Alternativa fordonsbränslen är motorbränslen som ger energi till en bilmotor och utesluter användningen av petroleumbaserade bränslen (såsom bensin och diesel ) helt eller i viss utsträckning (inklusive de som är avsedda som tillsatser i petroleumbränslen) när den krafttekniska motorn förknippas inte enbart med petroleumprodukter. I en vidare mening är det ett annat bränsle än traditionell petroleum (bensin eller diesel); och hänvisar också till all motorkraftsteknik som inte enbart använder bensin (t.ex. elfordon, soldrivna hybridelfordon). På grund av en kombination av faktorer som miljöproblem med utvinning och användning av petroleumprodukter, höga oljepriser och potentialen för utarmning av oljereserver, har utvecklingen av renare alternativa bränslen och avancerade fordonskraftsystem blivit en prioritet för många regeringar och fordonstillverkare över hela världen. Alternativa bränslefordon inkluderar: elfordon , hybridelfordon , flexibla bränslefordon ( flexbränslefordon ), komprimerade naturgasfordon , soldrivna elfordon, biodieselfordon och vätgasfordon . . Experimentella och mindre vanliga markfordon kan ingå i samma kategori. till exempel en ångbil eller en bil som drivs av en kompakt kärnreaktor.
Beräkningar visar att cirka 30 % av det totala bränslebehovet kan ersättas av biobränslen utan att det påverkar minskningen av livsmedelsproduktionen. [2] .
Alla officiella definitioner är inte desamma.
I Europeiska unionen definieras alternativa bränslen av Europaparlamentets och rådets direktiv 2014/94/EU av den 22 oktober 2014 om utbyggnad av infrastruktur för alternativa bränslen.
"alternativa bränslen": bränslen eller energikällor som åtminstone delvis tjänar som ett substitut för fossila bränslen i energiförsörjningen av transporter och som kan bidra till att minska koldioxidutsläppen och förbättra transportsektorns miljöprestanda. Bland annat inkluderar de:
— Europaparlamentets och rådets direktiv 2014/94/EU av den 22 oktober 2014 om utbyggnad av infrastruktur för alternativa bränslen.
I USA definierar EPA alternativa bränslen som
Alternativa bränslen, inklusive gasformiga bränslen såsom väte, naturgas och propan; alkoholer såsom etanol, metanol och butanol; vegetabiliska oljor och spilloljor; och el. Dessa bränslen kan användas i ett dedikerat system som förbränner ett enda bränsle, eller i ett blandat system med andra bränslen, inklusive konventionell bensin eller diesel, såsom i hybridelektriska fordon eller nyttofordon.
— Naturvårdsverket [3]
I Kanada, sedan 1996, i Alternative Fuels Regulations SOR/96-453, definierar Alternative Fuels Act alternativa bränslen som:
Vid tillämpningen av definitionen av alternativa bränslen i 2 mom. 1 mom. i lagen anses följande bränslen som används som enda energikälla för direkt framdrivning av fordon som alternativa bränslen:
- Regler för användning av alternativa bränslen (SOR/96-453) [4]
Alternativa bränslen inkluderar syntetiska och förnybara bränslen, ofta kallade "hållbara" bränslen (eftersom dessa bränslen inte begränsas av mineralreserver). Syntetiska bränslen framställs av kol, naturgas eller andra kolvätenråvaror såsom biomassa, med hjälp av Fischer-Tropsch-processen eller Bergius-processen . I det första fallet förgasas matningen för att skapa en blandning av kolmonoxid och väte ( syntesgas ), som sedan kombineras igen för att bilda ett flytande kolvätebränsle. Förnybara bränslen produceras från biologiska källor av råvaror som växtfetter, fetter och oljor. Lipiderna bearbetas för transesterifiering eller hydrobehandling för att producera jetbränsle. Syntetiska bränslen har vanligtvis en sammansättning som liknar konventionella bränslen och uppnår den prestanda som krävs när konventionella och alternativa bränslen blandas. Denna praxis används för att komplettera lager eller ersätta konventionella bränslen. Ett annat tillvägagångssätt för bränslekategorisering är att skapa konceptet koldioxidneutralt bränsle . De föreslagna koldioxidneutrala bränslena kan i sin tur delas upp i syntetiska bränslen, som erhålls genom kemisk hydrogenering av koldioxid, och biobränslen, som produceras med naturliga processer för CO2-förbrukning, såsom fotosyntes. En variant på ovanstående är elektriska bränslen, en ny klass av koldioxidneutrala ersättningsbränslen som produceras med el från förnybara källor. De är ett alternativ till flygets biobränslen. De är främst butanol, biodiesel och vätebränslen, men inkluderar även alkoholer och kolhaltiga gaser som metan och butan.
Bensen förbättrar bensinens slagmotstånd, vilket är anledningen till att det har spelat en viktig roll i bensinproduktionens historia. Vissa tidiga lok med förbränningsmotorer använde bränsle som huvudsakligen bestod av bensen. I början av 1900-talet, beroende på källa och ursprung, var bensin av mycket olika kvalitet (från cirka 40 oktan) och därför inte särskilt lämplig för allmän användning utan knackningsskyddstillsatser . Speciell bilbensen hade å andra sidan ett relativt högt slagmotstånd (99 RON , 91 MON ) när det användes som bensin, men var relativt dyrt och motorer som körde med det blev mycket snabbt förorenade av sot. Som ett resultat användes bensen som bensin endast för speciella ändamål (till exempel under första världskriget användes det av tyskarna i flygmotorer). I början av 1920-talet erbjöd användningen av bensin-bensenblandningar en lösning på dessa problem, genom att blanda billig bensin och (dyrare) bensen för att öka slaghållfastheten hos en sådan blandning och därmed skapa ett bränsle som var acceptabelt både i pris och i kvalitet. I Tyskland och andra länder erhölls bensen genom kokskol . Denna process var historiskt sett den första och fungerade som huvudkällan för bensen fram till andra världskriget. 1923 dök den första bensin-bensenblandningen (tyska förkortningen " Bibo ") upp på marknaden i Tyskland, utvecklad för företaget OLEX under namnet "olexin" [5] .
Blandningen som utvecklades för Benzol-Verband (BV) företaget 1924 under namnet BV-Aral, (eftersom bensen tillhör den kemiska gruppen av aromatiska föreningar, och bensin till alifatisk) innehöll "6 delar bensin och 4 delar bensen" . BV, som tysk bensenproducent, har använt denna teknik för att skapa ytterligare en försäljningskanal för sina produkter utöver försäljning av lösningsmedel till färgfabriker. Beroende på kvaliteten på basbensinen (från 40 till 60 RON) varierade oktantalet för BV-Aral-blandningen från 64 till 76 RON.
Efter utvecklingen av bränslen med högre oktanhalt under andra världskriget (vilket skedde främst på grund av utvecklingen av kraftfulla flygmotorer som krävde kvalitetsbränsle) planerade bensentillverkarnas förening 1947/1948 att introducera bränsle på bilmarknaden ännu högre kvalitet med ett oktantal på 80 RON, vilket var högre än konkurrenternas (på grund av ökningen av bensenhalten) [6] . Detta ytterligare sätt att utveckla tekniken har inte funnits tillämplig på grund av utvecklingen av andra tekniker för att förbättra kvaliteten på bensin. Idag är en så hög koncentration av bensen i bensin förbjuden på grund av dess toxicitet, och bensen är endast tillåten som bränsletillsats i koncentrationer upp till en procent.
I Sovjetunionen användes även bensen-bensinblandningar på grund av bristen på högkvalitativ bensin på 1920/30-talet. Sådana blandningar var dock ofta fortfarande av mycket dålig kvalitet. Chefen för Scientific Automotive Institute, professor E. A. Chudakov skrev:
"I mitten av 1928 släpptes en blandning av tung Groznyj-bensin med bensen på marknaden som ett bilbränsle, och båda komponenterna ansågs otillfredsställande. Bensinen nedgraderades mot den normala tunga Groznyj som levererades av Oljesyndikatet enligt dess prislista, och bensenen var inte tillräckligt raffinerad. Som ett resultat tvingades de flesta av fordonen stanna; motorer krävde översyn efter 2-3 veckors drift; betydande bildning av mycket hårda avlagringar observerades både på ventilerna och på andra arbetsdelar av motorn. En stor mängd tjärhaltig vätska samlades i motorns vevhus, som ofta bildades i sugröret, och på vissa maskiner till och med fastnade spjällen. Det verkar som om bränsle efter sådana misslyckade experiment inte bör släppas ut på marknaden som inte har blivit föremål för inledande grundliga tester. Men enligt dekretet från Sovjetunionens högsta ekonomiska råd N15 daterat den 1 mars i år släpptes ett nytt bränsle på marknaden - en blandning av gasbensin med Grozny-nafta och bensen. [7]
I en värmevärdesjämförelse ligger premiumbensin på 8,9 kWh/l under Bibo-värdet på 9,3 kWh/l, vilket i sin tur är lägre än diesel på 9,8 kWh/l. [8] Eftersom bensin-bensenblandningar brinner långsammare än bensin, kräver de en längre tändning. Man trodde att efter att ha bytt till en bensin-bensenblandning minskade motoreffekten från 1 till 4% och bränsleförbrukningen ökade också från 2 till 5%. Vissa motormodifieringar var därför önskvärda: till exempel krävdes en ökning av strålarnas diameter. Tillsatsen av mer än 40 % bensen försämrade starten och minskade motoreffekten.
Förutom bensin i Tyskland användes potatissprit som en komponent i bensenbränsle. I Tyskland har sedan 1930 tillsats av 2,5-10 % etanol varit obligatoriskt. I fallet med Albizol-bensenblandningen från Reichskraftsprit tillsattes ca 25 % potatissprit till blandningen. US Military Dictionary från 1944 [9] hänvisar till bränslebensen som "Dreierergemisch" ("trippelblandning": bensin 50 %, bensen 40 %, alkohol 10 %).
Användningen av fotogen istället för dieselbränsle, typiskt som en tillsats för att optimera dess lågtemperaturegenskaper, är välkänd. Det rekommenderas inte att använda fotogen i sin rena form i denna egenskap på grund av det låga cetantalet. [10] I många fall, både i ett historiskt perspektiv och idag, kan användningen av fotogen som ett alternativ till bensin också vara motiverat på grund av bristen på och de höga kostnaderna för bensin. I Storbritannien i början av 1900-talet beskattades inte traktorfotogen som bensin, vilket gjorde sådana maskiner attraktiva för bönder. I vissa länder (till exempel i Indien) subventionerades fotogen av regeringen som en livsviktig produkt för de fattiga, som användes för att tända och bränna mat. I Sovjetunionen var fotogen billigare än bensin och användes som bränsle för utombordsmotorer. [11] Användningen av fotogen i bensinmotorer är inte optimal och kräver vissa knep och ytterligare operationer för att hålla motorn igång, och därför är sådant bränsle inte populärt bland bilister. I början av utvecklingen av förbränningsmotorer användes fotogen i stor utsträckning som bränsle för förgasarförbränningsmotorer . Dock är oktantalet för fotogen lågt (under 50), så motorerna hade ett lågt kompressionsförhållande (4,0-4,5, inte mer). Den berömda " en och en halv ", på grund av det extremt låga kompressionsförhållandet, (4,25), kunde fungera på både traktornafta och tändning av fotogen. [12] Eftersom fotogenens volatilitet är sämre än bensinens, var det mycket svårare att starta en kall motor. Därför hade fotogendrivna traktorer från första hälften av 1900-talet en extra (liten) bensinbränsletank . En kall motor startades på bensin, efter att den värmts upp till driftstemperatur bytte traktorföraren om förgasaren till fotogen. På fotogentraktorer fanns ett behov av att värma fotogen för att förbättra avdunstning. Som ett resultat konstruerades avgas- och insugsgrenrören för att fungera som en värmeväxlare så att värmen från det förra värmer det senare. Eftersom traktorn startades på dyr bensin, så snart motorn värmdes upp (efter 5 minuter), byttes bränsletillförseln till fotogen. Hesselmann-motorn , populär på 1920- och 1930-talen, fungerade också på en liknande princip . Så länge motorn gick på full fart brann fotogen bra. Under reducerade förhållanden, som när man körde utan last på motorvägen, presterade motorn bättre på bensin. På 1920- och 30-talen användes vatteninsprutningssystemet för förgasare på vissa traktorer, i synnerhet American International 10/20. Vatteninsprutning ökade detonationsmotståndet hos arbetsblandningen, vilket gjorde det möjligt att använda billig fotogen som bränsle (även om motorn startades och värmdes upp på bensin). I ett sådant system injicerades vatten i insugningsröret i vissa proportioner till luft-bränsleblandningen (vanligtvis från 12,5% till 25%) och fördes tillsammans med blandningen in i förbränningskamrarna. Att säkerställa en minskning av detonationströskeln uppstår på grund av den höga värmekapaciteten hos vatten, som kyler arbetsblandningen och, ännu viktigare, de uppvärmda motordelarna, som är detonationscentrum. Sovjetunionen utvecklade också traktorer STZ-1, Fordson-Putilovets , etc., som arbetade på en blandning av fotogen och vatten.
| Oktantal för olika typer av bränsle [13] | ||
| Bränsle | Oktantal | Anteckningar |
|---|---|---|
| Bensin | 98 | - |
| Fotogen | 15-20 [14] | |
| Dieselbränsle | 0 | - |
I Europa efter andra världskriget modifierades bilar av ekonomiska skäl för att köras på fotogen snarare än bensin, som de var tvungna att importera och betala höga skatter på. Förutom ytterligare tankar, rörledningar och bränsleväxlingsanordningar byttes cylindertoppspackningen till en mycket tjockare för att minska kompressionen (gör motorn mindre kraftfull och mindre effektiv, men kan köras på fotogen). Den nödvändiga utrustningen såldes under varumärket "Economy". [15] Fotogen används för att driva mindre utombordsmotorer tillverkade av Yamaha, Suzuki och Tohatsu. Dessa är dubbelbränslemotorer som främst används i små fiskebåtar. De startar på bensin och växlar sedan till fotogen när motorn når optimal driftstemperatur. [16] Evinrude och Mercury Racing flerbränsleutombordsmotorer förbrukar också fotogen såväl som flygbränsle. [17] Under bränslekrisen på 1970 -talet utvecklade och masstillverkade finska Saab - Valmet Saab 99 Petro, som kördes på fotogen, terpentin eller bensin. Projektet, med kodnamnet "Project Lapponia", leddes av Simo Vuorio, och i slutet av 1970 -talet gjordes en fungerande prototyp baserad på Saab 99 GL. Bilen var designad för att köras på två typer av bränsle. Bensin användes för kallstarter och när extra kraft behövdes, men det kördes oftast på fotogen eller terpentin. Från 1980 till 1984 tillverkades 3 756 Saab 99 Petros och 2 385 Talbot Horizons (En version av Chrysler Horizon -bilen som integrerar många komponenter från Saab-bilen). En av anledningarna till tillverkningen av bilar som körs på fotogen var att fotogen i Finland var lägre beskattad än bensin.
I moderna bilmotorer är användningen av fotogen i princip möjlig [18] , även om det medför många restriktioner för motorn. Till exempel kan fotogen användas under förhållanden där motorn arbetar i ett snävt område av varvtal och med en viss temperatur. Under den kalla årstiden, till exempel, kan det hända att motorn inte värms upp till den optimala temperaturen. För att säkerställa en mer tillförlitlig drift av motorn kan det vara nödvändigt att installera en värmeväxlare för uppvärmning av fotogen. På grund av fotogenens ökade viskositet kan det hända att fabriksbränslepumpens prestanda inte är tillräcklig och på grund av högre värmeavledning kanske kylsystemet inte klarar av överhettning. Eftersom motortemperaturen vid låga varvtal kan sjunka under det optimala, kan fotogen blandas med oljan i vevhuset och byta olja mycket ofta jämfört med standardintervallet. Cylinderavlagringar kan byggas upp mycket snabbare än vanligt, vilket innebär att tändstift måste bytas etc. Ovanstående begränsningar gör detta till en mycket sällsynt praxis, vanligtvis begränsad till användningen av fotogen som tillsats i bensin för tvåtaktsmotorcykelmotorer, vilket kan vara lämplig för länder med låg inkomstnivå för befolkningen och följaktligen billigare underhåll av utrustning, som kommer att behöva utföras mycket oftare än vanligt (till exempel i Sydostasien).
Det fanns ett järnvägslok med fast naftalen som byggdes av Schneider-Creusot i Frankrike 1913. Detta lok hade en förångningsmotor för bensin-fotogen, startade på bensin och bytte till fotogen efter att motorn värmts upp med 70 hk, men den använde fast naftalen snarare än fotogen, helt enkelt som ett billigare bränsle. Naftalenet smälte och avdunstades i den av motorn uppvärmda vattenmanteln (smältpunkt: 80,26°C). [19] Idén dyker upp med jämna mellanrum. Patentet från 1997 av Luis Cisneros Zazueta (Mexiko) [20] säger: "Uppfinningen kan användas för alla typer av fyrtakts bensinmotorer som arbetar på Ottos termodynamiska cykel, som innehåller en förgasare eller ett bränsleinsprutningssystem, antalet cylindrar är också oviktigt. Den låga kostnaden för naftalen och ekonomin gör användningen av denna enhet billig" [21]
Fordon kan köras på en mängd olika gaser som naturgas , gasol eller biogas . En förbränningsmotor kan också köras på vätgas. Förbränningsmotorer som drevs av kolmonoxid användes i Sovjetunionen under andra världskriget . I dem erhölls kolmonoxid från träkol.
Användningen av gas som bränsle minskar föroreningarna eftersom den brinner renare än olja. Befintliga bensindrivna fordon kan konverteras till att gå på naturgas, men idag byggs en växande andel av världens fordon direkt för att drivas på gas. Mindre gasdrivna fordon har ofta också en bensintank, men större fordon har bara en naturgastank. Bilköpare av naturgas lockas av det låga bränslepriset och lägre utsläpp av koldioxid, kväveoxid och partiklar. Naturgas säljs som bränsle för bilar, priset på naturgas är cirka 1,30 euro per kilogram. När det gäller energiekvivalenter i liter gas är kostnaden för naturgas cirka 0,832 euro.
År 2006 fanns det cirka 5,7 miljoner gasdrivna fordon i världen. Argentina, Brasilien och Pakistan har flest gasdrivna fordon. I Europa är de populära i Italien (433 000), Ukraina (100 000), Ryssland (75 000), Tyskland (55 300) och Sverige (14 530). Det finns även bilar i Frankrike (10 200) och Vitryssland (5 500). Priset på naturgas i dessa europeiska länder är 40-80% av priset på bensin. I vissa europeiska länder och Japan, där alla taxibilar körs på gas, använder gasdrivna fordon mestadels gasol . Gasol har fördelen att lagras vid ett mycket lägre tryck än naturgas, så en lättare gasflaska kan användas .
Antalet naturgasfordon i Finland, inklusive stadsbussar, sopbilar, taxibilar och privatpersoner, är cirka 800 (2011). Den första offentliga tankstationen för naturgasfordon öppnades i Helsingfors i Malmi i juni 2005. Det finns 16 offentliga bensinstationer i Finland (2011) och Gasum planerar att bygga ett nätverk med 30 bensinstationer under de närmaste åren. Sverige har redan över 160 bensinstationer, Tyskland 900, Italien 850, Österrike 210 och Ryssland 240. [22] .
Trägas kan användas i fordon med konventionella förbränningsmotorer genom att lägga till en vedförgasare ( gasgenerator ). [23] [24] Denna typ av bränsle var mycket populär under andra världskriget i flera europeiska och asiatiska länder, eftersom kriget förhindrade enkel och kostnadseffektiv tillgång till olja. Trägasbilar har funnits sedan före andra världskriget.
Förbrukningen av träkol som bränsle för en tonkilometer av en bils körning sträcker sig från 74,3 till 114 gram [25] . År 1928, i Frankrike, vid en speciell tävlingskörning, körde en 17-sitsig Berliet gasgeneratorbuss en sträcka på 5250 km på 28 dagar på ved, och den genomsnittliga vedförbrukningen var 47,8 kg per 100 km (med undantag för ved fanns det ved. 12 liter bensin användes för att starta motorn, samt för att rengöra dess delar i garage) [26] .
I bilar utrustade med gasgenerator kan andra generatorgaser användas.
CNG-fordon var inte det enda svaret på begränsade bensintillgångar under första och andra världskrigen. Ett ännu krångligare alternativ var en bil med gaspåse.
På taket av en sådan bil placerades bilens bränsletank - en gascylinder som liknar en ballong, fylld med okomprimerad gas. LPG-tankar tillverkades under första världskriget och (särskilt) andra världskriget i Frankrike, Nederländerna, Tyskland och England som en improviserad lösning på bensinbristen. Förutom personbilar har även bussar och lastbilar utrustats med denna teknik. Fordonen förbrukade " lätt gas ", en biprodukt av processen att förvandla kol till koks (som används för att tillverka järn). Det enda sättet att få någon praktisk räckvidd var att använda en mycket stor "bränsletank". Bussar var bättre lämpade för detta än bilar - de hade en fullstor gasflaska på takräcket storleken på en " imperial " av en engelsk dubbeldäckare. Väskan kunde inneslutas i ett strömlinjeformat fodral, men oftast var så inte fallet. Några av bilarna på fotografierna är utrustade med en enorm gaspåse (till exempel 13 kubikmeter i volym) och en sådan installation gav den en räckvidd på bara cirka 50 km, eftersom ett sådant bränslesystem behövde en bensintank med en volym på ca 2-3 kb.m. att byta ut en liter bensin. Aerodynamiken hos gasolfordon var dålig, så bränsleeffektiviteten var långt ifrån optimal. Sådana maskiner rekommenderades inte att överskrida hastigheten på 50 km / h, så att bensintanken inte skulle blåses av eller slitas av vinden.
Även om tekniken glömdes bort i Europa efter slutet av andra världskriget, återupplivades idén i Kina på 60-talet för användning på bussar som körde på stadsvägar [27] . I länderna i Sydostasien kunde en sådan teknik ses fram till 90-talet.
Från olja (eller naturgas) kommer reformering att producera väte som kan användas för att driva en bränslecellsbil. De flesta planerna baserade på denna idé föreslår att man drar nytta av det befintliga bränsledistributionsnätet och genomför konvertering med specialutrustning precis vid tankstället. Även om bränslecellsutsläppen helt består av vatten, producerar reformering lika mycket koldioxid som om samma mängd olja skulle förbrännas i en motor. Förhållandet mellan dessa utsläpp och utsläpp i bränslekedjan är alltså 4:1.
Verkningsgraden för en vätebränslecell i en bil kan i praktiken vara cirka 60 %, men eftersom energin från förbränning av kol går förlorad vid katalytisk reformering blir den i bästa fall cirka 40 %. Men även detta är bättre än en förbränningsmotor: jämfört med en förbränningsmotor är utsläppen cirka 60 % lägre. För närvarande är bränslecellsfordon ungefär 25 % effektiva (McCormick, 2001).
Teoretiskt kan nästan alla bränslen även användas i bränsleceller . I försök att skapa ett alternativ till petroleumprodukter användes främst alkoholer: etanol ( en direkt etanolbränslecell ), propanol [28] och glycerol [29] eftersom de är mycket mindre giftiga än metanol som traditionellt används i bränsleceller. Experiment utfördes också med aldehyder (nämligen med formaldehyd , inklusive paraformaldehyd [30] ), med ketoner och med olika kolväten, samt med dietyleter och etylenglykol . [23] Användningen av myrsyra i myrsyrabränsleceller är också väl studerad och väl utvecklad. Bränsleceller som drivs på glukos i form av sitt eget blodsocker kan driva medicinska implantat med elektricitet [25] (se biobränsleceller ).
Användningen av kol – i motsats till det traditionellt flytande eller lösta bränslet, ett olösligt fast ämne – i bränsleceller är möjlig och är under intensiv utredning, (se Kolbränslecell ). [26] Användningen av kol eller koks som den huvudsakliga energikällan skulle vara fördelaktigt på grund av deras tillgänglighet, men det praktiska genomförandet har visat sig vara svårt. [27]
Kolfria föreningar, särskilt ammoniak ( ammoniakbränslecell ) eller hydrazin ( hydrazinbränslecell ), samt natriumborhydrid [23], kan också fungera som energileverantörer för bränsleceller.
Myrsyra används genom att först omvandla den till väte och använda den i en vätebränslecell. Den kan också användas direkt i myrsyrabränsleceller . Myrsyra är mycket lättare att lagra än väte. [31] [32]
Ammoniak framställs genom att kombinera vätgas med kväve från luften. Storskalig ammoniakproduktion använder naturgas som vätgaskälla. Ammoniak användes under andra världskriget för att driva bussar i Belgien och i motorer och solenergisystem fram till 1900. Flytande ammoniak användes också i Reaction Motors XLR99 raketmotor som drev X-15 hypersoniska forskningsflygplan . Även om den inte är lika kraftfull som andra bränslen, lämnade den inte sot i en återanvändbar raketmotor, och dess densitet var ungefär densamma som den för oxidationsmedlet, flytande syre, vilket förenklade designen av flygplanet.
Ammoniak har föreslagits som ett praktiskt alternativ till fossila bränslen för förbränningsmotorer.[48] Värmevärdet för ammoniak är 22,5 MJ/kg, vilket är ungefär hälften av dieselbränslet. I en typisk motor, där vattenånga inte kondenserar, kommer uppvärmningsvärdet för ammoniak att vara cirka 21% mindre än denna siffra. Den kan användas i befintliga motorer med endast mindre ändringar av förgasare/injektor.
När den produceras av kol kan CO2 lätt fångas upp[48][49] (förbränningsprodukter är kväve och vatten).
Ammoniakmotorer eller ammoniakmotorer som använder ammoniak som arbetsvätska har föreslagits och ibland använts. Principen liknar den som används i ett eldlöst lok, men med ammoniak som arbetsvätska istället för ånga eller tryckluft. Ammoniakmotorer användes experimentellt på 1800-talet av Goldsworthy Gurney i Storbritannien och i New Orleans spårvagnar. 1981 konverterade ett kanadensiskt företag en Chevrolet Impala från 1981 för att köras på ammoniak som bränsle.
Ammoniak och "GreenNH3" har använts med framgång av utvecklare i Kanada [53] eftersom det kan köras i gnisttändning eller dieselmotorer med mindre modifieringar, och är det enda "gröna" jetbränslet, och trots dess toxicitet anses det inte farligare än bensin eller gasol.[54] Den kan produceras av förnybar el och är bara hälften så tät som bensin eller diesel och kan lätt transporteras i tillräckliga mängder i fordon. När den är helt förbränd har den inga andra utsläpp än kväve och vattenånga. Förbränningskemisk formel: 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O, vilket resulterar i 75 % vatten.
Även om en gasalstrande bil går på fast bränsle, där trä, kolbriketter eller torv kan användas som bränsle. Själva principen för gasgeneratorns drift är dock baserad på ofullständig förbränning av kol, där kol under förbränning kan fästa en syreatom eller två för att bilda respektive monoxid (kolmonoxid) och dioxid (koldioxid). Således drivs förbränningsmotorn i en sådan maskin på gasformigt bränsle erhållet från fast bränsle. Detta alternativ är inte optimalt av flera skäl. De viktigaste är den låga kvaliteten på gasen som produceras under driften av gasgeneratorn och även bränsleförbrukningen för genomförandet av själva förgasningsprocessen. Att arbeta med en gasgenerator är inte lätt. Eftersom den nödvändiga dragkraften genererades av motorns sugverkan var det svårt att starta tomgångsgasgeneratorn. För att starta förbränningsprocessen behövdes en päls eller en fläkt. I bästa fall tog det fem till tio minuter att starta motorn. En bil med gasgenerator lämpar sig bättre för långa resor. I tätorter där bilen ofta måste stanna kan generatorbranden bli för svag och dö ut. Därför fanns det utvecklingar som syftade till att använda fast material utan att destillera det till gas.
En ångbil är en bil som drivs av en ångmaskin. Trä, kol, etanol eller något annat kan användas som bränsle. Bränslet förbränns i en panna och värmen förvandlar vattnet till ånga. När vatten förvandlas till ånga expanderar det. Expansionen skapar tryck. Trycket trycker kolvarna fram och tillbaka. I det här fallet roterar propelleraxeln hjulen, vilket säkerställer bilens rörelse framåt. Det fungerar som ett koleldat ånglok.
Ångbilar tar lång tid att starta, men vissa kan så småningom nå hastigheter över 100 miles per timme (161 km/h). Sen modell av Doble steam-bilar kunde startas på mindre än 30 sekunder, hade höga topphastigheter och snabb acceleration, men var dyra att köpa.
Ångmaskinen använder extern förbränning, till skillnad från intern förbränning. Bensindrivna fordon är mer effektiva med en verkningsgrad på cirka 25-28 %. Medan teoretiskt sett en ångmotor med kombinerad cykel , i vilken det brinnande materialet först används för att driva en gasturbin, kan vara så effektiv som 50 % till 60 %, fungerar praktiska exempel på ångdrivna fordon med endast cirka 5-8 % effektivitet.
Den mest kända och mest sålda ångbilen var Stanley Steamer . Den använde en kompakt eldrörspanna under huven för att driva en enkel tvåkolvsmotor som var ansluten direkt till bakaxeln. Före Henry Fords införande av månadsbetalningsfinansiering med stor framgång köptes bilar oftast direkt. Därför hade Stanley en förenklad design; för att hålla inköpspriset överkomligt.
Ångkraft kan kombineras med en standard ICE-motor för att skapa en hybrid ( sextaktsmotor ). Insprutningen av vatten i cylindern sker efter förbränningen av bränslet, när kolven fortfarande är överhettad, ofta vid temperaturer på 1500 grader eller mer. Vattnet kommer omedelbart att avdunsta till ånga, med hjälp av värme som annars skulle gå till spillo.
Magnesium Engine (en:MAGIC) är en motordesign utvecklad av Mitsubishi Corporation och Tokyo Institute of Technology som använder magnesium och vatten för att generera kraft.
Ett samarbetsprojekt som startade 2005 och som fortfarande befinner sig på ett experimentellt stadium utvecklade 2006 en koldioxidfri prototypmotor som gick framgångsrikt utan användning av fossila bränslen. Den kemiska reaktionen mellan magnesium (i pulverform) och vatten vid rumstemperatur ger högenergiånga och väte. Väte förbränns samtidigt för att producera mer extra högenergiånga. Dessa två källor till ånga driver motorn. Energikretsloppet producerar inte koldioxid eller andra skadliga utsläpp. De enda biprodukterna av denna reaktion är vatten och magnesiumoxid. Magnesium i detta projekt (ett vanligt metallelement) erhålls från magnesiumoxid där det separeras från syre genom en laserprocess med hjälp av solenergi (som redan är långt framskriden i utvecklingen) och därmed återanvänds som bränsle. Trots sin ringa storlek (ca 5 cm i diameter och 13,5 cm på höjden) kan motorn generera en termisk effekt på flera tiotals kW. Motorn är designad för användning i kraftvärme, bilar, fartyg och många andra applikationer. Ett uttalande från 2006 angav att mer avancerad forskning planerades för kommersialisering under de kommande tre åren. Sedan dess har inga tillkännagivanden av denna teknik gjorts.
Sedan tillkomsten av förbränningsmotorer har ingenjörer försökt utveckla en motor som kan köras på ett billigt fast bränsle till ett pulver för att säkerställa blandning av bränslet med luft. Alternativ som kolpulver eller mikrokristallin cellulosa har föreslagits [33] . Problemet var att säkerställa tillförseln av bränsle till förbränningskammaren utan att ständigt täppa igen injektorerna med pulverklumpar.
KolpulvermotorerPå 1980-talet fanns intresse för den här typen av utveckling. 1989, på begäran av US Department of Energy, genomfördes studier på detta ämne. [34] . En rapport från 1989 från US Department of Energy's Office of Science and Technology beskriver framstegen och resultaten av ett forskningsprogram ("Adiabatic Diesel Engine Combustion Performance Running on Dry Coal Powder") för att studera förbränningsegenskaperna hos en dieselmotor som körs på torrt kol. pulver.. Under detta program har betydande framsteg gjorts för att övervinna många av problemen med motorn som körs på kolpulver. Konceptet med ett termiskt förbränningssystem har använts för att förbättra förbränningen av pulveriserat kolbränsle. Testresultaten bekräftade utsikterna för utvecklingen av koleldade motorer. Arbete har utförts såsom design, tillverkning och testning av en motor med ett förbättrat koltillförselsystem för att spruta kolpulver i insugningsluften; design, tillverkning och testning av en förbränningskammarmotor av superlegering ("Hastelloy X"); design, tillverkning och testning av slitstarka kolvringar och cylinderfoder med oxid-krom keramisk beläggning; förbättrat smörjsystem för att separera kolpartiklar från förorenad smörjolja; styra tändningstiden för gasat kolpulver genom användning av avgasåterföring ( EGR ) och variabel förbränningskammartemperatur; Kolmotorn testades i två konfigurationer: dubbelbränsle (med dieselbelysning) och 100 % kolmotor utan dieselinsprutning eller uppvärmd insugsluft; kallstart av en 100 % kolmotor med glödstift; och kolmotorn gick från 800 till 1800 rpm och gick på tomgång till dubbelbränsle (med dieselpilot) och 100 % kolmotor utan dieselpilot eller insugningsluftförvärmare; kallstart av en 100 % kolmotor med glödstift; och kolmotorn gick från 800 till 1800 rpm och gick på tomgång till dubbelbränsle (med dieselpilot) och 100 % kolmotor utan dieselpilot eller insugningsluftförvärmare; kallstart 100% kolmotor med glödstift. Kolmotorn gick framgångsrikt från 800 till 1800 rpm och på tomgång till full motorbelastning.
Svänghjul kan också användas som alternativt bränsle och användes på 1950-talet för att driva bussar i Schweiz, de så kallade gyrobussarna . Bussens svänghjul laddades med elektricitet i ändarna av linjen och gjorde att den kunde färdas upp till 8 kilometer på bara ett svänghjul. Svänghjulsfordon är tystare än fordon med förbränningsmotorer, kräver ingen kontaktledning och producerar inga avgaser, men svänghjulet är tungt (1,5 ton per 5 kWh) och kräver speciella säkerhetsåtgärder på grund av dess höga rotationshastighet.
Fordon med flytande kväve drivs av flytande kväve som lagras i speciella tankar. Vanligtvis fungerar en kvävemotor enligt följande: flytande kväve värms upp i en värmeväxlare, tar emot värme från den omgivande luften, sedan kommer det förångade kvävet, som omvandlas till högtrycksgas, in i motorn, där det verkar på kolven eller motorrotorn , överför den energi till den.
Den maximala energitätheten som kan erhållas med flytande kväve vid atmosfärstryck är 213 wattimmar per kilogram (Wh/kg). Detta är mycket mindre än de 3000 Wh/kg som erhålls med de modernaste typerna av bensinförbränningsmotorer som arbetar med en termisk verkningsgrad på 28 %, vilket är 14 gånger densiteten för flytande kväve som används i Carnot-verkningsgraden.
För att en isotermisk motor ska ha en autonomi som är lika med den för en bil med en förbränningsmotor, är det nödvändigt att ha ett 350-liters Dewar-fartyg ombord. Det bör tilläggas att behållaren måste ha en tjock isolering. Även om en sådan volym är möjlig att transportera, men fortfarande med en betydande ökning jämfört med en typisk 50-liters gastank. Att lägga till mer komplexa tillförselcykler (värmeväxlare med en annan typ av arbetsvätska och flera påfyllningar av tankar) kan minska behovet av tjock isolering och låta den fungera, vilket förhindrar bildandet av isskorpa. Hittills finns det dock ingen praktisk fordonsmodell eller komponenter designade för att driva fordon som använder tankar för flytande kväve och isotermiska Stirling-motorer.
En annan egenskap hos denna motor är att för effektiv drift måste den ständigt värmas upp av luftventilation, vilket innebär att den måste ha en stor fläkt. Bilen kommer att få allvarliga problem när den körs på stängda eller kalla platser, vilket kan leda till en betydande minskning av motortemperaturen, skador på den (även om man antar att intern friktion ska värma upp den). I grund och botten "utvinner" denna motor termisk energi från miljön, och därför kommer det att vara praktiskt taget omöjligt att värma upp kabinen om det inte finns några batterier och en elektrisk ugn. Därför är användningen av fordon med flytande kväve osannolik i kalla klimat.
| Huvudtyper av organiskt bränsle | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Förnyelsebart och biologiskt | |||||||||
| artificiell | |||||||||
| Alternativa bränslefordon | |
|---|---|
| bränslecell | |
| Muskulös drivkraft |
|
| solenergi |
|
| Luftmotor | |
| Elektriskt batteri och motor |
|
| biobränslemotor _ | |
| Väte |
|
| Övrig | |
| Multibränsle |
|
| Dokumentärer |
|
| se även |
|