Виктор Балабанов - Нанотехнологии. Правда и вымысел
Один из основных показателей качества топлива – его удельная теплота сгорания, которая у любого углеводородного топлива не превышает 44 МДж/кг (10,5 тыс. ккал/кг). Для повышения других показателей качества топлива применяются различные добавки, которые направлены на повышение октанового (октан-корректоры) и цетанового (цетан-корректоры) числа, снижение токсичности и дымности выхлопных газов, а также (частично) на ослабление коррозионных процессов.
Повышение эксплуатационных свойств различных видов топлива может быть достигнуто путем введения различных металлсодержащих добавок. При этом большое значение имеет дисперсность частиц металла: чем они меньше, тем эффективнее их применение. Это открывает серьезные перспективы в использовании металлических наноматериалов в качестве добавок к различным видам топлива. Полезный эффект достигается также при применении в составе добавок современных моющих компонентов, химических нанокатализаторов и регуляторов горения топлива. Чаще используют многокомпонентные композиции, при этом каждый компонент выполняет свою функцию. Для повышения эффективности сгорания дизельного топлива можно использовать многокомпонентную композицию, в состав которой в качестве одного из компонентов входят соли магния, кальция, марганца, меди или алюминия, в качестве другого – различные поверхностно-активные вещества, а в качестве третьего – стабилизирующие и солюбилизирующие (растворяющие) компоненты, которые способствуют хорошей растворимости композиции в дизельном топливе.
Среди различных присадок к дизельным видам топлива определяющее значение имеют присадки, которые способствуют окислению топлива и его самовоспламеняемости при оптимальном цетановом числе, что оказывает существенное влияние на пусковые свойства дизеля.
Таким образом, наиболее распространенный и эффективный способ снижения содержания твердых частиц в выхлопных газах, образующихся при работе дизельных двигателей, – использование композиционных антидымных присадок, содержащих ионы марганца и меди с карболовыми и дикарбоновыми кислотами.
Один из путей уменьшения вредных выбросов в отработавших газах автомобиля – введение в моторное топливо наноразмерных частиц оксида церия. Соответствующая технология Fuel Borne Nanocatalyst разработана английской фирмой Oxonica при Оксфордском университете. Специалисты фирмы создали добавку в топливо Envirox, представляющую собой наноразмерные частицы оксида церия в органической основе. Находясь в составе топлива, эти частицы обеспечивают более полное сгорание углеводородов и уменьшение вредных выбросов. Рабочая концентрация оксида церия в топливе – пять миллионных долей на литр, то есть на железнодорожную цистерну топлива достаточно 150200 г нанопорошка. Эффект от применения добавки Envirox – экономия топлива до 10–15 % и резкое снижение содержания оксидов азота. Филиппинская топливная компания Independent
Philippine Petroleum Co. с марта 2005 года производит и реализует экологически чистое топливо Diesel Premium Plus.
Аналогичные работы по изучению каталитических свойств наночастиц оксидов церия и циркония ведутся в Брукхейвенской национальной лаборатории Управления энергетических исследований и разработок США. В марте 2006 года на очередном Национальном семинаре Американского химического общества было показано, что наночастицы оксидов, попадая на поверхность каталитического конвертера, действуют как буфер, поддерживающий каталитическую эффективность на одном и том же уровне независимо от режимов работы двигателя.
Многие европейские производители (в том числе Daimler Chrysler AG, BASF AG, Iveco S.pA., Total SA, Renault Trucks, Volvo Trucks) выступили с совместным заявлением об участии в проекте SCR (разработке селективной каталитической очистки выхлопных газов – Selective Catalytic Reduction ). В катализатор добавляется аммиак, превращающий оксиды азота в азот (основу воздуха) и водяной пар. Вероятно, для соответствия строгим нормам стандарта Euro-4 будет использована именно технология SCR , хотя для этого потребуется модернизация всей автозаправочной инфраструктуры мира.
Технология SCR с реагентом AdBlue (рис. 69) идеально сочетает экологические требования и экономичность. Она уже используется в пределах всей Европы, поскольку:
• применима к дизельным топливам разного качества;
• не требует специального обслуживания и рассчитана на весь срок службы автомобиля;
• никак не сказывается на интервалах между техобслуживанием и заменой масла;
• обеспечивает снижение расхода топлива на 2–5% по сравнению с аналогичными автомобилями, соответствующими стандарту Euro-3;
• увеличивает дальность пробега автомобиля при условии, что он оборудован баком для AdBlue соответствующей вместимости.
Рис. 69. Схема применения технологии SCR с реагентом AdBlue на бензиновом двигателе
Реагент AdBlue – это жидкость, необходимая для использования технологии SCR. Он представляет собой высококачественный стандартизованный раствор мочевины на водной основе, который заправляется в специальный бак и не доставляет никаких дополнительных проблем водителю. Сама технология проста: AdBlue автоматически подмешивается к горячему потоку отработавших газов, в котором содержатся ядовитые окислы азота, а катализатор SCR преобразует эту смесь в безвредный азот и водяной пар.
Реагент AdBlue уже производится в шести странах Европы. Его выпускают ведущие европейские производители карбамида, которые совместно с партнерами по реализации организуют широкую сеть заправочных станций в Европе.
Специалисты российско-американской компании «Лаборатория триботехнологии» предложили новый оригинальный путь снижения эмиссии вредных примесей в отработавших газах. По их предложению, полезный эффект достигается за счет использования растворимых в моторном топливе производных мочевины вместе с наноразмерными частицами диоксида церия. Новая технология, которая получила название Urea & NanoCatalyst in Fuel, не предусматривает внесения изменений в конструкцию топливной аппаратуры двигателя внутреннего сгорания и в способ заправки на автозаправочных станциях.
Фирмой разработан специальный препарат FaberOx, представляющий собой дисперсию нанокапсулированного диоксида церия в органическом растворе производных мочевины, который добавляется непосредственно в топливо любого типа. На основе этих разработок получены и поставлены на рынок автохимии специальные препараты. Среди них нанотюнинговая добавка Fenom Street Racing к бензину, которая способствует увеличению мощности, снижению расхода топлива и токсичности выхлопа, очищает топливную систему, стабилизирует работу двигателя. Эффект достигается за счет действия органических и неорганических нанокомпонентов добавки, повышающих эффективность горения топлива и его моющие качества.
Препараты компании «Лаборатория триботехнологии», разработанные на базе нанотехнологий к бензину и дизельному топливу (для «тюнинга топлива»), например Fenom NanoTuning, Fenom Street Racing и Fenom Cetane-Number Booster, содержат химические нанокатализаторы и регуляторы горения топлива, что способствуют улучшению эксплуатационных свойств топлив.
Эффективность мероприятий автохимического тюнинга также зависит от начального технического состояния автомобиля, применяемого препарата и технологии введения добавок, качества проведения ремонтно-восстановительных работ и ряда других причин.
Среди разработок фирмы «Лаборатория триботехнологии» в области нанотехнологий следует назвать наноочистители. Наноочиститель инжекторов бензинового двигателя Fenom Injector Nanocleaner предназначен для очистки инжекторной системы подачи топлива от нагара и отложений, удаления губчатых образований с впускных клапанов, нагара со стенок камеры сгорания и очистки свечей зажигания. Он способствует легкому запуску и хорошей приемистости двигателя, снижению износа и защите от коррозии деталей, более полному и «чистому» горению бензина – снижению его расхода и уменьшению токсичности выхлопа.
Наноочиститель форсунок дизеля Fenom Diesel Injector Nanocleaner служит для очистки распылителей форсунок, камеры сгорания от нагара и углеродистых отложений, очистки топливной аппаратуры. Он также способствует легкому запуску, восстановлению распыла топлива, повышению мощности и динамики дизеля, снижению износа и защите от коррозии деталей топливного насоса высокого давления и форсунок дизельного двигателя, более полному и «чистому» горению топлива, снижению его расхода и уменьшению токсичности и дымности выхлопных газов.
