGOGAZTEKHNOLOGIYA", etc.) produce motores de gas de pistón con encendido por chispa y productos basados ​​en ellos: unidades eléctricas, centrales eléctricas, generadores de motores (generadores de gas), etc. Todos los motores de gas con formación de mezcla externa.

Diagrama esquemático y equipo para el funcionamiento de una planta de energía marina que funciona con combustible gaseoso.

El gas combustible se prepara para la combustión en un tren de gas (Fig. 1). Además, el gas combustible con una presión igual a la atmosférica ingresa al mezclador (Fig. 2), donde se mezcla con aire en la proporción requerida. La dosificación de la mezcla gas-aire que ingresa al motor se realiza con una válvula de mariposa eléctrica (Fig. 3).

El control de velocidad y las chispas se llevan a cabo mediante el sistema de control del motor de gas. Este sistema realiza las funciones de señalización de alarma y advertencia del motor de gas, abre y cierra la válvula solenoide de combustible en el momento adecuado al arrancar y parar el motor.

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Arroz. 2 batidoras

Fig.3 Válvula de mariposa

SPC "Rechport" completó una serie de estudios preliminares para el reequipamiento del m / v "Moscú" pr. R-51 en términos de la ubicación de los cilindros de gas (dimensiones de un cilindro: longitud - 2000 mm, Ø 401 mm , volumen 250 litros), las conversiones de los indicadores de eficiencia comparativa se muestran en la Tabla 1 a continuación, y los esquemas de diseño (opciones) se muestran en la Fig.4.

Esta conversión requiere un refuerzo adicional en términos de asegurar la resistencia de la estructura del toldo. El diseño preliminar del refuerzo se muestra en la Fig. 5.

tabla 1

Dimensiones del cuerpo principal, m: longitud - 36; ancho - 5.3; altura del tablero - 1.7	Serie m / v "Moscú" con motor diésel de combustión interna		m / v "Moscú" con el sistema de gas del motor de combustión interna	m / v "Moscú" con el sistema de gas del motor de combustión interna
Ubicación de los tanques de combustible
	tienda + alimentación
Autonomía de natación, días
Duración del vuelo, hora
Número de pasajeros, personas
diseño
real

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b) alimentación (12 cilindros)

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Arroz. 5 Diseño avanzado de refuerzo de toldos.

Lista de fuentes utilizadas

1. Informe de investigación sobre el tema VI / 810. M., MGAVT, 1997. Reequipamiento de la planta de energía de los barcos de motor fluviales de las líneas urbanas de la región de Moscú (en el ejemplo del barco de motor del proyecto R-51 "Moscú") para la operación con gas natural comprimido.

Las iniciativas internacionales para reducir el dióxido de carbono (CO2) y otras emisiones nocivas de los barcos están impulsando la búsqueda de fuentes de energía alternativas.

En particular, un informe de la sociedad de clasificación DNV GL examina el uso de pilas de combustible, turbinas de gas y vapor junto con sistemas de propulsión eléctrica, que solo pueden ser eficaces en combinación con un tipo de combustible más respetuoso con el medio ambiente.

El uso de pilas de combustible en los barcos está actualmente en desarrollo, pero pasará mucho tiempo antes de que puedan reemplazar los motores principales. Ya existen conceptos en esta dirección, por ejemplo, un ferry de VINCI Energies. Un buque de este tipo tiene una eslora de 35 m y podrá contener una carga de energía obtenida de fuentes renovables durante 4 horas. El sitio web de la compañía dice que dicho buque operará entre la isla francesa de Ouessant y el continente a partir de 2020.

El uso de baterías y energía eólica también se considera tecnologías innovadoras.

Barco de energía eólica, el Vindskip

Los sistemas de baterías ya se utilizan en el transporte marítimo, pero el uso de la tecnología para embarcaciones marinas es limitado debido a la baja eficiencia.

Por último, el uso de la energía eólica, aunque no es nuevo, todavía tiene que demostrar su atractivo económico en la construcción naval moderna.

Te recordamos que a partir del 1 de enero de 2020, el contenido de azufre (SOx) en el combustible no debe contener más del 0,5%, y las emisiones de gases de efecto invernadero deben reducirse en un 50% para el 2050, según la última decisión de la Organización Marítima Internacional ( OMI).

Combustibles alternativos

Actualmente se están considerando combustibles alternativos: gas natural licuado (GNL), gas licuado de petróleo (GLP), metanol, biocombustibles e hidrógeno.

La OMI está desarrollando actualmente un Código IGF para los buques que utilizan gas u otros combustibles respetuosos con el medio ambiente. Continúan los trabajos sobre el uso de metanol y combustibles de bajo punto de inflamación.

Para otros combustibles, aún no se ha desarrollado el Código IGF, que los armadores deben tener en cuenta.

Impacto en el medio ambiente

Según DNV GL, el uso de GNL produce la menor cantidad de gases de efecto invernadero (los principales gases de efecto invernadero son vapor de agua, dióxido de carbono, metano y ozono). Sin embargo, el metano no quemado, el componente principal del GNL, genera emisiones 20 veces más potentes como gas de efecto invernadero que el dióxido de carbono (CO2 significa dióxido de carbono).

Sin embargo, según las garantías de los fabricantes de motores de combustible dual, la cantidad de metano no quemado en los equipos modernos no es tan grande, y su uso da lugar a una reducción de los gases de efecto invernadero en el transporte marítimo en un 10-20%.

La huella de carbono (la cantidad de gases de efecto invernadero causados ​​por las actividades de las organizaciones, las actividades de transporte de mercancías) del uso de metanol o hidrógeno es significativamente mayor que la del uso de fuelóleo pesado (HFO) y gasóleo marino (MGO).

Al utilizar fuentes de energía renovables y biocombustibles, la huella de carbono es menor.

El combustible más ecológico es el hidrógeno, producido a partir de energías renovables. El hidrógeno líquido se puede utilizar en el futuro. Sin embargo, tiene un indicador bastante bajo de densidad de energía volumétrica, lo que lleva a la necesidad de crear grandes áreas de almacenamiento.

En términos de emisiones de nitrógeno, los motores de combustión interna de ciclo Otto alimentados con GNC o hidrógeno no necesitan equipos de postratamiento de escape para cumplir con los estándares Tier III. En la mayoría de los casos, los motores diésel de combustible dual no son adecuados para cumplir con el estándar.

Emisiones de nitrógeno de diferentes combustibles.

© Tishinskaya Yu.V., 2014

La relevancia de este tema se debe a que el buque necesita una gran cantidad de combustible para su operación, lo que tiene un efecto perjudicial sobre el medio ambiente, ya que los enormes cargueros emiten anualmente millones de metros cúbicos de dióxido de carbono a la atmósfera, provocando enorme daño a la atmósfera y acercando los glaciares en los polos al derretimiento. Además, debido a los precios inestables de los productos derivados del petróleo y las reservas limitadas de estos minerales, los ingenieros buscan constantemente fuentes de energía y combustibles alternativos.

El transporte marítimo mundial es una fuente importante de contaminación ambiental, ya que el comercio mundial requiere una gran cantidad de petróleo y otros materiales combustibles para los barcos, pero a medida que se presta cada vez más atención a la reducción de las emisiones de CO2, queda claro que ha llegado el momento de hacer cambios. a las plantas de energía o incluso encontrar un reemplazo para ellas.

Actualmente, dentro de un solo país, el consumo de combustibles para motores producidos a partir del petróleo puede alcanzar cientos de millones de toneladas. Al mismo tiempo, el transporte por carretera y marítimo es uno de los principales consumidores de productos petrolíferos y seguirá siendo el principal consumidor de combustibles para motores hasta el período 2040-2050.

Además, un impulso significativo para el desarrollo de esta cuestión es el hecho de que, de acuerdo con los requisitos del Convenio internacional para prevenir la contaminación por los buques, existe un endurecimiento sistemático de los requisitos para el contenido de óxidos de azufre, nitrógeno y carbono, así como material particulado en las emisiones de los barcos. Estas sustancias causan un daño enorme al medio ambiente y son ajenas a cualquier parte de la biosfera.

Los requisitos más estrictos son para las áreas de control de emisiones (ECA). A saber:

Mar Báltico y Mar del Norte

Aguas costeras de EE. UU. Y Canadá

Mar Caribe

· Mar Mediterráneo

Costa de Japón

Estrecho de Malaca, etc.

De este modo, el cambio en los estándares para las emisiones de óxido de azufre de los barcos en 2012 es del 0% y el 3,5% en áreas especiales y en todo el mundo, respectivamente. Y para el 2020, las normas para las emisiones de óxido de azufre de los barcos en estas áreas también ascenderán al 0%, y en todo el mundo ya se reducirán al 0,5%. Por tanto, es necesario resolver el problema de la reducción de las emisiones químicas de sustancias nocivas a la atmósfera por las centrales eléctricas de los barcos y buscar nuevos tipos de combustible o energía más "amigables" para que estos últimos se utilicen en los barcos.

Para abordar estos problemas, se propone introducir innovaciones en dos direcciones diferentes:

1) El uso de tipos de combustible nuevos, más ecológicos y económicos en la operación de los buques;

2) Rechazo del combustible al que estamos acostumbrados a favor de utilizar la energía del sol, el agua, el viento.

Consideremos la primera forma. Los principales tipos de combustibles alternativos son los siguientes:

El biodiesel es un combustible fósil producido a partir de cultivos oleaginosos.

El precio del biodiésel de marca es aproximadamente el doble del precio del combustible diésel convencional. Estudios realizados en 2001/2002 en EE.UU. demostraron que cuando el combustible contiene un 20% de biodiésel, el contenido de sustancias nocivas en los gases de escape aumenta en un 11% y solo el uso de biodiésel puro reduce las emisiones en un 50%;

Los alcoholes son compuestos orgánicos que contienen uno o más compuestos de hidroxilo unidos directamente a un átomo de carbono. Los alcoholes están prohibidos como combustibles de bajo punto de inflamación;

El hidrógeno es el único combustible cuyo producto de combustión no es el dióxido de carbono;

Se utiliza en motores de combustión interna en forma pura o como aditivo para combustibles líquidos. El peligro de su almacenamiento en un barco y los costosos equipos para tal uso hacen que este tipo de combustible sea completamente no prometedor para barcos;

La emulsión de agua y combustible se produce en el barco en una instalación especial; esto ahorra combustible, reduce las emisiones de óxido de nitrógeno (hasta un 30% dependiendo del contenido de agua en la emulsión), pero no afecta significativamente las emisiones de óxido de azufre;

Los gases combustibles licuados y comprimidos permiten eliminar por completo las emisiones de azufre y material particulado a la atmósfera, reducir drásticamente las emisiones de óxidos de nitrógeno en un 80% y reducir significativamente las emisiones de dióxido de carbono en un 30%.

De este modo, se puede argumentar que el único nuevo tipo de combustible, cuyo uso afecta significativamente el desempeño ambiental de los motores marinos, es gas natural.

Pasemos a considerar la segunda forma. El viento y el sol son las fuentes de energía más abundantes en la tierra. Muchas organizaciones ofrecen todo tipo de proyectos para implementarlos en la vida cotidiana.

En la práctica internacional, ya hay varios proyectos completados y aún sin realizar de barcos que utilizan energía eólica y solar para su navegación.

En un esfuerzo por reducir el consumo de combustible de los grandes buques de la marina mercante en los océanos del mundo, un grupo de la Universidad de Tokio desarrolló el proyecto Wild Challenger.

Mediante el uso de velas retráctiles gigantes, que tienen 50 metros de altura y 20 metros de ancho, el consumo anual de combustible se puede reducir hasta en un 30 por ciento. Para un empuje máximo, las velas se gobiernan individualmente y cada vela es telescópica con cinco niveles, lo que permite que se plieguen cuando el clima se pone difícil. Las velas son huecas y curvas, fabricadas en aluminio o plástico reforzado, lo que las hace parecer más alas. Las simulaciones por computadora, así como las pruebas en el túnel de viento, han demostrado que el concepto es capaz de funcionar incluso con viento cruzado. Por lo tanto, el proyecto "Wind Challenger" realmente puede convertirse en el desarrollo de los buques económicos de próxima generación.

Eco Marine Power ha desarrollado un proyecto “ Acuario", Que significa" Acuario "en la traducción. Una característica de este proyecto es el uso de paneles solares como vela.

Estas velas incluso recibieron su propio nombre "vela dura". Formarán parte de un gran proyecto que permitirá a los barcos utilizar fuentes de energía alternativas sin ningún problema en el mar, en la rada y en el puerto. Cada vela de panel cambiará automáticamente de posición mediante el control por computadora, que está siendo desarrollado por una empresa japonesa " KEI System Pty Ltd". Los paneles también se pueden quitar en condiciones climáticas adversas.

El último avance en tecnología solar significa que ahora es posible utilizar una combinación de paneles solares y velas, y este hecho coloca a este proyecto a la vanguardia del desarrollo de la construcción naval moderna.

Sistema " Acuario»Está diseñado de tal manera que no requiere mucha atención por parte de la tripulación del barco y es relativamente fácil de instalar. Los materiales con los que se fabrican la vela rígida y otros componentes del sistema se reciclan.

Sistema " Acuario»Se volverá atractivo para la inversión de empresas navieras y operadores de barcos, debido a la rápida amortización del proyecto.

Se puede concluir que ambos caminos están diseñados para resolver los mismos problemas. La implementación de estos proyectos tiene un impacto significativo en el transporte marítimo mundial, contribuyendo a una reducción significativa de la contaminación ambiental y reduciendo los costos de combustible y mantenimiento. Qué elegir es asunto de todos. Una forma más fácil de implementar es el uso de combustible económico, ya que esta tecnología no requiere un reemplazo completo de la flota, pero puede usarse en barcos existentes, pero aún queda un cierto nivel de costos de combustible y emisiones de sustancias nocivas a la atmósfera. . La elección a favor de la construcción de barcos que utilicen fuentes de energía alternativas en su operación, por un lado, requiere un reemplazo completo de la flota, pero por otro lado, elimina los costos de combustible y reduce significativamente varios tipos de contaminación ambiental.

Literatura

1. Sokirkin V.A. Derecho marítimo internacional: libro de texto / Sokirkin V.A.,

Shitarev V.S. - M: Relaciones internacionales, 2009. - 384 p.

2. Shurpyak V.K. El uso de tipos de energía alternativos y alternativos

combustibles en buques de mar [recurso electrónico]. - Modo de acceso a documentos:

http://www.korabel.ru/filemanager

3. Buques del futuro [recurso electrónico]. - Modo de acceso a documentos:

http://korabley.net/news/korabli_budushhego/2010-04-05-526

4. Los barcos económicos son posibles [recurso electrónico]. - Modo de acceso a

documento: http: //korabley.net/news/ehkonomichnye_suda_vozmozhny/2014-01-06-

5. El sistema alternativo "Acuario" puede cambiar el transporte marítimo

[recurso electrónico]. - Modo de acceso a documentos: http://shipwiki.ru/sovremennye_korabli/na_ostrie_progressa/alternativnaya_sistema_emp_aquarius.html

Habiendo alcanzado más de 30 rublos por litro de gasolina AI-92 en la inmensa mayoría de las estaciones de servicio. Además, los expertos predicen que los nuevos aumentos en los precios de la gasolina son inevitables, y esto naturalmente plantea la pregunta de cuáles podrían ser las alternativas a los automóviles de gasolina (y diésel).

Echemos un vistazo a algunas estadísticas sobre los precios del combustible para los productos refinados del petróleo:

Dinámica del crecimiento de los precios de la gasolina AI-92

La dinámica del crecimiento de los precios del combustible diesel

Estadísticas de precios de la gasolina en varios países

Bueno, resulta que existen muchas alternativas de este tipo. Y muchos de ellos están en vías de creación o incluso en concesionarios en este momento. Si bien algunas de las alternativas tomarán algún tiempo antes de que se generalicen, sigue siendo bastante interesante saber en qué direcciones están trabajando las empresas hoy, que se preocupan por los automóviles que conducirán en el futuro ... el futuro.

Entonces, ¿qué combustibles alternativos existen hoy?

Hidrógeno

El uso de hidrógeno para alimentar su automóvil puede evocar imágenes de Hindenburg, pero en realidad es bastante seguro. En realidad, el hidrógeno puede estar presente como combustible como tal en dos tipos diferentes de automóviles: automóviles con pilas de combustible de hidrógeno y automóviles que tienen un motor de combustión interna diseñado para usar hidrógeno en lugar de gasolina.

En el primer caso, el hidrógeno se utiliza para generar electricidad, que luego se utiliza para alimentar el motor eléctrico. Así es como un coche de hidrógeno utiliza una pila de combustible para generar su propia electricidad. En un proceso químico en una celda de combustible, el hidrógeno y el oxígeno se combinan para crear electricidad, y el único subproducto de este proceso es el vapor de agua. Esta tecnología ya se está utilizando en el Honda FCX Clarity y actualmente está ganando cada vez más calificaciones.

En un motor de combustión interna, el hidrógeno es una fuente de combustible en lugar de la gasolina habitual o el combustible diesel. En lugar de las nocivas emisiones de CO 2 que produce la gasolina, nuevamente, los autos de hidrógeno solo producen vapor de agua. Actualmente, muchos fabricantes de automóviles están probando coches de hidrógeno. Actualmente, BMW Hydrogen 7 es quizás el más famoso de ellos: la compañía ha alquilado varios prototipos en Alemania y los EE. UU., Y algunas pruebas incluso han demostrado que el automóvil realmente limpia el aire a su alrededor durante el funcionamiento.

Sin embargo, los coches de hidrógeno todavía no se han generalizado en gran parte porque en la actualidad se carece de la infraestructura necesaria para las estaciones de repostaje de hidrógeno. Pero el siguiente tipo de combustible alternativo es algo más fácil de encontrar y, de hecho, lo está utilizando ahora mismo.

Electricidad

Podría parecer que los coches eléctricos son un avance bienvenido en el uso de combustibles alternativos. Pero el hecho es que algunos de los primeros automóviles ya usaban motores eléctricos. Sin embargo, es solo debido a los desarrollos recientes, incluida la adopción generalizada de vehículos Tesla como resultado de una campaña activa de relaciones públicas, que los automóviles eléctricos se han convertido en un método más viable para la conducción diaria.

Pero, ¿qué está impidiendo que la tecnología penetre en el público en general? Tecnología de baterías y motores. Mover un automóvil requiere mucha energía, y se necesita mucha energía para hacerlo a altas velocidades y largas distancias. En el pasado, los coches eléctricos no podían viajar largas distancias (más de unos pocos kilómetros) y, una vez que se agotaban las baterías, tardaban muchas horas en recargarse. El hecho es que el motor eléctrico en sí es bastante glotón en términos de consumo de electricidad. Agregue a esto el enorme peso de la batería en sí (en un automóvil eléctrico moderno, puede ser la mitad de la masa de todo el automóvil), y las desventajas de este tipo de combustible alternativo serán bastante significativas.

Sin embargo, con la nueva tecnología de baterías, algunos fabricantes de automóviles han superado estas limitaciones. Las nuevas baterías (baterías de iones de litio, para ser precisos) son las mismas que las instaladas en su teléfono celular o computadora portátil. Se cargan lo suficientemente rápido y duran más. Y los autos como el Tesla Model S los usan no solo para moverse en el sentido físico de la palabra, sino para obtener un rendimiento digno de los superdeportivos. Otros vehículos que también están ganando terreno en el mercado, como el Chevy Volt y el Toyota Prius, por ejemplo, están utilizando este tipo de baterías en combinación con un motor de combustión interna para crear una nueva clase de vehículo con un rango extendido de fuente de viaje. utilización. Las baterías se pueden cargar enchufando la máquina a una toma de corriente normal; sin embargo, cuando la batería comienza a agotarse, el generador de gasolina se enciende para recargar la batería y evitar que el vehículo se detenga.

Biodiesel

Esperamos que haya escuchado el consejo de que una dieta baja en grasas con alimentos fritos limitados es buena para su salud. Sin embargo, no es necesariamente cierto lo mismo para su vehículo.

El biodiésel es un tipo de combustible que se produce a partir de aceite vegetal. Cualquier automóvil con motor diesel puede funcionar en él, pero no intente arrancar el motor apretando un pañuelo de papel de su última visita a McDonald's en el tanque de combustible. Para propulsar un automóvil, el aceite debe convertirse en biodiésel mediante un proceso químico específico.

El proceso en sí se puede realizar en casa. De hecho, muchos amantes del biodiésel fabrican su propio combustible utilizando aceite vegetal de los restaurantes locales. Sin embargo, existe poco riesgo asociado con este proceso. Si lo hace mal, puede dañar mucho su automóvil (sin mencionar su hogar y su propia seguridad). Antes de intentar hacer biodiesel a partir de cualquier receta que haya encontrado, asegúrese de que sea una buena idea practicando durante un tiempo con alguien que ya lo haya hecho con éxito.

Sin embargo, los entusiastas del biodiésel están muy contentos con esta idea. Este combustible no solo es significativamente más barato y más limpio que el combustible diesel fósil, sino que también le dará a los gases de escape de su automóvil el olor a papas fritas ... ¡No es broma!

Etanol

Ahora sabe que puede arrancar un automóvil incluso con aceite vegetal, pero ¿qué sucede si le disgusta mucho conducir por una ciudad que huele a papas fritas o si tiene alergias o asociaciones desagradables con este olor? ¿Cuáles son las otras opciones? De hecho, existen otras opciones para hacer que el coche funcione con verduras.

El etanol también es uno de los combustibles alternativos más utilizados. A menudo se agrega a la gasolina durante el verano para ayudar a reducir las emisiones. El etanol es en realidad un tipo de alcohol (pero ni siquiera piense en beberlo) elaborado a partir de material vegetal. En Estados Unidos se suele elaborar a partir de maíz, mientras que en otros países, como Brasil, se elabora con caña de azúcar.

Hoy en día, bastantes fabricantes de automóviles ofrecen sus automóviles con motores multicombustible. Estos motores pueden funcionar con gasolina tradicional o etanol E85 en una mezcla de combustible donde el combustible es 15 por ciento de gasolina y 85 por ciento de etanol. El etanol es ampliamente reconocido como una buena forma de abaratar la gasolina en países donde se compra petróleo a otros países; Estados Unidos es un excelente ejemplo de esto. Sin embargo, se necesita mucha energía para producir etanol, por lo que donde el petróleo es más barato, ya que se produce en el país (Rusia es uno de esos países), el etanol no es particularmente rentable. Además, existe una opinión inusual de que, dado que los agricultores pueden ganar más dinero cultivando cultivos para la producción de etanol, dejarán de cultivar esos cultivos para la alimentación, lo que podría aumentar drásticamente los precios de los alimentos.

A pesar de estas preocupaciones, hoy el etanol ofrece muchos beneficios como combustible alternativo, y la red de estaciones de llenado de etanol en varios países sigue creciendo.

Gas natural licuado

Continuando con el tema culinario, observamos el siguiente tipo de combustible alternativo, que, sin embargo, no se elabora a partir de alimentos, sino que también se puede encontrar en la cocina. A diferencia del etanol y el biodiesel, esto no es algo que pueda comer o beber en su sustancia original, pero es lo que los mejores chefs usan para preparar alimentos: gas natural.

El gas natural es un combustible fósil. Sí, no es un producto del todo respetuoso con el medio ambiente, pero como resultado de su uso en automóviles, se producen emisiones ligeramente menos nocivas. El gas natural, que suele utilizar para cocinar alimentos y calentar su hogar, es gas natural a muy baja presión por lo que se licua para proporcionar mucha más energía y ocupar menos espacio. Cuando se quema gas natural licuado (GNL), libera mucha más energía. Entonces, por ejemplo, en lugar de simplemente calentar la sopa (el gas natural sin comprimir lo hace bien), el gas natural licuado puede alimentar equipos grandes como un camión. En general, este es el propósito principal para el que se utiliza: impulsar camiones pesados ​​que viajan largas distancias.

Gas de petróleo licuado

Si ha ido de picnic recientemente, probablemente esté familiarizado con nuestro próximo combustible alternativo: GLP (o simplemente GLP). ¿Aún no estás seguro de haber visto esto alguna vez? Bueno, entonces recuerde los quemadores de gas con latas de propano o las "gacelas" de carga con un cilindro de propano rojo en lugar de un tanque de gas.

El propano es un nombre genérico para el GLP, aunque esto no es del todo cierto. El GLP es un gas hidrocarbonado a baja presión. Se compone principalmente de propano, pero también incluye otros gases de hidrocarburos y, sobre todo, butano. El GLP se almacena a presión para que esté en forma líquida. Al igual que el gas natural licuado, el gas licuado de petróleo (GLP) proporciona mucha más energía a la vez que es denso y, por lo tanto, más útil para impulsar automóviles y camiones.

El gas licuado funciona en un motor de combustión interna ordinario después de modificaciones muy menores (es correcto llamarlo instalación de GLP en un automóvil: adaptación del automóvil para el uso de "propano"). Si bien este tipo de combustible no se usa mucho para automóviles en muchos países, como Estados Unidos, por ejemplo, en varios países hasta el 10 por ciento del uso de combustible de motor proviene del gas licuado de petróleo, y nuestro país es uno de los líderes en este sentido uso de GLP.

Gas natural comprimido

El último de los tres combustibles alternativos que tienen nombres similares y se confunden fácilmente es el gas natural comprimido (GNL), que está dominado por el metano.

El gas natural comprimido es el mismo combustible que se puede usar en su hogar para cocinar y calentar, y funciona en su hogar. En el caso de un vehículo, el GNL también se almacena en cilindros de alta presión. Y esta es la próxima modificación de los combustibles fósiles gaseosos, que es la más respetuosa con el medio ambiente, produce la menor cantidad de emisiones de CO2 a la atmósfera con los mismos indicadores de rendimiento, pero al mismo tiempo también es una de las más voluminosas: se encoge menos. todo cuando se enfría a baja presión, ocupando mucho más espacio en el automóvil que los dos combustibles alternativos anteriores.

Aire comprimido

El aire está en todas partes, así que ¿por qué no usarlo como combustible para su automóvil? Y, aunque esto parece una idea loca, porque el aire simplemente no se quema, los automóviles aún pueden funcionar con aire comprimido.

En este tipo de máquinas, el aire se comprime en tuberías de alta presión. Mientras que un motor típico usa aire mezclado con gasolina (o diesel), que luego se enciende con una chispa (o alta presión en el caso de un diesel) para generar energía, un motor de aire comprimido usa la expansión de aire comprimido de una tubería de alta presión para generar energía. generar potencia accionar los pistones del motor.

Sin embargo, los vehículos de aire comprimido no funcionan completamente con este mismo aire. Los motores eléctricos también están presentes a bordo del automóvil para comprimir el aire y luego enviarlo a las tuberías de alta presión del automóvil. Sin embargo, estos autos no pueden considerarse autos completamente eléctricos, principalmente porque los motores eléctricos aquí no impulsan directamente el automóvil, impulsando sus ruedas. Los motores eléctricos son mucho más pequeños que los que se utilizan en los coches eléctricos, donde la función principal del motor es propulsar el coche. Por tanto, los vehículos de aire comprimido consumen mucha menos energía que los vehículos eléctricos.

Un nitrógeno líquido

El nitrógeno líquido es otra alternativa a los productos refinados del petróleo. Como el hidrógeno, el nitrógeno se encuentra en abundancia en nuestra atmósfera. Además, al igual que el hidrógeno, los automóviles que funcionan con nitrógeno emiten muchas menos emisiones que la gasolina o el diésel. Pero, mientras que el hidrógeno se usa en las celdas de combustible de los automóviles, así como en los motores de combustión interna, los automóviles de nitrógeno líquido requieren un tipo de motor muy diferente.

De hecho, el nitrógeno líquido utiliza un motor similar al que se utiliza en una máquina neumática. En un motor de este tipo, el nitrógeno se almacena en estado licuado bajo una presión tremenda. Para impulsar el automóvil, se libera nitrógeno en el motor, donde se calienta y se expande para generar energía. Mientras que un motor típico de gasolina o diesel usa la combustión para hacer que los pistones se muevan, un motor de nitrógeno líquido usa la expansión de nitrógeno para impulsar las turbinas de energía.

Como forma ecológica y eficiente de impulsar un vehículo, el nitrógeno líquido enfrenta los mismos obstáculos que muchos combustibles alternativos: la falta de una red nacional de estaciones de servicio para entregarlo a los consumidores.

Carbón

El siguiente combustible alternativo en nuestra lista probablemente sea una sorpresa, y muchos podrían pensar que es un combustible bastante obsoleto.

Técnicamente, el carbón es un combustible alternativo relativamente nuevo para los automóviles, indirectamente, de una forma u otra, porque todo lo nuevo está olvidado, aunque algunos trenes todavía funcionan con carbón. Sin embargo, en el siglo XXI, los propietarios no tendrán que sacar carbón de un balde a incineradores si eso es lo que se piensa de inmediato.

Al mismo tiempo, como un motor eléctrico en el caso de un suministro de aire comprimido a un automóvil, el carbón no alimenta directamente al motor. Hablemos: los vehículos eléctricos (en su mayor parte) no generan su propia electricidad. Llevan energía en sus baterías cargadas. Y las baterías se cargan de una toma de corriente estándar, que extrae energía potencial de una planta de energía, que a su vez extrae energía ... de la quema de carbón en la mayoría de los casos. De hecho, el 50 por ciento de la electricidad mundial proviene de centrales eléctricas de carbón. Esto significa que cuando recorre todo el camino a través de la cadena energética, muchas máquinas eléctricas son en realidad máquinas que funcionan con carbón.

Si bien el carbón tiene desventajas similares a la gasolina, también tiene algunas ventajas. Por kilómetro de viaje, la electricidad a partir del carbón es una forma más barata de alimentar un automóvil que la gasolina. Además, muchos países tienen grandes reservas de carbón, mucho más que gasolina. Además, las personas que obtienen su electricidad de otras fuentes, como centrales hidroeléctricas o nucleares, contaminan aún menos la atmósfera.

Energía solar

Simplemente diga este hermoso nombre en voz alta: "coche solar". Un automóvil solar es esencialmente un vehículo eléctrico convencional que funciona con energía solar, extraído de los paneles solares de un automóvil. Sin embargo, los paneles solares no se pueden usar actualmente para alimentar directamente el motor de un automóvil debido a la energía insuficiente, pero se pueden usar para ampliar el rango de energía y ahorrar energía de las baterías de dichos vehículos eléctricos.

Dimetil éter

El dimetiléter (DME) es un combustible alternativo prometedor en motores diésel, motores de gasolina y turbinas de gas debido a su alto índice de cetano (análogo al octanaje de la gasolina, que determina la calidad de combustión del combustible durante la compresión), que es de 55 unidades en comparación. a 40 Diesel tiene 53 unidades. Dicho esto, se necesitan muy pocos cambios para convertir un motor diesel en un motor de éter dimetílico. Debido a la baja cantidad de emisiones nocivas, DME cumple con los estándares de toxicidad más estrictos de Europa (Euro-5).

El DME se está desarrollando como un biocombustible sintético de segunda generación (BioDME), que puede fabricarse a partir de biomasa lignocelulósica, y actualmente es el más utilizado por el fabricante de automóviles Volvo.

Amoníaco

Los motores de gas amoniaco se han utilizado desde la Segunda Guerra Mundial para propulsar autobuses en Bélgica. El amoníaco líquido también impulsa varios motores de cohetes en todo el mundo. Aunque no es tan potente o altamente eficiente como otros combustibles, el amoníaco no deja hollín en los motores reutilizables y su densidad es aproximadamente la misma que la de un oxidante.

El amoníaco se ha propuesto durante mucho tiempo como una alternativa práctica a los combustibles fósiles para motores de combustión interna. El poder calorífico del amoniaco es de 22,5 MJ / kg, que es aproximadamente la mitad del poder calorífico del combustible diesel. El amoníaco se puede utilizar en motores existentes con modificaciones bastante menores en carburadores o inyectores.

Sin embargo, la principal desventaja del amoníaco es, por supuesto, su alta toxicidad.

Vapor de agua

Es esencialmente un automóvil de vapor extinto hoy, que tiene una máquina de vapor, y también funciona con otros combustibles que forman este mismo vapor de agua. El etanol, el carbón e incluso la madera se utilizan como combustible. El combustible se quema en la caldera y el calor convierte el agua en vapor. Cuando el agua se convierte en vapor, se expande. La expansión crea una presión que empuja los pistones, lo que a su vez hace que el eje de la hélice gire.

Los coches de vapor tardan mucho entre empezar a trabajar y conducir un coche de este tipo, pero algunos de ellos pueden alcanzar velocidades bastante altas, más de 160 km / h al final. Entonces, los autos más exitosos comenzaron a moverse después de arrancar en aproximadamente medio minuto a un minuto.

La máquina de vapor utiliza combustión externa a diferencia de los motores de combustión interna. Los automóviles que funcionan con gasolina son más eficientes con una eficiencia de entre el 25% y el 28%. Pero todo esto es en teoría, los ejemplos prácticos de máquinas de vapor en términos de eficiencia son solo alrededor del 5-8% en comparación con los motores de combustión interna convencionales.

Fuerza muscular humana

¡Oh, sí, este es el tipo de combustible alternativo más ineficaz y no simplemente no elegible! Sin embargo, en un número muy reducido de vehículos, cuya demanda está disminuyendo rápidamente, se utiliza la energía humana para mejorar la eficiencia de las baterías, que son la principal fuente de energía para conducir un vehículo. Dos de estos vehículos comerciales, que vieron una breve "luz", fueron el "Sinclair C5" y "Twike".

Algas marinas

Los biocombustibles derivados de algas, llamados biocombustibles de tercera generación, son un combustible alternativo relativamente nuevo. En esencia, el motor de las algas se basa en la descomposición de estas algas, como resultado de lo cual se libera metano, que se utiliza como combustible principal para propulsar el automóvil.

En Estados Unidos, se estima que unas 200 hectáreas de estanques en los que se cultivará cierto tipo de algas, que son las más aptas para alimentar a los coches, pueden proporcionar hasta un 5% de todos los coches del país con dicho combustible. Sin embargo, en los Estados Unidos, esta tecnología no echó raíces debido al costo relativamente más bajo del aceite y los altos requisitos de crecimiento de dichas algas (alta temperatura y cierto entorno).

Combustibles alternativos: comparación

Tipo de combustible	pros	Desventajas	Ejemplos de coches famosos	Evaluación ambiental	Costo frente a gasolina o diésel
Hidrógeno	Amabilidad del medio ambiente	Alta temperatura de combustión	BMW hidrógeno 7 Chevrolet Equinox	Alto	Alto
Electricidad	Amabilidad del medio ambiente Tamaño de motor pequeño Silencio Disponibilidad de suministro de energía (enchufes regulares)	Gran masa de batería Bajo kilometraje con una batería Carga de batería prolongada	Tesla modelo s Tesla roadster Chevy voltio Toyota Prius	Alto	Bajo
Biodiesel	Facilidad para fabricar biodiésel Amabilidad del medio ambiente Posibilidad de uso en motores de combustión interna. Buen rendimiento lubricante Alto índice de cetano	La necesidad de un calentamiento prolongado del motor en invierno. Vida útil baja (3 meses) Aumento del costo de los productos agrícolas en el caso de un consumo generalizado de biodiésel	-	Alto	Moderadamente alto
Etanol	Buena inflamabilidad	Casi imposible de usar en invierno Aumento del costo de los productos agrícolas en el caso de un consumo generalizado de etanol En países donde no se produce petróleo, no es rentable utilizar etanol	-	Promedio	Bajo
Gas natural licuado	Respetuoso con el medio ambiente ligeramente mejor que los productos derivados del petróleo	Dificultad para transportar grandes volúmenes.	Camiones	Promedio	Moderadamente bajo
Gas de petróleo licuado	No tóxico Número de octanaje alto Equipo de infraestructura para estaciones de servicio.		Cualquier automóvil después de la modificación mediante la instalación de GLP	Promedio	Moderadamente bajo
Gas natural comprimido	Alta eficiencia No tóxico Rentabilidad	Peligro de cilindro de alta presión en el vehículo Mínima compresibilidad cuando se enfría	Edición especial Honda Civic GX	Promedio	Moderadamente bajo
Aire comprimido	Mejor economía que los vehículos eléctricos	Baja eficiencia	AirPod	Alto	Bajo
Un nitrógeno líquido	Amabilidad del medio ambiente Reemplazo completo del motor	Peligro de cilindro de alta presión en el vehículo Falta de infraestructura con desarrollo activo	Volkswagen CooLN2Coche	Alto	Similar
Carbón	-	-	-	Bajo	Moderadamente bajo
Energía solar	Costo casi nulo Amabilidad del medio ambiente	Se requiere un área grande para el consumo de energía de la batería	Desafío solar	Alto	Bajo
Dimetil éter	Alto índice de cetano Amabilidad del medio ambiente	-	Coches experimentales Volvo, Nissan y KAMAZ	Moderadamente alto	Similar
Amoníaco	Amabilidad del medio ambiente de los gases de escape	Rendimiento de baja potencia Alta toxicidad	Camilla Goldsworthy Chevrolet Impala Edición Especial	Promedio	Similar
Vapor de agua	Amabilidad del medio ambiente	Largo proceso de conducción del coche. Gran espacio ocupado Alto costo de uso (se requiere calentamiento de agua) Muy baja eficiencia	Vaporizador Stanley	Alto	Alto
Fuerza muscular humana	Amabilidad del medio ambiente	Eficiencia más baja Sin sentido	Sinclair c5 Twike	Alto	Alto
Algas marinas	Amabilidad del medio ambiente	Se requieren ciertas condiciones de crecimiento	-	Alto	Alto

Consumo de combustibles alternativos para 2011