Проект. проект 123. Индивидуальный итоговый проект Самое экологически чистое топливо
 Скачать 32.34 Kb.
|
|
Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа №16 Индивидуальный итоговый проект «Самое экологически чистое топливо» Подготовил: ученик 10 класса Луговой Сергей Научный руководитель: учитель физики В.В. Евдокимов ст-ца Ильинская 2022 г. Содержание: Введение…………………………………………………………………….3 Актуальность темы……………………………………………………….…3 Цель исследования………………………………………………………….4 Задачи………………………………………………………………………..4 Методы………………………………………………………………………4 Основная часть………………………………………………………………4 История появления топлива………………………………………………..4 Влияние топлива на окружающую среду и здоровье человек……………7 Самое дешёвое и экологичное топливо……………………… Заключение………………………………………………………………… Список используемых источников……………………………………… Приложение……………………………………………………………… Введение Общество во многом обязано бензиновым двигателям и в большей степени автомобилям. Автомобили прочно заняли своё место в жизни человека и без них человек не может существовать. Человек начинает забывать, какие проблемы могут быть связаны с не экологичным топливом. Ведь основным источником загрязнения атмосферы и является транспорт. Статья 42 конституции РФ гласит что: «Каждый имеет право на благоприятную окружающую среду, достоверную информацию о ее состоянии и на возмещение ущерба, причиненного его здоровью или имуществу экологическим правонарушениям». При экологическом кризисе происходят существенные изменения в окружающей среде, связанные с безответственным отношением человека к природе и к здоровью самого человека Автомобиль – это самое распространённое. Красивые и ухоженные автомобили вызывают у человека восторг и даже зависть. Далеко не каждый водитель задумывается о том, какой вред автомобиль несёт окружающей среде. Со временем источники используемого в данный момент всеми топлива закончатся и человеку придётся искать новый источник топлива. Актуальность темы В связи с возросшими требованиям к экологическим проблемам, связанных с эксплуатацией транспортных средств, а также выброса большого количества газов в атмосферу и заканчивающимся запасами природных ресурсов, появилась необходимость решать вопросы выпуска экологически чистого, эффективного и дешёвого топлива для транспортных средств, которые не должны нарушать экологическое равновесия в природе. Цель проекта: выяснить, какое из предложенных видов топлива самое эффективное, и экологически чистое. Цель и задачи: Изучить научную литературу о предложенных видах топлива; Определить влияние каждого вида топлива на окружающую среду; Выяснить, какое топливо самое дешёвое, эффективное и какое топливо будут использовать в ближайшем будущем; Методы: Исследовательский метод, через изучение литературы Наблюдение Анкетирование Сравнение и обобщение Сроки: 01.09.2020г.-15.04.2021г. Место: Краснодарский край, Новопокровский район, станица Ильинская. Основная часть История появления топлива Бензин(1910-е годы) Во время раннего развития бензиновых двигателей самолёты летали на автомобильном топливе, так как специальные авиационные бензины для них ещё не были разработаны. Эти ранние виды топлива назывались «прямозаводящимися» бензинами и являлись побочными продуктами дистилляции сырой нефти при производстве керосина, который тогда использовался в качестве топлива для керосиновых ламп. Производство бензина не превосходило производство керосина до 1916 года. Ранние бензины были продуктом дистилляции сырой нефти и не содержали продуктов переработки или другого сырья. Формула таких бензинов была неизвестна, а качество очень зависело от сырой нефти, которая добывалась в разных областях, в различных смесях и с разным коэффициентом. Основной характеристикой бензина был удельный вес по шкале Боме, а позже — летучесть (способность выпускать газ), определяющаяся точкой кипения, которая стала основной характеристикой для производителей бензина. Ранние бензины, созданные из восточной нефти, имели довольно высокий результат по шкале Боме (от 65 до 80) и назывались «Pensilvania High test» или просто «High test». В 1910 году увеличение объёма производства автомобилей и увеличение потребления бензина привели к увеличенному спросу на него. В то же время развитие электрических сетей привело к уменьшению спроса на керосин и, соответственно, вызвало проблему с поставками. Случилось так, что нефтяная промышленность попала в ловушку: перепроизводство керосина и недостаточное производство бензина не могли изменить коэффициент обоих продуктов, производимых из нефти. Решение этой проблемы было найдено в 1911 году, когда развитие процесса Бертена привело к термальному крекингу сырой нефти, выработка бензина из тяжелых углеводородов увеличилась. Также произошло расширение иностранных рынков сбыта, куда поставлялся керосин, больше не пользующийся спросом на внутреннем рынке. Тогда существовало мнение, что эти новые крекинговые бензины не имеют вредного воздействия. Также существовала практика смешивания легких и тяжелых растворов, которая привела к тому, что такие бензины начали называть «смешанными». Постепенно такое качество бензина, как летучесть, превзошло тест Боме. В июне 1917 года компания Стэндарт Ойл (самый крупный в то время нефтепереработчик в США) объявила, что самым главным качеством бензина является его летучесть. Было подсчитано, что октановый рейтинг бензина составляет от 40 до 60 октанов, иногда достигая от 50 до 65 октанов. До вступления США в первую мировую войну их европейские союзники использовали топливо, произведенное из сырой нефти, которую добывали на Борнео, Яве и Суматре. Оно обеспечивало удовлетворительное функционирование боевых самолётов. После вступления в Первую Мировую войну в апреле 1917 США стали главным поставщиком бензина. Спустя некоторое время было выявлено, что двигатели стали функционировать хуже, а топливо, которое использовалось для автомобилей, является неподходящим для самолётов. После потери определённого числа боевых единиц особое внимание было уделено качеству топлива. Последующие тестовые полеты, проведенные в 1937 году, показали, что снижение октанового числа на 13 пунктов (от 100 до 67) снижает производительность двигателя на 20 % и увеличивает расстояние взлета на 45 %. Водород Первое транспортное средство на топливных элементах создала в 1959 году компания Allis-Chalmers Manufacturing Company (США). Щелочные топливные элементы (AFC) были установлены на трактор. В 1962 году — на автомобиль для гольфа. В 1967 году компания Union Carbide (США) установила топливные элементы на мотоцикл. В 1982 году в СССР был разработан опытный водородный микроавтобус «Квант-РАФ» с электроприводом на щелочных топливных элементах. Электричество Основным источником финансирования исследований по жидкому электротопливу для транспорта была Программа по производству топлива Энергетического агентства перспективных исследовательских проектов (ARPA-E), возглавляемая Эриком Тоуном. ARPA-E, созданный в 2009 году под руководством министра энергетики при президенте Обамы Стивена Чу, является попыткой Министерства энергетики (DOE) дублировать работу Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов DARPA. Примеры проектов, финансируемых в рамках этой программы, включают биодизельное топливо OPX Biotechnologies под руководством Майкла Линча и работу Дерека Ловли по микробному электросинтезу в Массачусетском университете в Амхерсте которая, как сообщается, произвела первое жидкое электротопливо с использованием CO2 в качестве сырья. Описание всех исследовательских проектов программы ARPA-E Electrofuels Program можно найти на веб-сайте программы. Первая конференция по электротопливу, спонсируемая Американским институтом инженеров-химиков, прошла в Провиденсе, Род-Айленд, в ноябре 2011 года . Согласно докладам, сделанным на этой конференции, некоторые исследовательские группы нашли принципиальное решение задачи и работали над выведением технологии на уровень рентабельности. Электротопливо потенциально может стать разрушительным фактором в экономике, если оно будет дешевле, чем нефтяное, а химическое сырье, произведенное электросинтезом, дешевле, чем полученное из сырой нефти. Электротопливо также имеет большой потенциал дляпродвижение возобновляемых источников, поскольку может стать удобным аккумулятором вырабатываемой ими электроэнергии. По состоянию на 2014 год в связи с развитием технологии гидроразрыва пласта, ARPA-E сместила акцент с электрического сырья в сторону природного газа. В конце 2020 года компания «Порше» объявила, что рассматривает углеродно-нейтральные виды топлива в качестве альтернативы существующим, включая электричество. Электротопливо сможет обеспечить экологическую чистоту автотранспорта и одновременно решить проблемы, характерные для электротранспорта. Влияние топлива на окружающую среду и здоровье человек. Бензин Пары нефтепродуктов часто попадают в организм человека через органы дыхания, через кожу, иногда с водой, пищей и всасываются в кровь. Нефтепродукты оказывают раздражающее действие на слизистые оболочки и глаза. Их токсичность зависит от фракционного и химического состава. Токсичность углеводородов и неуглеводородных соединений топлив возрастает в ряду: сернистые, кислородные соединения > арены > циклоалканы > н.-алканы > изоалканы. При попадании топлив в водную среду образуются устойчивые тонкие (микронной толщины) поверхностные пленки, которые нарушают кислородный баланс водоемов. Токсичность продуктов сгорания топлив гораздо выше, чем жидких и газообразных топлив. Продукты сгорания содержат следующие наиболее токсичные соединения: окись углерода (угарный газ, СО), оксиды азота NOх, сажа (мелкодисперсный углерод), оксиды серы (SO2, SОз), соединения свинца, бензaпирен. Bлияние основных вредных веществ на природную среду и человека и причины их образования оксид углерода Высоко токсичное вещество. Уже при концентрации СО в воздухе порядка 0,01 - 0,02 об% при вдыхании в течении нескольких часов возможно отравление, а концентрация 2,4 мг/м? через 30 мин. приводит к обморочному состоянию. Оксид углерода вступает в реакцию с гемоглобином крови, наступает кислородное голодание, поражающее кору головного мозга и вызывающее расстройство высшей нервной деятельности. Твердые частицы проникают в дыхательные пути человека вызывает их различные заболевания. Из неорганической пыли наиболее отрицательное воздействие оказывает пыль, содержащая большое количество диоксида кремния, которое может вызвать - селикоз. Попадая в глаза вызывает глазной травматизм и др. заболевания. Раздражает кожные покровы, подкожные нервы, засоряет кожные железы и бывает причиной гнойничковых заболеваний. Оседая на зеленой части растений неорганическая пыль и особенно сажа ухудшают условия дыхания, замедляет рост и развитие растений. Сажа образуется при горении топлив в результате пиролиза углеводородов и неуглеводородных примесей в зонах камеры сгорания с недостатком кислорода. Снижения сажеобразовання можно достигнуть улучшением качества распыла в камере сгорания, а также использованием гидроочищенных дизельных топлив с низким содержанием моно- и полициклических ароматических углеводородов и неуглеводородных соединений. Водород Водородный двигатель гипотетически должен работать как и обычный двигатель внутреннего сгорания: впрыск, сжатие, зажигание и выхлоп... О! Про выхлоп особенно любят писать: выхлоп экологически чистый. Вода-пар. Почти каждая статья начинается с этого экологически чистого выхлопа...Но вот беда... Водород легко горит и взрывоопасен (помните ещё и кислород??), а ещё... свободный водород надо получить. Водорода много... Но свободного практически нет.Водород чаще всего получают из воды. С помощью электролиза. И вот тут появляется беда номер 3. При электролизе может получаться дейтерий и на выходе тяжёлая вода.Вода не всегда достаточно чистая. И это приводит к концентрации тяжёлой воды. Есть вода нормальная с обычным изотопом водорода, также известным, как протий. Такая вода "легко" разделяется на водород и кислород. Есть другой изотоп водорода - дейтерий (и ещё более тяжёлый - тритий, а также некоторые другие изотопы, которые существуют только в лабораториях или где-то в космосе). Дейтериевая вода хуже разлагается, поэтому она накапливается.Пока говорят, что дейтериевую воду тяжело получить, что она не столь опасна, но что мы скажем, когда тяжёлой воды окажется слишком много и будет слишком поздно? Водород и водородное топливо надо изучать. Количество вредных газов, выбрасываемых в атмосферу надо уменьшить, города надо сделать чище. Но прежде чем что-то вводить, применять какую-то новую технологию, надо проверить всё, что только можно. А то как бы не вышло, как с талидомиодом... Электричество Считается, что вред, наносимый электромобилями окружающей среде, минимален: этот довод используют практически все производители электрокаров для увеличения привлекательности своей продукции в глазах потенциальных покупателей. Однако ученые смотрят на этот аспект не с таким оптимизмом. Более того, выяснилось, что польза от эксплуатации машины с электродвигателем и вовсе сомнительна: был проведен тщательный анализ, учитывающий ресурсы, затрачиваемые на производство электричества, затраты на изготовление батарей и их последующую утилизацию. Оказалось, что электромобиль наносит больший вред экологии, нежели транспортное средство с ДВС: если оценивать загрязнение атмосферы в денежном эквиваленте, эксплуатация машины с электромотором наносит ущерба на 1100$ больше. Для езды на электрокаре нужна электрическая энергия, вырабатываемая по большей части гидро- и теплоэлектростанциями, а также АЭС, в меньшей степени – электростанциями, использующими энергию солнца и ветра. Наименьший вред экологии наносят два последних способа получения электроэнергии, однако рентабельность такой формы добычи ресурса крайне невелика. Все же остальные варианты, позволяющие получить электрический ток, вносят немаленький вклад в загрязнение воздуха, поскольку электростанции работают на угле, газе и нефтепродуктах. Чем больше в мире будет становиться электрокаров, тем больше потребуется электричества, следовательно, тем активнее станет загрязняться атмосфера. Проблема имеет и другие стороны: во-первых, производство аккумуляторных батарей для авто является весьма грязным, во-вторых, в процессе использования электромобиля в воздух попадают твердые частицы, разлетающиеся на большую площадь (именно поэтому в регионе, где растет количество электрокаров, экологическая обстановка немного улучшается, зато страдают соседние области). Получается, что польза от автомобиля с электродвигателем сомнительна: осталось только до конца разобраться, что вреднее для атмосферы – электрокары или авто с традиционными бензиновыми и дизельными моторами, но глубоких исследований на данную тему не проводилось. Пока же ведущие автопроизводители активно вкладывают человеческие и финансовые ресурсы в развитие электромобилей, различными методами способствуя увеличению их популярности среди населения. Влияние автомобиля на экологию Среди учащихся 8-10 классов мы провели диагностику на определение, насколько важен автомобиль для человека. В ходе тестирования были даны следующие вопросы с выбором ответа: 1. Влияет ли автомобиль на наше здоровье и на экологию? Да- нет- 2. Загружены ли дороги? Да- нет- 3. Опасно ли на дороге? Да- нет- 4. Вы используете автомобиль, как средство передвижения? Да- нет- 5. На каком транспорте вы передвигаетесь? (общественный, автомобиль) 6. Туризм и отдых на автомобиле? Да- нет- 7. Отказались бы вы от автомобиля в пользу окружающей среды? Да- нет- 8. Выбрали бы вы автомобиль на электродвигателе в пользу окружающей среды? Да- нет- 9. Что нужно сделать, чтобы транспортная проблема обошла нас стороной? Можно сделать следующий вывод: Также мы провели эксперимент: 26 января (среда) 2022 года, мы увидели и посчитали, какое количество вредных веществ выделяет старый автомобиль и новый с двигателем внутреннего сгорания, далее нашли информацию о количестве вредных веществ от автомобилей с электродвигателем и с двигателем на водороде, далее полученные данные и результаты мы зафиксировали и представили в виде таблицы. Затем мы сделали расход топлива для одного автомобиля каждой марки. Расход топлива среднего отечественного автомобиля на 100 км: 9,0 Л Расход топлива среднего иностранного автомобиля на 100 км: 12, Л Расход топлива среднего грузового автомобиля на 100 км: 20,0 Л Средний расход автомобиля на водородном двигателе на 100 км составил: 0,55кг( автомобиль тойота на данном двигателе проехал 1009 км на одной заправке, вместимость бака составляет 5,6 кг) Современный электромобиль может проехать 1000 км со скоростью 60-90( автомобиль Tesla может проехать до 840 км, при этом у данного автомобиля хорошая динамика, 2 секунды до первой сотни) Полученные результаты говорят о том, что на данный момент в мире тяжёлая обстановка с экологически чистым транспортом. Заключение Изучив научную литературу, проведя исследования, можно сделать вывод, то самым экологически чистым видом транспорта является электромобили, потому что двигатель внутреннего сгорания выделяет очень много вредных веществ, а водородное топливо дорогое в добычи и в заправке автомобилей. Но при добычи электричества так же выделяются вредные вещества, только при добычи на АЭС вредных веществ нет, но при неправильном использовании данного источника энергии могут быть очень тяжёлые последствия. Последние годы автомобили на двс (двигатель внутреннего сгорания) активно загрязняют нашу планету, из-за этого снизилось количество кислорода, люди стали чаще болеть пневмонией, онкологическими заболеваниями, аллергией и т.д. Из-за данных проблем люди ищут замену бензиновому топливу. Список используемых источников |