Во всем мире используются несколько распространенных топливных смесей этанола . 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. Смеси этанола с высоким содержанием этанола используются в некоторых гоночных двигателях, поскольку очень высокое октановое число этанола совместимо с очень высокими степенями сжатия.
Топливные смеси этанола имеют цифры «E», которые описывают объемное процентное содержание этанола в смеси, например, E85 представляет собой 85% безводного этанола и 15% бензина. Смеси с низким содержанием этанола обычно имеют диапазон от E5 до E25, хотя на международном уровне этот термин чаще всего используется в отношении смеси E10.
Смеси с содержанием E10 или ниже используются более чем в 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 тех пор. конец 1970-х годов. E85 обычно используется в США и Европе для автомобилей с гибким топливом . Водный этанол или E100 используется в бразильских транспортных средствах, работающих на чистом этаноле , и легковых автомобилях с гибким топливом, а водный E15, называемый hE15, для современных бензиновых автомобилей в Нидерландах. [2]
E10, топливная смесь 10% безводного этанола и 90% бензина, иногда называемая бензохолом, может использоваться в двигателях внутреннего сгорания большинства современных автомобилей и легковых автомобилей без необходимости каких-либо модификаций двигателя или топливной системы. Смеси E10 обычно имеют октановое число на 2–3 выше, чем у обычного бензина, и одобрены для использования во всех новых автомобилях США, а в некоторых регионах требуются из-за выбросов и по другим причинам. [3] Смесь E10 и смеси с более низким содержанием этанола использовались в нескольких странах, и их использование было в первую очередь обусловлено несколькими мировыми дефицитами энергии, которые произошли после нефтяного кризиса 1973 года .
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 требования о смешивании биоэтанола с автомобильным топливом были приняты как минимум в 36 штатах/провинциях и 17 странах на национальном уровне, при этом большинство требований требовало смешивания от 10 до 15% этанола с бензином. [4]
Одной из мер альтернативных видов топлива в США является « галлон бензинового эквивалента » (GEG). В 2002 году в США в качестве моторного топлива использовался этанол, эквивалентный 137 000 тераджоулей (ТДж), что является энергетическим эквивалентом 1,13 миллиарда галлонов США (4,3 миллиарда литров) бензина. Это было менее 1% от общего количества топлива, израсходованного в том году. [5]
E10 и другие смеси этанола считаются полезными для снижения зависимости США от иностранной нефти и могут снизить выбросы угарного газа (CO) на 20–30% при правильных условиях. [6] Хотя E10 действительно снижает выбросы CO и парниковых газов, таких как CO 2, примерно на 2% по сравнению с обычным бензином, он может вызвать увеличение выбросов в результате испарения 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 вредно для топливных систем автомобилей. [8] Как правило, автомобильный бензин, содержащий спирт (этанол или метанол), не рекомендуется использовать в самолетах. [9]
Исследование, проведенное Финским центром технических исследований VTT в 2011 году , не выявило практически никакой разницы в расходе топлива в нормальных условиях вождения между коммерческим бензином марок 95E10 и 98E5, продаваемым в Финляндии, несмотря на общественное мнение, что расход топлива значительно выше у 95E10. VTT провела сравнительный тест в контролируемых лабораторных условиях, и их измерения показали, что протестированные автомобили использовали в среднем 10,30 литра (2,27 имп галлона; 2,72 имп галлона) 95E10 на 100 км (62 мили), а не 10,23 литра (2,25 имп галлона). ; 2,70 галлона США) 98E5 на 100 км (62 мили). Разница составила в среднем 0,07 в пользу 98Е5, то есть использование бензина 95Е10 с более высоким содержанием этанола увеличивает расход на 0,7%. Когда измерения нормализованы, разница становится 1,0%, что хорошо согласуется с оценкой теплоты сгорания , основанной на приблизительном составе топлива, которая составила 1,1% в пользу E5. [62]
E15 содержит 15% этанола и 85% бензина. Как правило, это самое высокое соотношение этанола к бензину, которое можно использовать в транспортных средствах, рекомендованных некоторыми автопроизводителями для работы на E10 в США. [63] [64] Это связано с гидрофилией этанола и его растворяющей способностью.
В результате принятия Закона об энергетической независимости и безопасности 2007 года , который требует увеличения использования возобновляемых видов топлива для транспортного сектора, Министерство энергетики США начало оценку возможности использования промежуточных смесей этанола в существующем автопарке как способа позволить более высокий расход этанолового топлива. [65] Национальная лаборатория возобновляемых источников 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 представил результаты первых оценок влияния бензиновых смесей E10, E15 и E20 на выбросы из выхлопных труб и испарения, долговечность катализатора и двигателя, управляемость автомобиля, качество двигателя. работоспособность, а также материалы автомобиля и двигателя. [65] [66] В этом предварительном отчете обнаружено, что ни на одном из транспортных средств не загорелся индикатор неисправности из-за использования смеси этанола; симптомов засорения топливного фильтра не наблюдалось; никаких проблем с холодным запуском не наблюдалось в лабораторных условиях при 24 °C (75 °F) и 10 °C (50 °F); и, как и ожидалось, компьютерные технологии, доступные в новых моделях автомобилей, адаптируются к более высокому октановому числу, вызывая более низкие выбросы при большей мощности и, в некоторых случаях, большей экономии топлива. [65]
Другие источники делают противоположные утверждения об экономии топлива. По данным Consumer Reports , «этанол не так энергоемок, как обычный бензин, поэтому при использовании газа E15 экономия топлива будет хуже». [67]
В марте 2009 года лоббистская группа производителей этанола Growth Energy официально обратилась к Агентству по охране окружающей среды США (EPA) с просьбой разрешить увеличить содержание этанола в бензине с 10% до 15%. В число организаций, проводивших такие исследования, входили Министерство энергетики, штат Миннесота, Ассоциация возобновляемых видов топлива , Рочестерский технологический институт , Миннесотский центр автомобильных исследований и Стокгольмский университет в Швеции. [68]
В октябре 2010 года Агентство по охране окружающей среды предоставило разрешение на продажу до 15% этанола, смешанного с бензином, только для автомобилей и легких пикапов 2007 модельного года или позже, что составляет около 15% транспортных средств на дорогах США. [69] [70] [71] В январе 2011 года отказ был расширен, чтобы разрешить использование E15, включив в него легковые автомобили модельного года с 2001 по 2006 год. Агентство по охране окружающей среды также решило не предоставлять никаких исключений для использования E15 в мотоциклах, тяжелых транспортных средствах или внедорожных двигателях, поскольку текущие данные испытаний не подтверждают такой отказ. По данным Ассоциации возобновляемых источников топлива, отказ от E15 в настоящее время распространяется на 62% транспортных средств на дорогах США, и, по оценкам группы по производству этанола, если бы все автомобили и пикапы 2001 года выпуска и новее использовали E15, теоретическая граница смешивания для использования этанола была бы примерно 17,5 миллиардов галлонов (66,2 миллиардов литров) в год. Агентство по охране окружающей среды все еще изучает, могут ли старые автомобили выдержать воздействие 15%-ной смеси этанола. [72] [73]
Отказ EPA разрешает продажу E15 только с 15 сентября по 31 мая из черного шланга и желтого шланга для гибких топливных транспортных средств только с 1 июня по 14 сентября. Розничные торговцы избегают строительства инфраструктуры из-за дорогостоящих нормативных требований, которые создали практический барьер на пути коммерциализации смеси высшего сорта. На большинстве заправочных станций не хватает насосов для подачи новой смеси, лишь немногие существующие насосы сертифицированы для раздачи E15, а специальные резервуары для хранения E15 отсутствуют. Кроме того, для того, чтобы E15 можно было законно продавать, необходимо изменить некоторые государственные и федеральные правила. [69] [70] Национальная ассоциация круглосуточных магазинов, которая представляет большинство розничных продавцов бензина, считает, что потенциал фактического спроса на E15 невелик, «поскольку автомобильная промышленность не принимает это топливо и не корректирует свои гарантии или рекомендации для топлива. тип." Одним из возможных решений инфраструктурных барьеров является внедрение насосов-смесителей, которые позволяют потребителям поворачивать ручку выбора уровня этанола, что также позволит владельцам автомобилей с гибким топливом покупать топливо E85. [73]
В июне 2011 года Агентство по охране окружающей среды в сотрудничестве с Федеральной торговой комиссией издало окончательное решение относительно предупреждающей этикетки E15, которая должна быть размещена на всех топливозаправочных станциях E15 в США, чтобы информировать потребителей о том, какие транспортные средства можно, а какие транспортные средства и оборудование нельзя использовать. смесь Е15. И Альянс автопроизводителей , и Национальная ассоциация нефтехимических и нефтеперерабатывающих предприятий жаловались, что полагаться исключительно на эту предупреждающую этикетку недостаточно, чтобы защитить потребителей от неправильного использования топлива. [74] [75] В июле 2012 года заправочная станция в Лоуренсе, штат Канзас, стала первой в США, которая продавала смесь E15. Топливо продается через насос-смеситель, который позволяет клиентам выбирать между E10, E15, E30 или E85, причем последние смеси продаются только для автомобилей с гибким топливом . [76] По состоянию на июнь 2013 года [обновлять]в США насчитывается около 24 заправочных станций, продающих E15 из 180 000 станций [77].
В декабре 2010 года несколько групп, в том числе Альянс автопроизводителей, Американский институт нефти , Ассоциация международных производителей автомобилей , Национальная ассоциация морских производителей, Институт наружного силового оборудования и Ассоциация производителей бакалейных товаров , подали иск против Агентства по охране окружающей среды в декабре 2010 года. Апелляционный суд США по округу Колумбия . Истцы утверждали, что EPA не имеет полномочий выдавать «частичный отказ», который распространяется на некоторые автомобили, а не на другие. Среди других аргументов группы утверждали, что смесь с более высоким содержанием этанола является проблемой не только для автомобилей, но также для топливных насосов и подземных резервуаров, не предназначенных для смеси E15. Также утверждалось, что рост цен на этанол способствовал резкому скачку цен на кукурузу в последние годы. [78] [79] В августе 2012 года федеральный апелляционный суд отклонил иск против EPA. Дело было прекращено по технической причине, поскольку суд постановил, что группы не имели юридических прав оспаривать решение EPA об отказе от E15. [79] [80] В июне 2013 года Верховный суд США отказался рассматривать апелляцию отраслевых групп, выступающих против постановления EPA о E15, и оставил в силе решение федерального апелляционного суда 2012 года. [77]
По состоянию на ноябрь 2012 года [обновлять]продажи E15 не разрешены в Калифорнии, и, по данным Калифорнийского совета по воздушным ресурсам (CARB), смесь все еще ожидает одобрения, а в публичном заявлении агентства говорится, что « на завершение потребуется несколько лет ». испытания транспортных средств и разработка правил, необходимых 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, находящихся на дорогах США в 2012 году, одобрены производителями как полностью совместимые с бензином E15. По сообщению ассоциации, BMW , Chrysler , Nissan , Toyota и Volkswagen предупредили, что их гарантии не распространяются на повреждения, связанные с E15. [82] Несмотря на разногласия, чтобы приспособиться к правилам EPA, автомобили General Motors 2012 и 2013 модельного года могут использовать топливо, содержащее до 15 процентов этанола, как указано в руководствах для владельцев транспортных средств. Однако автопроизводитель предупредил, что для автомобилей 2011 модельного года или ранее они «настоятельно рекомендуют клиентам GM обращаться к руководствам своих владельцев для правильного обозначения топлива для своих автомобилей». Ford Motor Company также производит все свои автомобили 2013 года, совместимые с E15, включая гибридные электромобили и автомобили с двигателями Ecoboost . [83] Кроме того, автомобили Porsche , выпущенные с 2001 года, одобрены производителем для использования E15. [82] Volkswagen объявил, что в 2014 модельном году вся его линейка будет оснащена E15. [84] В августе 2015 года компания Fiat Chrysler Automobiles объявила, что все автомобили Chrysler / Fiat , Jeep , Dodge и Ram 2016 модельного года 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 это предусмотрено 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 практическим трудностям включения растущих количеств этанола в поставки транспортного топлива в объемах, превышающих те, которые достигаются при продаже почти всего бензина под маркой E10. [86] [87]
Смесь hE15, содержащая 15% водного этанола и 85% бензина, была внедрена на общественных заправочных станциях в Нидерландах с 2008 года. Спецификации этанольного топлива во всем мире традиционно диктуют использование безводного этанола (менее 1% воды) для смешивания бензина. Это приводит к дополнительным затратам, потреблению энергии и воздействию на окружающую среду, связанным с дополнительным этапом обработки, необходимым для обезвоживания водного этанола, полученного путем дистилляции (3,5-4,9 об.% воды), для соответствия текущим спецификациям безводного этанола. Запатентованное открытие показывает, что водный этанол можно эффективно использовать в большинстве случаев смешивания этанола и бензина. [88] [89]
Согласно спецификации бразильского агентства Nacional do Petroleo (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 ингибирует сухую коррозию. При 10 000 ppm воды в экспериментах E50, проведенных JARI, и 3500 ppm воды в экспериментах E20, проведенных TU Darmstadt, алкоголятно-алкоксидная коррозия прекратилась. Для топливного этанола это соответствует 20 000 ppm или 2 объемным % в случае JARI и 5 x 3500 = 17 500 ppm или 1,75 объемных % в случае TU Darmstadt. Наблюдения согласуются с тем фактом, что водный этанол известен как менее агрессивный, чем безводный этанол. Механизм реакции будет таким же для смесей ниже среднего. Когда в топливе присутствует достаточное количество воды, алюминий предпочтительно вступает в реакцию с водой с образованием оксида алюминия, восстанавливая защитный слой оксида алюминия, поэтому коррозия прекращается. Алкоксид/алкоксид алюминия не образует плотного оксидного слоя, поэтому коррозия продолжается. Другими словами, вода необходима для ремонта дыр в оксидном слое. На основании результатов, полученных в Японии и Германии, в настоящее время в пересмотренной спецификации водного этанола для смешивания с бензином на уровне E10+ предлагается минимум 2 об.% или 2,52% м/м воды. Впрыск воды оказывает дополнительное положительное влияние на производительность двигателя (термодинамический КПД) и снижает общие выбросы CO 2 . [ нужна цитата ]
В целом, ожидается, что переход от безводного к водному этанолу для смешивания бензина внесет значительный вклад в экономическую конкурентоспособность этанола, чистый энергетический баланс топливного цикла, качество воздуха и выбросы парниковых газов. [91]
Уровень смешивания выше 10% (об./об.) выбирается как с технической точки зрения (безопасности), так и для того, чтобы отличить продукт в Европе от обычного неэтилированного бензина по соображениям налогов и ясности для клиентов. Небольшие испытания показали, что многие автомобили с современными типами двигателей могут бесперебойно работать на этой смеси водного этанола. Сценарии смешанной заправки смесями безводного этанола на уровне 5% или 10% не вызывают разделения фаз. Поскольку избегать смешивания с E0, особенно при экстремально низких температурах, в логистических системах и двигателях не рекомендуется, в Техническом соглашении Нидерландов NTA 8115 представлена отдельная спецификация для контролируемого использования. NTA 8115 написан для применения во всем мире в торговле и смешивание топлива. [92]
E20 содержит 20% этанола и 80% бензина, а E25 — 25% этанола. Эти смеси широко используются в Бразилии с конца 1970-х годов. [96] В ответ на нефтяной кризис 1973 года правительство Бразилии сделало обязательным смешивание этанольного топлива с бензином, которое колебалось от 10% до 22% с 1976 по 1992 год . [96] Из-за этого обязательного минимального количества бензиновой смеси чистый бензин (E0) больше не продается в Бразилии. В октябре 1993 года был принят федеральный закон, устанавливающий обязательную смесь 22% безводного этанола (Е22) на всей территории страны. Этот закон также уполномочил исполнительную власть устанавливать различные процентные содержания этанола в заранее установленных границах, и с 2003 года эти пределы были зафиксированы на уровне максимум 25% (E25) и минимум 20% (E20) по объему. [35] [96] С тех пор правительство установило процентное содержание смеси этанола в соответствии с результатами сбора сахарного тростника и производства этанола из сахарного тростника, что привело к изменениям в смеси даже в течение одного и того же года. [96]
С 1 июля 2007 года постановлением исполнительной власти была установлена обязательная смесь на уровне 25% безводного этанола (E25), [93] и это была стандартная бензиновая смесь, продаваемая большую часть времени по всей Бразилии с 2011 года. [98] Однако В результате нехватки поставок и, как следствие, высоких цен на этанол, в 2010 году правительство санкционировало временное 90-дневное сокращение состава смеси с E25 до E20, начиная с 1 февраля 2010 года. [94] [ 99 ] Поскольку цены снова резко выросли из-за нехватки поставок, которая снова возникла между сезонами сбора урожая 2010 и 2011 годов, некоторое количество этанола пришлось импортировать из Соединенных Штатов, а в апреле 2011 года правительство снизило минимальную обязательную смесь до 18%, оставив обязательный диапазон смеси между E18. и Е25. [95] [97]
Все бразильские автопроизводители адаптировали свои бензиновые двигатели для бесперебойной работы с этим диапазоном смесей, поэтому все автомобили с бензиновым двигателем рассчитаны на работу со смесями от E20 до E25, определяемыми местным законодательством как «обычный бензин типа C». [100] [101] Некоторые транспортные средства могут работать правильно с более низкими концентрациями этанола, но, за некоторыми исключениями, они не могут бесперебойно работать на чистом бензине, что вызывает детонацию двигателя , как продемонстрировали автомобили, путешествующие в соседние страны Южной Америки. [102] Транспортные средства с гибким топливом , которые могут работать на любом типе бензина E20-E25 с содержанием водного этанола до 100% (E100 или гидратированный этанол), [103] были впервые доступны в середине 2003 года. В июле 2008 года 86% всех новых легковых автомобилей, проданных в Бразилии, работали на гибком топливе, и только два автопроизводителя выпускают модели с двигателем с гибким топливом, оптимизированным для работы на чистом бензине (E0): Renault с моделями Clio , [102] [104] Символ , Логан , Сандеро и Меган , а также Фиат с Сиенским Тетрафьюэлом . [105] [106]
Таиланд ввел E20 в 2008 году, [107] но нехватка поставок этанола к середине 2008 года привела к задержке расширения сети заправочных станций E20 в стране. [108] К середине 2010 года E20 продавалась на 161 заправочной станции, а с апреля 2009 года продажи выросли на 80% . [109] Быстрый рост спроса на E20 объясняется тем, что большинство моделей автомобилей, выпущенных с 2009 года, были совместимы с E20, а продажи Ожидается, что E20 будет расти быстрее, как только местные автопроизводители начнут производить небольшие, совместимые с E20, экономичные автомобили. Правительство Таиланда поощряет использование этанола посредством субсидий, поскольку этанол стоит на четыре бата (около 12 центов США) литр дороже, чем бензин. [109]
Закон штата, одобренный 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 характеристик современных транспортных средств и топливораздаточного оборудования, разработанных для E10, для определения характеристик E20. [110] Однако позже этот мандат был отложен до 2015 года и так и не вступил в силу, поскольку федеральное агентство по охране окружающей среды еще не разрешило использование E20 в качестве замены бензина.
Исследование, проведенное по заказу BP и опубликованное в сентябре 2013 года, пришло к выводу, что использование современного биотоплива в Великобритании, в частности целлюлозного этанола E20 , является более экономически эффективным способом сокращения выбросов, чем использование подключаемых к сети электромобилей (PEV) в Великобритании. срок до 2030 года. Исследование также показало, что использование более высоких смесей биотоплива дополняет гибридные электромобили (HEV) и подключаемые гибриды (PHEV). Электромобили с аккумуляторной батареей (BEV) могут обеспечить значительную экономию выбросов CO 2 благодаря декарбонизированной электрической сети, но ожидается, что к 2030 году они будут иметь значительно более высокие затраты, чем автомобили с двигателями внутреннего сгорания и гибридные автомобили, поскольку последние, как ожидается, станут наиболее популярными моделями к 2030 году. Согласно исследованию, в 2030 году смесь E20 в HEV может обеспечить экономию выбросов на 10% по сравнению с HEV, работающим на E5, при ежегодной надбавке к стоимости топлива в размере 13 фунтов стерлингов по сравнению с годовой стоимостью в 195 фунтов стерлингов для всеобщего автомобиля . электромобиль. [111] [112]
E70 содержит 70% этанола и 30% бензина, а E75 — 75% этанола. Эти зимние смеси используются в США и Швеции для автомобилей E85 с гибким топливом в холодную погоду, но по-прежнему продаются на заправках с маркировкой E85 . [114] Сезонное снижение содержания этанола в зимней смеси E85 необходимо во избежание проблем с холодным запуском при низких температурах. [114] [115]
В США сезонное снижение содержания этанола до E70 применяется только в холодных регионах, где зимой температура опускается ниже 32 °F (0 °C). [116] [117] Например, в Вайоминге E70 продается как E85 с октября по май. [114] [118] В Швеции все автомобили E85 с гибким топливом используют зимнюю смесь E75. [115] Эта смесь была представлена зимой 2006-07 гг., а E75 используется с ноября по март. [119]
При температурах ниже -15 °C (5 °F ) всем автомобилям E85 flex требуется подогреватель блока цилиндров, чтобы избежать проблем с холодным запуском. [119] Использование этого устройства также рекомендуется для автомобилей с бензиновым двигателем, когда температура падает ниже -23 °C (-9 °F ). [120] Другой вариант, когда ожидается очень холодная погода, — это добавить в бак больше чистого бензина, тем самым уменьшив содержание этанола ниже уровня зимней смеси E70, или просто не использовать E85 во время периодов экстремально низких температур. [119] [120]
E85, смесь 85% этанола и ~15% бензина, обычно представляет собой топливную смесь с самым высоким содержанием этанола, встречающуюся в США и некоторых 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 в себе атом кислорода , в отличие от бензина, что фактически требует от двигателя внутреннего сгорания самостоятельно поглощать меньше воздуха на единицу объема, что снижает насосные потери и еще больше увеличивает экзотермическую химическую реакцию. Топливо на основе этанола считается – хотя и не широко известно как – формой «химического наддува», аналогичной закиси азота (N 2 O) и нитрометану (CH 3 NO 2 ).
Ограничение на содержание этанола в 85% было установлено для сокращения выбросов этанола при низких температурах и во избежание проблем с холодным запуском в холодную погоду, при температуре ниже 11 ° C (52 ° F). [116] Дальнейшее снижение содержания этанола используется зимой в регионах, где температура падает ниже 0 °C (32 °F) [117] и эта смесь называется зимним E85, поскольку топливо по-прежнему продается под маркой E85. . Зимняя смесь E70 обязательна в некоторых регионах США, [114] [118], тогда как в Швеции требуется E75. [115] [119] В некоторых регионах США теперь разрешена продажа E51 (51% этанола, 49% бензина) под маркой E85 в зимние месяцы.
По состоянию на октябрь 2010 года в Европе находилось около 3000 топливных насосов E85, во главе с Швецией с 1699 заправочными станциями. [121] [122] К августу 2014 года в США было 3354 общественных топливных насоса E85, расположенных в 2154 городах, в основном сосредоточенных на Среднем Западе . [123]
Таиланд ввел топливо E85 к концу 2008 года, а к середине 2010 года было доступно только четыре заправочные станции E85, а к 2012 году планируется расширить их до 15 станций. [109]
Основным ограничением, препятствующим продажам гибких автомобилей E85 или заправке E85, является ограниченная инфраструктура, доступная для продажи E85 населению, поскольку к 2014 году только 2 процента автозаправочных станций предлагали E85, [ 124] по сравнению с примерно 1 процентом в 2011 году. [125] По состоянию на ноябрь 2015 года [обновлять]во всей территории США насчитывалось всего 3218 бензиновых заправочных станций, продающих E85 населению, [126] в то время как около 156 000 розничных точек продаж моторного топлива не предлагают смесь E85. [124] Число 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 станцией, Иллинойс с 225, Айова с 204, Индиана с 188, Техас — 181, Висконсин — 152 и Огайо — 126. Лишь в восьми штатах E85 не доступен для общественности: Аляска , Делавэр , Гавайи, Монтана , Мэн , Нью-Гемпшир , Род-Айленд и Вермонт . [127] Основным препятствием для более быстрого расширения доступности E85 является то, что для него требуются специальные резервуары для хранения на заправочных станциях, [120] при ориентировочной стоимости в 60 000 долларов США за каждый специальный резервуар для этанола. [128] Исследование, проведенное Министерством энергетики США, пришло к выводу, что каждая заправочная станция в Америке может быть переоборудована для работы с E85, что будет стоить от 3,4 до 10,1 миллиарда долларов.
ED95 обозначает смесь 95% этанола и 5% присадки, улучшающей воспламенение; 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 для успешной работы дизельного двигателя необходимо добавление присадки, улучшающей воспламенение . Дизельный двигатель, работающий на этаноле, также имеет более высокую степень сжатия и адаптированную топливную систему.
Это топливо успешно используется во многих шведских автобусах Scania с 1985 года, которая выпустила около 700 автобусов на этаноле, более 600 из них - в шведские города, а в последнее время также поставила автобусы на этаноле для коммерческого обслуживания в Великобритании, Испании, Италии. , Бельгия и Норвегия. [130] По состоянию на июнь 2010 года в Стокгольме находится самый большой в мире автобусный парк этанола ED95. [130] [131]
По состоянию на 2010 год шведский двигатель ED95 находится в третьем поколении и уже соответствует стандартам выбросов Евро 5 без какой-либо последующей обработки выхлопных газов. Двигатель, работающий на этаноле, также сертифицирован как экологически безопасный автомобиль (EEV) в муниципалитете Стокгольма. Правило EEV еще не имеет даты вступления в силу в Европе и является более строгим, чем стандарт Евро-5. [132]
Ноттингем стал первым городом в Англии, в котором имеется регулярное автобусное сообщение с транспортными средствами, работающими на этаноле. Три одноэтажных автобуса ED95 начали регулярно курсировать по городу в марте 2008 года. Вскоре после этого Ридинг также представил двухэтажные автобусы ED95. [133]
В период с 2006 по 2009 год под эгидой проекта «Биоэтанол для устойчивого транспорта» более 138 автобусов, работающих на биоэтаноле ED95, прошли демонстрационные испытания в четырех городах, трех в Европе и одном в Бразилии . Всего в Стокгольме работало 127 автобусов ED95 , пять автобусов - в Мадриде , три - в Специи и один - в Бразилии. [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 регулярной эксплуатации. [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-Франциско. Пауло . [139]
В ноябре 2010 года муниципальные власти города Сан-Паулу подписали соглашение с местным автобусным оператором UNICA , Cosan , Scania и Viação Metropolitana о вводе к маю 2011 года парка из 50 автобусов ED95, работающих на этаноле. Scania производит двигатели для автобусов и шасси на своем заводе, расположенном в Сан-Бернардо-ду-Кампу , Сан-Паулу, с использованием тех же технологий и топлива, что и автобусы ED95, уже работающие в Стокгольме . Кузов автобуса — бразильский CAIO. [140] [141] Первые автобусы, работающие на этаноле, были доставлены в мае 2011 года, а 50 автобусов начнут регулярное движение 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 низкого энергосодержания этанола по сравнению с дизельным топливом одна из фирм, участвовавших в сотрудничестве По соглашению Raísen (совместное предприятие Royal Dutch Shell и Cosan ) поставляет топливо муниципалитету по цене 70% от рыночной цены обычного дизельного топлива. [139] [142]
E100 — это чистый этанол . Прямой 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 и для транспортных средств с гибким топливом. [144] [145] Этаноловое топливо, используемое в Бразилии, перегоняется близко к азеотропной смеси, состоящей из 95,63% этанола и 4,37% воды (по массе), что составляет примерно 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 Petroleo (ANP) составляет 4,9 об.% (приблизительно 6,1 мас.%) [147]. Номенклатура E не принята в Бразилии, но гидратированный этанол может обозначаться как E100, что означает, что он соответствует не иметь бензина, потому что содержащаяся в нем вода является не добавкой, а скорее остатком процесса дистилляции. Однако некоторые авторы также называют прямой водный этанол E95. [148] [149]
Первым коммерческим автомобилем, способным работать на чистом этаноле, был Ford Model T , выпускавшийся с 1908 по 1927 год. Он был оснащен карбюратором с регулируемым соплом, позволяющим использовать бензин или этанол, или их комбинацию. [120] [150] [151] [152] В то время другие производители автомобилей также предлагали двигатели для использования этанолового топлива. [120] После этого, в ответ на энергетический кризис 1973 и 1979 годов , на бразильском рынке появился первый современный автомобиль, способный работать на чистом водном этаноле (E100), Fiat 147 , [153] после испытаний на нескольких прототипах. Разработан бразильскими дочерними компаниями Fiat , Volkswagen , General Motors и Ford . [143] По состоянию на сентябрь 2012 года [обновлять]в Бразилии все еще использовалось 1,1 миллиона автомобилей, работающих на чистом этаноле. [154] С 2003 года новые автомобили с гибким топливом в Бразилии способны работать на чистом водном этаноле (E100) или в смеси с бензином от E20 до E27,5 [144] [145] (смесь, приготовленная с безводным этанолом), национальная обязательная смесь. [35] [93] По состоянию на сентябрь 2012 года [обновлять]на бразильских дорогах было 17,1 миллиона автомобилей с гибким топливом. [154]
E100 накладывает ограничения на нормальную работу автомобиля, поскольку 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 автомобили, работающие на чистом этаноле, так и автомобили E100, работающие на гибком топливе, имеют дополнительный небольшой резервуар для бензина внутри моторного отсека, который помогает запустить двигатель в холодном состоянии путем первоначального впрыска бензина. После запуска двигатель снова переключается на этанол. [155] Было разработано поколение улучшенных двигателей с гибким топливом, чтобы исключить необходимость во вторичном бензобаке за счет нагрева этанолового топлива во время запуска, [156] [157] и позволяя им запускаться при таких низких температурах, как -5 ° C ( 23 °F ), [158] самая низкая температура, ожидаемая где-либо на территории Бразилии. [159] Polo E-Flex , выпущенный в марте 2009 года, был первой моделью с гибким топливом без вспомогательного бака для холодного запуска. Система подогрева под названием 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, полностью работающим на биоэтаноле E100, [162] [163] и ограниченной серией Koenigsegg CCXR , версии CCX переоборудован для использования E85 или E100, а также стандартного бензина с октановым числом 98 и на данный момент является самым быстрым и мощным автомобилем с гибким топливом с двигателем V8 с двойным наддувом , выдающим 1018 л.с. при работе на биотопливе по сравнению с 806 л.с. на 91 - октановое число неэтилированного бензина. [164] [165]
Более высокая топливная эффективность E100 (по сравнению с метанолом) в высокопроизводительных гоночных автомобилях 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 ограничивается смесями с низким содержанием этанола, поскольку этанол-бензин вызывает коррозию и может привести к разрушению некоторых материалов в двигателе и топливной системе. Кроме того, двигатель необходимо настроить на более высокую степень сжатия по сравнению с двигателем, работающим на чистом бензине, чтобы использовать преимущества более высокого содержания кислорода в этаноле, что позволяет повысить топливную эффективность и снизить выбросы из выхлопных газов. [113] В следующей таблице показаны необходимые модификации бензиновых двигателей для обеспечения бесперебойной работы и без разрушения материалов. Эта информация основана на изменениях, внесенных бразильской автомобильной промышленностью в начале программы по производству этанола в этой стране в конце 1970-х годов, и отражает опыт Volkswagen do Brasil . [167]
Недостатки топливных смесей на этаноле при использовании в двигателях, предназначенных исключительно для бензина, включают снижение расхода топлива, коррозию металла, износ пластиковых и резиновых компонентов топливной системы, засорение топливных систем, топливных форсунок и карбюраторов, расслоение композитных топливных баков, нагар на двигателе. части, поврежденные или разрушенные внутренние компоненты двигателя, водопоглощение, разделение топливных фаз и сокращение срока хранения топлива. [169] [170] [171] Многие крупные производители автомобилей, морских судов, мотоциклов, газонокосилок, генераторов и других двигателей внутреннего сгорания выпустили предупреждения и меры предосторожности относительно использования в своих двигателях бензина, содержащего этанол, любого типа, [172 ] ] а Федеральное управление гражданской авиации и крупные производители авиационных двигателей запретили использование автомобильного бензина, смешанного с этанолом, в легких самолетах из-за проблем с безопасностью, связанных с топливной системой и повреждением двигателя. [169] [170] [171] [173]
{{cite journal}}
: Требуется цитировать журнал |journal=
( помощь ){{cite journal}}
: Требуется цитирование журнала |journal=
( помощь ) . См. Таблицу I – Спецификации для AEAC и AEHC в «Anexo: Regulamente Técnico ANP Nº 7/2005».