Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива
Представлен анализ результатов исследований выбросов автотранспортными средствами при использовании различных видов топлива в двигателях внутреннего сгорания. Выявлено наиболее экологически безопасное топливо из анализа углеводородного топлива и перспективных альтернатив применения различных видов т...
Saved in:
| Published in: | Проблемы машиностроения |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80996 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива / С.О. Пилипенко // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 2. — С. 54-57. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860050982723911680 |
|---|---|
| author | Пилипенко, С.О. |
| author_facet | Пилипенко, С.О. |
| citation_txt | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива / С.О. Пилипенко // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 2. — С. 54-57. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Проблемы машиностроения |
| description | Представлен анализ результатов исследований выбросов автотранспортными средствами при использовании различных видов топлива в двигателях внутреннего сгорания. Выявлено наиболее экологически безопасное топливо из анализа углеводородного топлива и перспективных альтернатив применения различных видов топлива в автотранспорте. Разработано методику сокращения выбросов вредных веществ двигателями , которая базируется на использовании водорода на борту автомобиля как в качестве автономного вида топлива, так и в смеси с различными видами топлива.
Подано аналіз результатів досліджень викидів автотранспортними засобами при використанні різних видів палива в двигунах внутрішнього згоряння. Виявлено найбільш екологічно безпечне паливо з аналізу вуглеводневого палива і перспективних альтернатив застосування різних видів палива в автотранспорті. Розроблено методику скорочення викидів шкідливих речовин двигунами, яка базується на використанні водню на борту автомобіля як автономного виду палива, так і в суміші з різними видами палива.
The main purpose of this study is the possibility of using hydrogen technologies based on analysis derived from a variety of sources and activities , research, and adopted guidelines. The use of modern means of communication, the treatment of the scientific literature , allows for the collection and analysis of information received from scientists in different countries. The paper studies the structure of global СО2 emissions from the transport sector. The influence of the harmful emissions from motor vehicles on public health and the environment in general. The structure of the methods to reduce СО2 emissions from transport according to the International Energy Agency. The article deals with the European directive on the reduction of СО2 emissions.
|
| first_indexed | 2025-12-07T17:00:05Z |
| format | Article |
| fulltext |
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 2 54
С. О. Пилипенко
Институт проблем машино-
строения им. А. Н. Подгорного
НАН Украины,
г. Харьков,
e-mail: pilipenko.org@gmail.com
Ключові слова: водень, викиди СО2
транспортними засобами, екологія,
європейські директиви щодо скоро-
чення викидів СО2, конкурен-
тоспроможність використання вод-
ню як палива.
УДК. 662.769.2
ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДОРОДА В
КАЧЕСТВЕ ТОПЛИВА
Подано аналіз результатів досліджень викидів автотранспортними
засобами при використанні різних видів палива в двигунах внутрішньо-
го згоряння. Виявлено найбільш екологічно безпечне паливо з аналізу
вуглеводневого палива і перспективних альтернатив застосування
різних видів палива в автотранспорті. Розроблено методику скоро-
чення викидів шкідливих речовин двигунами, яка базується на викори-
станні водню на борту автомобіля як автономного виду палива , так і
в суміші з різними видами палива.
Введение
Водород – один из наиболее перспективных источников энергии. Его запасы на нашей плане-
те практически неисчерпаемы. В единице веса водорода почти в три раза больше тепловой энергии,
чем в бензине. Он может применяться как топливо и на транспорте, и в промышленности, и в быту.
Широкое использование водорода в качестве топлива будет способствовать сохранению чистоты ок-
ружающей среды. В процессе его сгорания образуются лишь пары дистиллированной воды и в незна-
чительном количестве – оксид азота (NO2). В то же время сжигание нефти, природного газа, угля со-
провождается выбросами продуктов сгорания, опасными для здоровья человека, ухудшающими со-
стояние почвы и поверхностных вод, разрушающими постройки, машины и оборудование.
Наиболее вредными являются выбросы от автотранспортных средств, которые расположены
на небольшой высоте, что затрудняет рассеивание и многократно увеличивает концентрацию приме-
сей в приземном слое атмосферы.
Таким образом, можно сделать вывод, что актуальность поиска альтернативных видов топли-
ва стоит на сегодня особо остро. Этим объясняется актуальность проведения данных исследований.
Основной целью исследования является возможность применения водородных технологий на
основе анализа, полученных из различных источников и сфер деятельности исследований и принятых
директив. Использование современных средств коммуникации, обработка научной литературы по-
зволяет осуществлять сбор и анализ информации, полученной от учёных различных стран. В статье
изучена структура мировых выбросов СО2 от транспортного сектора экономики. Проанализировано
влияние вредных выбросов от автотранспортных средств на здоровье людей и экологию в целом.
Рассмотрена структура методов снижения выбросов СО2 от транспорта по данным Международного
энергетического агентства. Рассмотрены европейские директивы по сокращению выбросов СО2.
Исходя из полученных данных и проведенных исследований, предлагается сократить количе-
ство вредных токсических выбросов транспортными средствами , используя водород в качестве топ-
лива. В результате анализа приходим к выводу, что поиск альтернативных источников топлива для
автотранспортных средств неизбежно приведёт к водороду как действительно безопасному виду топ-
лива.
Анализ выбросов CO2 от транспорта как основной контекст поиска альтернативного топлива
В структуре выбросов СО2 от транспорта основную роль играют выбросы от легковых авто-
мобилей, легких грузовых и пассажирских автомобилей массой до 3,5 т (43,3%) и выбросы от грузо-
вого автотранспорта (22,2%) (см. рис. 1).
Выхлопы автомобилей могут содержать окислы серы (SOx), которые имеют прямую корреля-
цию с ростом числа заболеваний дыхательных путей. Окислы серы катализируют процесс появления
злокачественных новообразований, вызванных канцерогенами. Общий объем автомобильных выбро-
сов имеет устойчивую прямую связь с заболеваемостью городского населения бронхиальной астмой,
© С. О. Пилипенко, 2014
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 2 55
хроническим бронхитом,
болезнями сердца. Меж-
дународные исследова-
ния экономической оцен-
ки последствий загрязне-
ния атмосферы показали,
что наибольшая доля в
возможном ущербе при-
надлежит экологической
составляющей, связанной
с влиянием выбросов ав-
тотранспорта в городской
среде на здоровье людей.
Эта компонента достига-
ет 75–80% суммарного
экологического ущерба от выбросов автотранспорта [2].
В табл. 1 приведена характеристика городского ритма движения автомобиля. Усредненные
значения параметров даны в процентах к их суммарному значению за полный цикл городского дви-
жения. Например, за 1 час поездки по городу приблизительно 24 минуты машина простоит у свето-
форов и в пробках , следовательно, 40% времени двигатель будет работать на холостых оборотах ,
расходуя около 15% топлива от суммарного расхода топлива за этот час. Объем отработавших газов
за время работы двигателя на холостом ходу (за 24 минуты) составит 10% от общего их объема, вы-
брасываемого за час. В их составе будет около 20% оксида углерода (CO) и около 17% углеводородов
(CnHm) от суммарного количества этих веществ, выбрасываемого в среднем за час движения по горо-
ду.
Таблица 1. Характеристика городского цикла движения автомобиля на бензиновом топливе [3]
Параметры работы двигателя ,%
Выбросы Режим работы
двигателя Время
работы
Расход
топлива
Объем
отработавших газов СО СnHm NOx
холостой 40 15 10 20 17 0
разгон 18 35 45 30 30 80
установившийся 30 37 40 38 28 19
замедление 12 13 5 12 25 1
Исходя из проведенного анализа становится очевидным, что развитие современного автомо-
бильного двигателестроения происходит во время постоянно ужесточающихся экологических требо-
ваний. Наряду с ограничением выбросов токсичных составляющих отработавших газов (ОГ), изданы
европейские директивы по сокращению выбросов диоксида углерода.
С целью снижения выбросов от автотранспорта в Европейском Союзе в апреле 2009 г. были
приняты Правила № 443/2009, касающиеся ограничения выбросов СО2 от новых легковых автомоби-
лей категории M1 [4]. В соответствии с данными Правилами установлена цель: в целом по Европей-
скому Союзу достичь к 2012 г. средней величины выбросов CO2 от новых легковых автомобилей на
уровне 120 г/км, в 2015 г. – 90 г/км. Выполнение требований этих директив потребует сокращения
использования в автомобильных двигателях бензина (см. рис. 2).
Достижение поставленных целей по снижению выброса диоксида углерода требует совер-
шенствования конструкции автомобиля для снижения расхода топлива, а также применения альтер-
нативных топлив. В соответствии со сценарием BLUE Map, рассматриваемым Международным энер-
гетическим агентством, предлагается структура методов снижения выбросов CO2 от транспорта,
представленная на рис. 3 [5].
Грузовой
автотранспорт;
22,2%
Автобусы; 6,3%
Автомобили до
3,5 т.; 43,3%
Мотоциклы;
1,7%
Водный
транспорт;
10,8%
Железнодорож-
ный транспорт;
2,2%
Воздушный
транспорт;
13,5%
Рис. 1. Структура мировых выбросов CO2
от транспортного сектора экономики [1]
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 2 56
Сократить выбросы транспортными средствами можно при переходе на водородное топливо,
при использовании которого в зависимости от типа энергоустройства, выбросы загрязняющих ве-
ществ могут быть практически сведены к нулю. Металлогидридные и другие технологические уста-
новки позволяют аккумулировать водород в газообразном состоянии , безопасно его хранить и пода-
вать потребителям с заданными показателями давления и расхода [6]. Водород чрезвычайно удобен
для транспортировки. На большие расстояния его можно передавать по трубопроводам. Как и любое
другое газообразное топливо, его можно накапливать и хранить длительное время как в ёмкостях, так
и в резервуарах природного происхождения, например в выработанных газовых месторождениях.
Цель научной разработки данной статьи : поиск возможности улучшения экологических пока-
зателей и снижение выбросов СО2 от автотранспортных средств. Для достижения поставленной цели
необходимо решить следующие основные задачи :
1. Исследовать выбросы вредных веществ при сгорании различных топлив.
2. Предложить альтернативный вид топлива, при котором выбросы загрязняющих веществ
частично или полностью отсутствуют.
Результат исследований
В связи с актуальностью экологической проблемы крупных городов во многих странах ведет-
ся работа по снижению токсичности выбросов автомобильных двигателей. Рассматриваются не-
сколько направлений создания новых модифика-
ций бензина и искусственных моторных топлив,
соответствующих более низкому уровню ток-
сичности (ЕВРО-1, ЕВРО-2, Калифорнийский
стандарт и т. д.). Для снижения токсичности вы-
хлопных газов применяют каталитические дожи-
гатели и фильтры, которые приводят к значи-
тельному удорожанию автомобиля, но малоэф-
фективны в условиях эксплуатации подержанно-
го автотранспорта.
Как следует из табл. 2, из широкого пе-
речня моторных топлив смесь бензина с водоро-
дом близко соответствует европейскому стан-
дарту ЕВРО-1. Выбросы вредных веществ при
сгорании водорода практически нулевые.
2005 2008 2012 2015
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
годы
Э
м
ис
си
я
С
О
2
,г/
км
Э
кв
ив
ал
ен
тн
ы
й
ра
сх
од
б
ен
зи
на
, л
/1
00
км
Рис. 2. Европейские директивы по сокращению выбросов СО2
Применение
электромобилей
и автомобилей с
КЭУ; 17%
Применение
водородных
топливных
элементов; 14%
Повышение
топливной
экономичности;
52%
Применение
биотоплив; 17%
Рис. 3. Структура методов снижения выбросов CO2
от транспорта по данным IEA [5]
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В МАШИНОСТРОЕНИИ
ISSN 0131–2928. Пробл. машиностроения, 2014, Т. 17, № 2 57
Таблица 2. Выброс вредных веществ при сгорании различных топлив[7]
Выброс вредных веществ, г/км Виды топлива CO CH NOx
бензин 42 8,5 9,1
сжиженный нефтяной газ 19 4,8 8,7
сжатый природный газ 8,5 4,5 8,5
бензин в смеси с водородом 3 2,8 4,55
метанол 28 4,6 4,4
метанол в смеси с бензином 32 5,4 7,6
метанол в смеси с синтез-газом (H2+CO) 5 2,5 3,5
cинтез -газ (H2+CO) 0 0,4 2,3
водород 0 0 2,5
ЕВРО-1 2,72 0,93 –
Выводы
Сократить выбросы транспортными средствами можно при переходе на водородное топливо.
Водород как энергоноситель в автотранспорте даже при относительно осторожных оценках динамики
роста цен на сырую нефть и экологического ущерба может стать вполне конкурентоспособным по
сравнению с традиционными моторными топливами. Более интенсивный рост цен сырой нефти при-
ведет только к увеличению конкурентоспособности водородного транспорта, особенно при произ-
водстве водорода на базе угля, ядерной энергии или возобновляемых источников. Одновременно по
мере освоения будет происходить удешевление водородных технологий. Более точный учет экологи-
ческого фактора также будет способствовать усилению привлекательности водорода. Автомобили на
базе водорода имеют более высокую эффективность: КПД топливного элемента достигает 60% и бо-
лее.
Водородный автомобиль – высокоэкологичный вид транспорта, так как выбросами от топ-
ливных элементов являются пары воды, а от самого автомобиля — только мелкие частицы при изна-
шивании тормозных колодок и шин.
В формате евроинтеграции Украины и европейских директив по сокращению выбросов окси-
да углерода наиболее прагматично – компромиссная ближайшая перспектива украинского автозапра-
вочного рынка топлив органического происхождения – это применение водорода в качестве топлива.
Высокий экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве
топлива делает его рентабельным.
Литература :
1. Fulton, L. Transport, Energy and CO2 : Moving Toward Sustainability / L. Fulton // 3rd INTERNATIONAL TAXI
FORUM – 9 October 2009. – Р. 25.
2. Cubbin, D. R. The Health Costs of Motor – Vehicle – Related Air Pollution / D. R. Cubbin, M. A. Delucch // J.
Transport Economics and Policy. – September 1999. – Vol. 33. – Part 3. – Р. 29.
3. Козлов, М. М. Чем дышит водитель? / М. М. Козлов //Полезные страницы. – 1999. – Вып. 4. – С.212.
4. Regulation (EC) №443/2009 of the European Parliament and of the Council setting emission performance standards
for new passenger cars as part of the Community’s integrated approach to reduce CO2 emissions from light-duty ve-
hicles. – 23 April 2009. – Р. 15.
5. Energy Technology Perspectives. Scenarios and Strategies to 2050. – Paris: International Energy Agency. – 2006. –
486 p.
6. Металлогидридные технологии : дайджест / Под ред. В. В. Соловья и Ю. М. Мацевитого. – Харьков:
ИПМаш им. Подгорного НАН Украины. – 2009. – 37 с.
7. Крутенев, В. Ф. / Перспективы применения водородного топлива для автомобильных двигателей /
В. Ф. Крутенев, В. Ф. Каменев // Конверсия в машиностроении. – 1997. – № 6. – С. 73–79.
Поступила в редакцию 28.04.14
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-80996 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 0131-2928 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T17:00:05Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Пилипенко, С.О. 2015-04-29T19:57:21Z 2015-04-29T19:57:21Z 2014 Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива / С.О. Пилипенко // Проблемы машиностроения. — 2014. — Т. 17, № 2. — С. 54-57. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 0131-2928 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80996 662.769.2 Представлен анализ результатов исследований выбросов автотранспортными средствами при использовании различных видов топлива в двигателях внутреннего сгорания. Выявлено наиболее экологически безопасное топливо из анализа углеводородного топлива и перспективных альтернатив применения различных видов топлива в автотранспорте. Разработано методику сокращения выбросов вредных веществ двигателями , которая базируется на использовании водорода на борту автомобиля как в качестве автономного вида топлива, так и в смеси с различными видами топлива. Подано аналіз результатів досліджень викидів автотранспортними засобами при використанні різних видів палива в двигунах внутрішнього згоряння. Виявлено найбільш екологічно безпечне паливо з аналізу вуглеводневого палива і перспективних альтернатив застосування різних видів палива в автотранспорті. Розроблено методику скорочення викидів шкідливих речовин двигунами, яка базується на використанні водню на борту автомобіля як автономного виду палива, так і в суміші з різними видами палива. The main purpose of this study is the possibility of using hydrogen technologies based on analysis derived from a variety of sources and activities , research, and adopted guidelines. The use of modern means of communication, the treatment of the scientific literature , allows for the collection and analysis of information received from scientists in different countries. The paper studies the structure of global СО2 emissions from the transport sector. The influence of the harmful emissions from motor vehicles on public health and the environment in general. The structure of the methods to reduce СО2 emissions from transport according to the International Energy Agency. The article deals with the European directive on the reduction of СО2 emissions. ru Інстиут проблем машинобудування ім. А.М. Підгорного НАН України Проблемы машиностроения Экологические аспекты в машиностроении Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива Environmental aspect of competitive use hydrogen as a fuel Article published earlier |
| spellingShingle | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива Пилипенко, С.О. Экологические аспекты в машиностроении |
| title | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива |
| title_alt | Environmental aspect of competitive use hydrogen as a fuel |
| title_full | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива |
| title_fullStr | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива |
| title_full_unstemmed | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива |
| title_short | Экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива |
| title_sort | экологический аспект конкурентоспособности использования водорода в качестве топлива |
| topic | Экологические аспекты в машиностроении |
| topic_facet | Экологические аспекты в машиностроении |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/80996 |
| work_keys_str_mv | AT pilipenkoso ékologičeskiiaspektkonkurentosposobnostiispolʹzovaniâvodorodavkačestvetopliva AT pilipenkoso environmentalaspectofcompetitiveusehydrogenasafuel |