The advantages of vegetable oil-based biofuels using in diesel engines have been demonstrated. Methods for determining of optimal composition for mixed fuels containing petroleum diesel fuel and methyl ester of rapeseed oil have been proposed. Optimization calculations of such mixed fuel composition for a type 245.12С diesel engine have been carried out using the proposed methods. It has been shown that a mixture containing 60 % of petroleum diesel fuel and 40 % of methyl ester of rapeseed oil has the best ecological characteristics among the researched mixed biofuels. Even better ecological characteristics are reached when such mixture’s ingredients are regulated according to changes of the engine’s shaft rotation speed and load.
diesel engine, petroleum diesel fuel, rapeseed oil, methyl ester of rapeseed oil, mixed biofuel, ecological characteristics, exhaust gases toxicity.
1. Введение
Одной из наиболее актуальных проблем современного двигателестроения является поиск моторного топлива, которое сможет успешно заменить традиционные бензин и дизельное топливо [1, 2]. В России разведанных запасов нефти хватит до 2025–2030 гг., а запасов газа — до 2085–2095 гг. В этих условиях использование в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве, других секторах экономики России топлива ненефтяного происхождения (альтернативного топлива) становится не только необходимым, но и экономически оправданным.
Необходимо отметить перспективность использования альтернативных видов топлива, производимых из возобновляемых сырьевых ресурсов. В качестве сырья для производства моторных топлив могут быть использованы отходы лесозаготовки и лесопереработки, древесина, продукты и отходы сельскохозяйственного производства, отходы пищевой промышленности, биогазы, водоросли и другие морские биоресурсы. Использование топлива растительного происхождения обеспечивает кругооборот углекислого газа в атмосфере, поскольку при сжигании биотоплива в двигателях внутреннего сгорания в атмосферу выбрасывается примерно такое же количество углекислого газа, которое поглощается в процессе выращивания сырья для производства биотоплива. Это приводит к уменьшению выброса в атмосферу парниковых газов и предотвращению парникового эффекта.
В настоящее время более 20 стран производят жидкое биотопливо из различного растительного сырья. Среди этих видов биотоплива — растительные масла, продукты их переработки, биоэтанол, биометанол, биодиметиловый эфир, биометил-трет-бутиловый эфир (биоМТБЭ), биоэтил-трет-бутиловый эфир (биоЭТБЭ), синтетическое биотопливо, биогаз, биоводород. Международная энергетическая ассоциация (IEA) прогнозирует, что к 2030 г. мировое производство биотоплива достигнет 150 млн т в год (в нефтяном эквиваленте) [2]. Ежегодные темпы прироста их производства составят 7–9%. В результате к 2030 г. доля биотоплива в общем объеме потребления топлива в транспортной сфере достигнет 4–6%. Ожидается, что наибольшее распространение получат биоэтанол и биодизельное топливо, получаемое из растительных масел.
1. Aleksandrov A.A., Arkharov I.A., Markov V.A. Al´ternativnye topliva dlya dvigateley vnutrennego sgoraniya [Alternative fuels for internal combustion engines]. Moscow, LLC Scientific Research Centre «Engineer» Publ., LLC «Oniko-M» Publ., 2012. 791 p.
2. Markov V.A., Devyanin S.N., Semenov V.G. Ispol´zovanie rastitel´nykh masel i topliv na ikh osnove v dizel´nykh dvigatelyakh [Using vegetable oils and vegetable oils based fuels in diesel engines]. Moscow, LLC Scientific Research Centre «Engineer», LLC «Oniko-M» Publ., 2011. 536 p.
3. Liotko V., Lukanin B.N., Hachian A.S. Primenenie al´ternativnykh topliv v dvigatelyakh vnutrennego sgoraniya [Application Alternative Fuels in Internal Combustion Engines]. Moscow, MADI (TU) Publ., 2000. 311 p.
4. Devyanin S.N., Markov V.A., Korshunov D.A. Improving Ecological Characteristics of Vehicle Diesel Engines Using Mixed Biofuel. Bezopasnost’ zhiznedeyatel’nosti [Life Safety], 2005, I. 12, pp. 27-33 (in Russian)
5. Markov V.A., Nagornov S.A., Devyanin S.N. The Application of Biofuels on the Basis of Blended Methyl Esters of Vegetable Oils in Vehicle Diesel Engines. Bezopasnost’ v teknosfere [Safety in Technosphere], 2011, I. 6, pp. 26-33 (in Russian)
6. Hemmerlein N., Korte V., Richter H., Schröder G. Performance, Exhaust Emissions and Durability of Modern Diesel Engines Running on Rapeseed Oil. SAE Technical Paper Series. 1991. № 910848. P. 1-16.
7. Krahl J., Munack A., Bahadir M., Schumacher L., Elser N. Rewiew: Utilization of Rapeseed Oil, Rapeseed Oil Methyl Ester or Diesel Fuel: Exhaust Gas Emissions and Estimation of Environmental Effects. SAE Technical Paper Series. 1996. № 962096. P. 319-338.
8. Sharp C.A., Howell S.A., Jobe J. The Effect of Biodiesel Fuels on Transient Emissions from Modern Diesel Engines, Part II. Unregulated Emissions and Chemical Characterization. SAE Technical Paper Series. 2000. № 2000-01-1968. 7 p.
9. Markov B.A., Bashirov P.M., Gabitov I.I. Toksichnost´ otrabotavshikh gazov dizeley [Toxicity of Diesel Engines Exhaust Gases]. Moscow, MGTU named after N.E. Bauman Publ., 2002. 376 p
10. Markov V.A., Devyanin S.N., Markova V.V. Environmental Friendliness Assessment of Power Installations with Diesel Engines. Bezopasnost’ v teknosfere [Safety in Technosphere], 2014, I. 2, p. 23-32. DOI:https://doi.org/10.12737/3668 (in Russian)
