Несколько распространенных топливных смесей этанола используются по всему миру. Использование чистого водного или безводного этанола в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) возможно только в том случае, если двигатели спроектированы или модифицированы для этой цели, и используются только в автомобилях , легких грузовиках и мотоциклах. Безводный этанол можно смешивать с бензином (бензином) для использования в бензиновых двигателях, но с высоким содержанием этанола только после модификации двигателя для измерения увеличенного объема топлива, поскольку чистый этанол содержит только 2/3 БТЕ эквивалентного объема чистого бензина. Высокопроцентные смеси этанола используются в некоторых гоночных двигателях, поскольку очень высокое октановое число этанола совместимо с очень высокими степенями сжатия.
Топливные смеси на основе этанола имеют номера "E", которые описывают процентное содержание этанольного топлива в смеси по объему, например, E85 - это 85% безводного этанола и 15% бензина. Смеси с низким содержанием этанола обычно имеют диапазон от E5 до E25, хотя на международном уровне наиболее распространенное использование этого термина относится к смеси E10.
Смеси E10 или ниже используются в более чем 20 странах мира, во главе с Соединенными Штатами, где этанол составлял 10% поставок бензинового топлива в США в 2011 году. [1] Смеси от E20 до E25 используются в Бразилии с конца 1970-х годов. E85 обычно используется в США и Европе для автомобилей с гибким топливом . Водный этанол или E100 используется в бразильских автомобилях на чистом этаноле и легковых автомобилях с гибким топливом, а водяной E15, называемый hE15, для современных бензиновых автомобилей в Нидерландах. [2]
E10, топливная смесь из 10% безводного этанола и 90% бензина, иногда называемая газохолом , может использоваться в двигателях внутреннего сгорания большинства современных автомобилей и легковых транспортных средств без необходимости внесения каких-либо изменений в двигатель или топливную систему. Смеси E10 обычно оцениваются как имеющие на 2–3 октановых числа выше, чем обычный бензин, и одобрены для использования во всех новых автомобилях США, а также обязательны в некоторых областях из-за выбросов и других причин. [3]
Другие распространенные смеси включают E5 и E7. Эти концентрации, как правило, безопасны для современных двигателей, которые должны работать на чистом бензине. По состоянию на 2006 год предписания по смешиванию биоэтанола с автомобильным топливом были приняты по крайней мере в 36 штатах/провинциях и 17 странах на национальном уровне, причем большинство предписаний требуют смешивания 10–15% этанола с бензином. [4]
Одной из мер альтернативного топлива в США является « галлон бензинового эквивалента » (ГЭБ). В 2002 году в США в качестве моторного топлива использовался этанол, эквивалентный 137 000 тераджоулей (3,8 × 1010 кВт ·ч), энергетический эквивалент 1,13 миллиарда галлонов США (4,3 гигалитров) бензина. Это составило менее 1% от общего количества использованного топлива в том году. [5]
E10 и другие смеси этанола считаются полезными для снижения зависимости США от иностранной нефти и могут сократить выбросы оксида углерода (CO) на 20–30 % при правильных условиях. [6] Хотя E10 действительно снижает выбросы CO и парниковых газов, таких как CO2 , примерно на 2 % по сравнению с обычным бензином, он может вызвать увеличение выбросов испарений и некоторых загрязняющих веществ в зависимости от таких факторов, как возраст транспортного средства и погодные условия. [7] По данным Министерства энергетики Филиппин, использование до 10 % смеси этанола и бензина не вредит топливным системам автомобилей. [8] Как правило, автомобильный бензин, содержащий спирт (этанол или метанол), не рекомендуется использовать в самолетах. [9]
Исследование, проведенное в 2011 году Техническим исследовательским центром Финляндии VTT, не выявило практически никакой разницы в расходе топлива в нормальных условиях вождения между коммерческими сортами бензина 95E10 и 98E5, продаваемыми в Финляндии, несмотря на общественное мнение, что расход топлива значительно выше при использовании 95E10. VTT провел сравнительный тест в контролируемых лабораторных условиях, и их измерения показали, что на расстоянии 100 километров (62 мили) протестированные автомобили использовали в среднем 10,30 литров (2,27 имп галлона; 2,72 галлона США) 95E10, по сравнению с 10,23 литрами (2,25 имп галлона; 2,70 галлона США) 98E5. Разница составила 0,07 в пользу 98E5 в среднем, что означает, что использование бензина 95E10, который имеет более высокое содержание этанола, увеличивает расход на 0,7%. При нормализации измерений разница становится 1,0%, что в значительной степени согласуется с оценкой теплотворной способности, основанной на приблизительном составе топлива, которая составила 1,1% в пользу E5. [57]
В Швеции весь 95-октановый бензин — это E10 (от 6 до 10 процентов этанола) с 1 августа 2021 года, когда доля этанола была увеличена с E5. В начале-середине 1990-х годов некоторые топливные сети также продавали E10. Все новые и многие старые бензиновые автомобили, купленные в Швеции, должны с этим справляться, [61] поскольку с января 2011 года Директива о качестве топлива (Директива 2009/30/EC) применяется посредством ее транспонирования в законодательство Швеции как члена 27 государств-членов ЕС. [62]
E15 содержит 15% этанола и 85% бензина. Это, как правило, самое высокое соотношение этанола к бензину, которое возможно использовать в автомобилях, рекомендованных некоторыми автопроизводителями для работы на E10 в США. [63] [64] Это связано с гидрофильностью и растворяющей способностью этанола.
В результате принятия Закона об энергетической независимости и безопасности 2007 года , который предусматривает увеличение использования возобновляемых видов топлива для транспортного сектора, Министерство энергетики США начало оценку возможности использования промежуточных смесей этанола в существующем автопарке в качестве способа обеспечения более высокого потребления этанольного топлива. [65] Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) провела испытания для оценки потенциального воздействия промежуточных смесей этанола на устаревшие автомобили и другие двигатели. [65] [66] В предварительном отчете, опубликованном в октябре 2008 года, NREL представила результаты первых оценок воздействия смесей бензина E10, E15 и E20 на выбросы выхлопных газов и испарения, долговечность катализатора и двигателя, управляемость автомобиля, работоспособность двигателя, а также материалы автомобиля и двигателя. [65] [66] В этом предварительном отчете обнаружено, что ни на одном из автомобилей не загорелся индикатор неисправности в результате использования этанольной смеси; не было обнаружено никаких признаков засорения топливного фильтра; Никаких проблем с холодным запуском не наблюдалось при лабораторных условиях 24 °C (75 °F) и 10 °C (50 °F); и, как и ожидалось, компьютерные технологии, доступные в новых моделях транспортных средств, адаптируются к более высокому октановому числу, что приводит к снижению выбросов при большей мощности и, в некоторых случаях, к большей экономии топлива. [65]
Другие источники делают противоположное заявление об экономии топлива. Согласно Consumer Reports , «этанол не такой энергоемкий, как обычный бензин, поэтому вы увидите худшую экономию топлива с газом E15». [67]
В марте 2009 года лоббистская группа из этаноловой промышленности Growth Energy официально обратилась в Агентство по охране окружающей среды США (EPA) с просьбой разрешить увеличить содержание этанола в бензине с 10% до 15%. Среди организаций, проводивших такие исследования, были Департамент энергетики, штат Миннесота, Ассоциация возобновляемых видов топлива , Рочестерский технологический институт , Миннесотский центр автомобильных исследований и Стокгольмский университет в Швеции. [68]
В октябре 2010 года EPA предоставило разрешение на продажу до 15% этанола, смешанного с бензином, только для легковых автомобилей и легких пикапов с модельным годом 2007 или позже, что составляет около 15% транспортных средств на дорогах США. [69] [70] [71] В январе 2011 года разрешение было расширено, чтобы разрешить использование E15, включив в него легковые автомобили модельного года 2001–2006. EPA также решило не предоставлять никаких разрешений на использование E15 в любых мотоциклах, большегрузных транспортных средствах или внедорожных двигателях, поскольку текущие данные испытаний не поддерживают такое разрешение. По данным Ассоциации возобновляемых видов топлива, освобождение от E15 теперь распространяется на 62% транспортных средств на дорогах США, а группа по этанолу оценивает, что если бы все автомобили и пикапы 2001 года и более новые использовали E15, теоретический предел для использования этанола составил бы приблизительно 17,5 миллиардов галлонов (66,2 миллиарда литров) в год. EPA все еще изучает, могут ли старые автомобили выдержать 15% этаноловую смесь. [72] [73]
Отказ EPA разрешает продажу E15 только с 15 сентября по 31 мая из черного шланга и желтого шланга для автомобилей с гибким топливом только с 1 июня по 14 сентября. Розничные торговцы избегают строительства инфраструктуры из-за дорогостоящих нормативных требований, которые создали практический барьер для коммерциализации более высокосортной смеси. Большинство заправочных станций не имеют достаточного количества насосов, чтобы предложить новую смесь, лишь немногие существующие насосы сертифицированы для выдачи E15, и нет специальных резервуаров для хранения E15. Кроме того, некоторые государственные и федеральные правила должны будут измениться, прежде чем E15 можно будет легально продавать. [69] [70] Национальная ассоциация магазинов шаговой доступности, которая представляет большинство розничных продавцов бензина, считает, что потенциал реального спроса на E15 невелик, «потому что автомобильная промышленность не принимает это топливо и не корректирует свои гарантии или рекомендации по типу топлива». Одним из возможных решений инфраструктурных барьеров является внедрение насосов-смесителей, которые позволяют потребителям поворачивать ручку, чтобы выбрать уровень этанола, что также позволит владельцам автомобилей с гибким выбором топлива покупать топливо E85. [73]
В июне 2011 года Агентство по охране окружающей среды совместно с Федеральной торговой комиссией вынесло окончательное решение относительно предупредительной этикетки E15, которая должна быть размещена на всех топливораздаточных колонках E15 в США, чтобы информировать потребителей о том, какие транспортные средства могут, а какие транспортные средства и оборудование не могут использовать смесь E15. Как Альянс производителей автомобилей , так и Национальная ассоциация нефтехимической и нефтеперерабатывающей промышленности жаловались, что полагаться исключительно на эту предупредительную этикетку недостаточно для защиты потребителей от неправильной заправки. [74] [75] В июле 2012 года заправочная станция в Лоуренсе, штат Канзас, стала первой в США, которая начала продавать смесь E15. Топливо продается через насос-смеситель, который позволяет клиентам выбирать между E10, E15, E30 или E85, причем последние смеси продаются только для транспортных средств с гибким топливом . [76] По состоянию на июнь 2013 года [обновлять]из 180 000 станций в США около 24 продают E15 . [77]
В декабре 2010 года несколько групп, включая Альянс производителей автомобилей, Американский институт нефти , Ассоциацию международных производителей автомобилей , Национальную ассоциацию производителей морского транспорта, Институт внешнего силового оборудования и Ассоциацию производителей продуктов питания , подали иск против Агентства по охране окружающей среды в Апелляционный суд Соединенных Штатов по округу Колумбия . Истцы утверждали, что Агентство по охране окружающей среды не имеет полномочий выдавать «частичный отказ», который распространяется на некоторые автомобили и не распространяется на другие. Среди прочих аргументов группы утверждали, что более высокая этаноловая смесь является проблемой не только для автомобилей, но и для топливных насосов и подземных резервуаров, не предназначенных для смеси E15. Также утверждалось, что рост цен на этанол способствовал большому скачку цен на кукурузу в последние годы. [78] [79] В августе 2012 года федеральный апелляционный суд отклонил иск против Агентства по охране окружающей среды. Дело было отклонено по технической причине, поскольку суд постановил, что группы не имеют законного права оспаривать решение Агентства по охране окружающей среды о выдаче разрешения на выбросы E15. [79] [80] В июне 2013 года Верховный суд США отказался рассматривать апелляцию промышленных групп, выступавших против решения Агентства по охране окружающей среды относительно выбросов E15, и оставил в силе решение федерального апелляционного суда 2012 года. [77]
По состоянию на ноябрь 2012 года [обновлять]продажа E15 в Калифорнии не разрешена, и, по данным Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (CARB), смесь все еще ожидает одобрения, а в публичном заявлении агентства говорится, что « потребуется несколько лет, чтобы завершить испытания транспортных средств и разработать правила, необходимые для вывода нового транспортного топлива на рынок Калифорнии ». [81]
Согласно опросу, проведенному Американской автомобильной ассоциацией (ААА) в 2012 году, только около 12 миллионов из более чем 240 миллионов легковых автомобилей на дорогах США в 2012 году, одобренных производителями, полностью соответствуют бензину E15. По данным ассоциации, BMW , Chrysler , Nissan , Toyota и Volkswagen предупредили, что их гарантии не будут покрывать ущерб, связанный с E15. [82] Несмотря на разногласия, в целях соответствия правилам EPA автомобили 2012 и 2013 модельных годов , произведенные General Motors, могут использовать топливо, содержащее до 15 процентов этанола, как указано в руководствах по эксплуатации транспортных средств. Однако автопроизводитель предупредил, что для автомобилей модельного года 2011 или более ранних они «настоятельно рекомендуют клиентам GM обращаться к своим руководствам по эксплуатации для правильного обозначения топлива для своих транспортных средств». Ford Motor Company также производит все свои автомобили 2013 года, совместимые с E15, включая гибридные электромобили и автомобили с двигателями Ecoboost . [83] Porsche, выпущенные с 2001 года, также одобрены производителем для использования E15. [82] Volkswagen объявил, что для модельного года 2014 года вся его линейка будет совместима с E15. [84] Fiat Chrysler Automobiles объявил в августе 2015 года, что все автомобили 2016 модельного года Chrysler / Fiat , Jeep , Dodge и Ram будут совместимы с E15. [85]
В ноябре 2013 года Агентство по охране окружающей среды открыло для общественного обсуждения свое предложение по сокращению количества этанола, необходимого для поставок бензина в США, как предписано Законом об энергетической независимости и безопасности 2007 года . Агентство указало на проблемы с увеличением содержания этанола в смеси выше 10%. Этот предел, известный как «стена смеси», относится к практической трудности включения увеличивающегося количества этанола в поставку транспортного топлива в объемах, превышающих объемы, достигаемые при продаже почти всего бензина как E10. [86] [87]
Смесь 15% водного этанола и 85% бензина, hE15, была введена на общественных заправочных станциях в Нидерландах с 2008 года. Спецификации этанолового топлива во всем мире традиционно предписывают использование безводного этанола (менее 1% воды) для смешивания бензина. Это приводит к дополнительным расходам, энергопотреблению и воздействию на окружающую среду, связанным с дополнительным этапом обработки, необходимым для дегидратации водного этанола, полученного путем дистилляции (3,5-4,9 об.% воды), чтобы соответствовать текущим спецификациям безводного этанола. Запатентованное открытие показывает, что водный этанол может эффективно использоваться в большинстве приложений смешивания этанола/бензина. [88] [89]
Согласно спецификации бразильского Agência Nacional do Petróleo (ANP), водный этанол содержит до 4,9 об.% воды. В hE15 это будет до 0,74 об.% воды в общей смеси. Японские и немецкие научные данные показали, что вода является ингибитором коррозии, вызываемой этанолом. [90]
Эксперименты показывают, что вода в топливном этаноле подавляет сухую коррозию. При 10 000 ppm воды в экспериментах E50 JARI и 3 500 ppm воды в экспериментах E20 TU Darmstadt коррозия алкоголята/алкоксида остановилась. В топливном этаноле это напоминает 20 000 ppm или 2 объемных % в случае JARI и 5 x 3500 = 17 500 ppm 1,75 объемных % в случае TU Darmstadt. Наблюдения согласуются с тем фактом, что водный этанол известен своей меньшей коррозионной активностью, чем безводный этанол. Механизм реакции будет таким же в смесях нижнего и среднего уровня. Когда в топливе присутствует достаточное количество воды, алюминий будет предпочтительно реагировать с водой, образуя оксид алюминия, восстанавливая защитный слой оксида алюминия, поэтому коррозия останавливается. Алкоголят/алкоксид алюминия не создает плотного оксидного слоя, поэтому коррозия продолжается. Другими словами, вода необходима для ремонта отверстий в оксидном слое. На основе японских/немецких результатов в настоящее время предлагается минимум 2 об.% или 2,52% м/м воды в пересмотренной спецификации водного этанола для смешивания с бензином на уровнях E10+. Впрыск воды оказывает дополнительное положительное влияние на производительность двигателя (термодинамическую эффективность) и снижает общие выбросы CO2 . [ необходима цитата ]
В целом ожидается, что переход от безводного к водному этанолу для смешивания с бензином внесет значительный вклад в конкурентоспособность этанола по стоимости, чистый энергетический баланс топливного цикла, качество воздуха и выбросы парниковых газов. [91]
Уровень смешивания выше 10% (об./об.) выбран как с технической точки зрения (безопасности), так и для того, чтобы отличить продукт в Европе от обычного неэтилированного бензина по причинам налогообложения и ясности для клиента. Маломасштабные испытания показали, что многие автомобили с современными типами двигателей могут плавно работать на этой водной смеси этанола. Сценарии смешанной заправки с безводными смесями этанола на уровне 5% или 10% не вызывают разделения фаз. Поскольку избегать смешивания с E0, в частности, при экстремально низких температурах, в логистических системах и двигателях не рекомендуется, отдельная спецификация для контролируемого использования представлена в Техническом соглашении Нидерландов NTA 8115. NTA 8115 написан для всемирного применения в торговле и смешивании топлива. [92]
E20 содержит 20% этанола и 80% бензина, в то время как E25 содержит 25% этанола. Эти смеси широко используются в Бразилии с конца 1970-х годов. [96] В ответ на нефтяной кризис 1973 года бразильское правительство сделало обязательным смешивание этанолового топлива с бензином, колеблясь между 10% и 22% с 1976 по 1992 год. [96] Из-за этой обязательной минимальной бензиновой смеси чистый бензин (E0) больше не продается в Бразилии. В октябре 1993 года был принят федеральный закон, устанавливающий обязательную смесь 22% безводного этанола (E22) по всей стране. Этот закон также уполномочил Исполнительную власть устанавливать различные проценты этанола в пределах заранее установленных границ, и с 2003 года эти пределы были зафиксированы на уровне максимума 25% (E25) и минимума 20% (E20) по объему. [30] [96] С тех пор правительство установило процентное содержание этаноловой смеси в соответствии с результатами сбора урожая сахарного тростника и производства этанола из сахарного тростника, что привело к вариациям в составе смеси даже в течение одного года. [96]
С 1 июля 2007 года исполнительным указом была установлена обязательная смесь на уровне 25% безводного этанола (E25) [93] , и это была стандартная бензиновая смесь, продаваемая по всей Бразилии большую часть времени с 2011 года. [98] Однако в результате дефицита поставок и вызванных этим высоких цен на этаноловое топливо в 2010 году правительство ввело временное 90-дневное сокращение смеси с E25 до E20, начиная с 1 февраля 2010 года. [94] [99] Поскольку цены снова резко выросли из-за дефицита поставок, который снова имел место между сезонами сбора урожая 2010 и 2011 годов, часть этанола пришлось импортировать из Соединенных Штатов, и в апреле 2011 года правительство снизило минимальную обязательную смесь до 18%, оставив диапазон обязательной смеси между E18 и E25. [95] [97]
Все бразильские автопроизводители адаптировали свои бензиновые двигатели для бесперебойной работы с этим диапазоном смесей, поэтому все бензиновые автомобили созданы для работы со смесями от E20 до E25, определяемыми местным законодательством как «обычный бензин типа C». [100] [101] Некоторые автомобили могут нормально работать с более низкими концентрациями этанола, но за некоторыми исключениями они не могут бесперебойно работать с чистым бензином, что вызывает стук двигателя , как показали автомобили, путешествующие в соседние страны Южной Америки. [102] Транспортные средства с гибким топливом , которые могут работать на любом типе бензина E20-E25 с содержанием до 100% водного этанола (E100 или гидратированного этанола), [103] впервые появились в середине 2003 года. В июле 2008 года 86% всех новых легковых автомобилей, проданных в Бразилии, были с гибким топливом, и только два автопроизводителя выпускают модели с двигателем с гибким топливом, оптимизированным для работы на чистом бензине (E0): Renault с моделями Clio , [102] [104] Symbol , Logan , Sandero и Megane , а также Fiat с Siena Tetrafuel . [105] [106]
Таиланд ввел E20 в 2008 году, [107] но дефицит поставок этанола к середине 2008 года вызвал задержку в расширении сети заправочных станций E20 в стране. [108] К середине 2010 года 161 заправочная станция продавала E20, и продажи выросли на 80% с апреля 2009 года. [109] Быстрый рост спроса на E20 объясняется тем, что большинство моделей автомобилей, выпущенных с 2009 года, были совместимы с E20, и ожидается, что продажи E20 будут расти быстрее, как только местные автопроизводители начнут выпускать небольшие, совместимые с E20, экономичные автомобили. Правительство Таиланда поощряет использование этанола с помощью субсидий, поскольку этанол стоит на четыре бата (около 12 центов США) за литр дороже бензина. [109]
Закон штата, принятый в Миннесоте в 2005 году, предписывал, чтобы этанол составлял 20% всего бензина, продаваемого в этом американском штате, начиная с 2013 года. Были проведены успешные испытания для определения производительности при использовании E20 на современных транспортных средствах и топливораздаточном оборудовании, разработанном для E10. [110] Однако позднее это предписание было отложено до 2015 года и так и не вступило в силу, поскольку федеральное Агентство по охране окружающей среды еще не разрешило использование E20 в качестве замены бензину.
Исследование, проведенное по заказу BP и опубликованное в сентябре 2013 года, пришло к выводу, что использование современных видов биотоплива в Великобритании, в частности целлюлозного этанола E20 , является более экономически эффективным способом сокращения выбросов, чем использование подключаемых электромобилей (PEV) в период до 2030 года. Исследование также показало, что использование более сложных смесей биотоплива является дополнением к гибридным электромобилям (HEV) и подключаемым гибридам (PHEV). Электромобили на аккумуляторных батареях (BEV) могут обеспечить значительную экономию CO2 с декарбонизированной электросетью, но, как ожидается, к 2030 году они будут иметь значительно более высокую стоимость, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания и гибридные автомобили, поскольку последние, как ожидается, станут самыми популярными моделями к 2030 году. Согласно исследованию, в 2030 году смесь E20 в HEV может обеспечить 10% экономии выбросов по сравнению с HEV, работающим на E5, при годовой надбавке к стоимости топлива в размере 13 фунтов стерлингов по сравнению с годовой стоимостью в 195 фунтов стерлингов для полностью электрического автомобиля. [111] [112]
E70 содержит 70% этанола и 30% бензина, в то время как E75 содержит 75% этанола. Эти зимние смеси используются в Соединенных Штатах и Швеции для автомобилей с гибким топливом E85 в холодную погоду, но все еще продаются на заправках с маркировкой E85 . [114] Сезонное снижение содержания этанола до зимней смеси E85 является обязательным для предотвращения проблем с холодным запуском при низких температурах. [114] [115]
В США это сезонное снижение содержания этанола до E70 применяется только в холодных регионах, где температура опускается ниже 32 °F (0 °C) в зимний период. [116] [117] Например, в Вайоминге E70 продается как E85 с октября по май. [114] [118] В Швеции все автомобили с гибким топливом E85 используют зимнюю смесь E75. [115] Эта смесь была введена с зимы 2006-07, и E75 используется с ноября по март. [119]
При температурах ниже −15 °C (5 °F ) все автомобили E85 Flex требуют подогревателя блока двигателя, чтобы избежать проблем с холодным запуском. [119] Использование этого устройства также рекомендуется для автомобилей с бензиновым двигателем, когда температура опускается ниже −23 °C (−9 °F ). [120] Другой вариант, когда ожидается экстремально холодная погода, — добавить больше чистого бензина в бак, тем самым снизив содержание этанола ниже зимней смеси E70, или просто не использовать E85 во время экстремально низких температур. [119] [120]
E85, смесь 85% этанола и ~15% бензина, как правило, является самой высокоэтанольной топливной смесью, встречающейся в Соединенных Штатах и нескольких европейских странах, особенно в Швеции, поскольку эта смесь является стандартным топливом для транспортных средств с гибким топливом . Эта смесь имеет октановое число 108, однако молекула этанола также несет с собой атом кислорода , тогда как бензин этого не делает, что фактически требует от двигателя внутреннего сгорания поглощать меньше воздуха на единицу объема по собственной инициативе, что снижает потери на насосе и дополнительно увеличивает экзотермическую химическую реакцию. Топливо на основе этанола считается — хотя и не широко известно как — формой «химического наддува», аналогичного закиси азота (N 2 O) и нитрометану (CH 3 NO 2 ).
Предел содержания этанола в 85% был установлен для снижения выбросов этанола при низких температурах и во избежание проблем с холодным запуском в холодную погоду при температурах ниже 11 °C (52 °F). [116] Дальнейшее снижение содержания этанола используется зимой в регионах, где температура опускается ниже 0 °C (32 °F) [117] , и эта смесь называется Winter E85, поскольку топливо по-прежнему продается под маркировкой E85. Зимняя смесь E70 является обязательной в некоторых регионах США, [114] [118] в то время как Швеция требует E75. [115] [119] Некоторые регионы США теперь разрешают продавать E51 (51% этанола, 49% бензина) как E85 в зимние месяцы.
По состоянию на октябрь 2010 года в Европе насчитывалось около 3000 заправочных станций E85, лидером была Швеция с 1699 заправочными станциями. [121] [122] В Соединенных Штатах к августу 2014 года насчитывалось 3354 общественных заправочных станции E85, расположенных в 2154 городах, большинство из которых были сосредоточены на Среднем Западе . [123]
Таиланд ввел топливо E85 к концу 2008 года, а к середине 2010 года было доступно только четыре заправочные станции E85, и к 2012 году планируется расширить их до 15 станций. [109]
Основным ограничением, препятствующим продажам автомобилей E85 flex или заправке E85, является ограниченная инфраструктура, доступная для продажи E85 населению, так как к 2014 году только 2 процента заправочных станций предлагали E85, [124] по сравнению с примерно 1 процентом в 2011 году. [125] По состоянию на ноябрь 2015 года [обновлять]во всех США насчитывалось всего 3218 заправочных станций, продающих E85 населению, [126] в то время как около 156 000 розничных точек продажи моторного топлива не предлагают смесь E85. [124] Количество E85 выросло с 1229 в 2007 году до 2442 в 2011 году, но увеличилось только на 7% с 2011 по 2013 год, когда общее количество достигло 2625. [124] В штатах кукурузного пояса наблюдается большая концентрация станций E85 , и по состоянию на ноябрь 2015 года [обновлять]ведущим штатом является Миннесота с 274 станциями, за ней следуют Мичиган с 231, Иллинойс с 225, Айова с 204, Индиана с 188, Техас с 181, Висконсин с 152 и Огайо с 126. Только в восьми штатах E85 недоступен для населения: Аляска , Делавэр , Гавайи , Монтана , Мэн , Нью-Гемпшир , Род-Айленд и Вермонт . [127] Основным ограничением для более быстрого расширения доступности E85 является то, что для него требуются выделенные резервуары для хранения на заправочных станциях, [120] по оценочной стоимости в 60 000 долларов США за каждый выделенный резервуар для этанола. [128] Исследование, проведенное Министерством энергетики США, пришло к выводу, что каждую заправочную станцию в Америке можно переоборудовать для работы с E85, затратив от 3,4 до 10,1 млрд долларов.
ED95 обозначает смесь 95% этанола и 5% улучшителя воспламенения; он используется в модифицированных дизельных двигателях , где для воспламенения топлива используется высокая степень сжатия, [129] в отличие от работы бензиновых двигателей, где используются свечи зажигания . Это топливо было разработано шведским производителем этанола SEKAB. [129] Из-за высоких температур воспламенения чистого этанола добавление улучшителя воспламенения необходимо для успешной работы дизельного двигателя . Дизельный двигатель, работающий на этаноле, также имеет более высокую степень сжатия и адаптированную топливную систему.
Это топливо успешно использовалось во многих шведских автобусах Scania с 1985 года, которая выпустила около 700 автобусов на этаноле, более 600 из них для шведских городов, а совсем недавно также поставила автобусы на этаноле для коммерческих перевозок в Великобританию, Испанию, Италию, Бельгию и Норвегию. [130] По состоянию на июнь 2010 года Стокгольм имел крупнейший в мире парк автобусов на этаноле ED95. [130] [131]
По состоянию на 2010 год шведский двигатель ED95 находится в третьем поколении и уже соответствует стандартам выбросов Euro 5 , без какой-либо последующей обработки выхлопных газов. Двигатель на этаноле также сертифицируется как экологически чистое транспортное средство (EEV) в муниципалитете Стокгольма. Правило EEV пока не имеет даты вступления в силу в Европе и является более строгим, чем стандарт Euro 5. [132]
Ноттингем стал первым городом в Англии, где регулярно функционировало автобусное сообщение с использованием транспортных средств, работающих на этаноле. Три одноэтажных автобуса ED95 начали регулярное обслуживание в городе в марте 2008 года. Вскоре после этого Рединг также ввел двухэтажные автобусы ED95. [133]
Под эгидой проекта «Биоэтанол для устойчивого транспорта» более 138 автобусов ED95 на биоэтаноле были частью демонстрационных испытаний в четырех городах: трех в Европе и одном в Бразилии в период с 2006 по 2009 год. [2] [134] [135] Всего в Стокгольме работало 127 автобусов ED95 , в Мадриде — пять автобусов, в Специи — три и в Бразилии — один. [2] В Бразилии первый автобус Scania ED95 с модифицированным дизельным двигателем был представлен в качестве испытания в городе Сан-Паулу в декабре 2007 года, а с ноября 2009 года два автобуса ED95 находились в регулярном обслуживании. [135] [136] [137] [138] Бразильский экспериментальный проект длился три года, а производительность и выбросы контролировались Национальным справочным центром по биомассе (CENBIO- португальский : Centro Nacional de Referência em Biomassa ) при Университете Сан-Паулу . [139]
В ноябре 2010 года муниципальное правительство города Сан-Паулу подписало соглашение с UNICA , Cosan , Scania и Viação Metropolitana , местным автобусным оператором, о введении парка из 50 автобусов ED95, работающих на этаноле, к маю 2011 года. Scania производит двигатель и шасси автобуса на своем заводе, расположенном в Сан-Бернарду-ду-Кампу , Сан-Паулу, используя ту же технологию и топливо, что и автобусы ED95, уже работающие в Стокгольме . Кузов автобуса — бразильский CAIO. [140] [141] Первые автобусы, работающие на этаноле, были поставлены в мае 2011 года, а 50 автобусов начнут регулярное обслуживание в июне 2011 года в южном регионе Сан-Паулу. [139] Стоимость 50 автобусов ED95 составила 20 миллионов реалов ( 12,3 миллиона долларов США ), и из-за более высокой стоимости топлива ED95 и более низкой энергетической ценности этанола по сравнению с дизельным топливом, одна из фирм, участвующих в соглашении о сотрудничестве, Raísen (совместное предприятие Royal Dutch Shell и Cosan ), поставляет топливо муниципалитету по цене 70% от рыночной цены обычного дизельного топлива. [139] [142]
E100 — это чистое этанольное топливо . Чистый водный этанол в качестве автомобильного топлива широко используется в Бразилии с конца 1970-х годов для транспортных средств, работающих на чистом этаноле [96] [143] , а в последнее время — для транспортных средств с гибким топливом. [144] [145] Этаноловое топливо, используемое в Бразилии, перегоняется близко к азеотропной смеси 95,63% этанола и 4,37% воды (по весу), что составляет приблизительно 3,5% воды по объему. [146] Азеотроп — это самая высокая концентрация этанола, которая может быть достигнута простой фракционной перегонкой . Максимальная концентрация воды согласно спецификации Agência Nacional do Petróleo (ANP) составляет 4,9 об.% (приблизительно 6,1 вес.%) [147] Номенклатура E не принята в Бразилии, но гидратированный этанол может быть помечен как E100, что означает, что в нем нет бензина, поскольку содержание воды не является добавкой, а скорее остатком от процесса дистилляции. Однако некоторые авторы также называют чистый водный этанол E95. [148] [149]
Первым коммерческим транспортным средством, способным работать на чистом этаноле, был Ford Model T , выпускавшийся с 1908 по 1927 год. Он был оснащен карбюратором с регулируемым впрыском, что позволяло использовать бензин или этанол, или их комбинацию. [120] [150] [151] [152] В то время другие производители автомобилей также выпускали двигатели для использования этанолового топлива. [120] После этого, и в ответ на энергетические кризисы 1973 и 1979 годов , на бразильском рынке был выпущен первый современный автомобиль, способный работать на чистом водном этаноле (E100), Fiat 147 , [153] после тестирования с несколькими прототипами, разработанными бразильскими дочерними компаниями Fiat , Volkswagen , General Motors и Ford . [143] По состоянию на сентябрь 2012 года в Бразилии все еще находилось 1,1 миллиона транспортных средств, работающих на чистом этаноле. [154] С 2003 года новые бразильские транспортные средства с гибким топливом могут работать на чистом водном этаноле (E100) или смешанном с любой комбинацией бензина E20 - E27.5 [144] [145] (смесь, изготовленная с использованием безводного этанола), национальной обязательной смеси. [30] [93] По состоянию на сентябрь 2012 года на дорогах Бразилии насчитывалось 17,1 миллиона транспортных средств с гибким топливом. [154][обновлять][обновлять]
E100 накладывает ограничение на нормальную работу транспортного средства, так как более низкое давление испарения этанола (по сравнению с бензином) вызывает проблемы при холодном запуске двигателя при температуре ниже 15 °C (59 °F). [155] По этой причине как чисто этаноловые, так и E100 flex-fuel транспортные средства построены с дополнительным небольшим бензиновым резервуаром внутри моторного отсека, чтобы помочь запустить двигатель в холодном состоянии путем первоначального впрыска бензина. После запуска двигатель затем переключается обратно на этанол. [155] Было разработано улучшенное поколение flex-fuel двигателей, чтобы исключить необходимость во вторичном бензобаке путем подогрева этанолового топлива во время запуска, [156] [157] и позволяя им запускаться при температурах до −5 °C (23 °F ), [158] самой низкой ожидаемой температуре на территории Бразилии. [159] Polo E-Flex , выпущенный в марте 2009 года, был первой моделью flex-fuel без вспомогательного бака для холодного запуска. Система подогрева, называемая Flex Start, была разработана компанией Robert Bosch GmbH . [160] [161]
Шведские автопроизводители разработали двигатели, работающие только на этаноле, для нового Saab Aero X BioPower 100 Concept E100 с двигателем V6, который полностью работает на биоэтаноле E100, [162] [163] и ограниченной серии Koenigsegg CCXR , версии CCX, переоборудованной для использования E85 или E100, а также стандартного 98-октанового бензина, и в настоящее время самого быстрого и мощного автомобиля с гибким топливом с его двойным наддувом V8 , вырабатывающим 1018 л. с. при работе на биотопливе, по сравнению с 806 л. с. на 91- октановом неэтилированном бензине. [164] [165]
Более высокая топливная эффективность E100 (по сравнению с метанолом) в гоночных автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками привела к тому, что гонки Indianapolis 500 в 2007 и 2008 годах проводились на 100% топливном этаноле. [166]
Использование смесей этанола в обычных бензиновых автомобилях ограничено низкими смесями, поскольку этанол-бензин вызывает коррозию и может ухудшить некоторые материалы в двигателе и топливной системе. Кроме того, двигатель должен быть настроен на более высокую степень сжатия по сравнению с чистым бензиновым двигателем, чтобы воспользоваться более высоким содержанием кислорода в этаноле, что позволяет улучшить топливную экономичность и сократить выбросы выхлопных газов. [113] В следующей таблице показаны необходимые модификации бензиновых двигателей для плавной работы и без ухудшения каких-либо материалов. Эта информация основана на модификациях, внесенных бразильской автомобильной промышленностью в начале программы по этанолу в этой стране в конце 1970-х годов, и отражает опыт Volkswagen do Brasil . [167]
Недостатки смесей этанолового топлива при использовании в двигателях, разработанных исключительно для бензина, включают в себя снижение расхода топлива, коррозию металла, ухудшение состояния пластиковых и резиновых компонентов топливной системы, засорение топливных систем, топливных инжекторов и карбюраторов, расслоение композитных топливных баков, образование лака на деталях двигателя, повреждение или разрушение внутренних компонентов двигателя, поглощение воды, разделение топливной фазы и сокращение срока хранения топлива. [169] [170] [171] Многие крупные производители автомобилей, судов, мотоциклов, газонного оборудования, генераторов и других двигателей внутреннего сгорания выпустили предупреждения и меры предосторожности относительно использования бензинов с этанолом любого типа в своих двигателях, [172] а Федеральное управление гражданской авиации и крупные производители авиационных двигателей запретили использование автомобильных бензинов, смешанных с этанолом, в легких самолетах из-за проблем безопасности, связанных с повреждением топливной системы и двигателя. [169] [170] [171] [173]
{{cite journal}}
: Цитировать журнал требует |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Ссылка на журнал требует |journal=
( помощь ) См. Таблицу I – Спецификации для AEAC и AEHC в «Anexo: Regulamente Técnico ANP Nº 7/2005.