Проект Альтернативные виды топлива. Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение Средняя общеобразовательная школа р п. Сулея
 Скачать 64.11 Kb.
|
|
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа р.п.Сулея» Индивидуальный проект Тип проекта: информационно - познавательный Тема проекта: «Альтернативные виды топлива» Автор проекта: ученик 7 класса Пономарев Всеволод Наставник проекта: учитель географии Воронкова Лилия Айваровна. р.п.Сулея, 2022 год Содержание Введение ……………………………………………………………………….. 3 1. Теоретическая часть ……………………………………………….............. 5 1.1. История появления различных видов топлива ………………………….. 5 1.2. Сжиженный газ и традиционное топливо ………………………………..5 1.3. Дизельное топливо …………………………………………………………. 6 1.4. Спирт……………………………………………………………………….....6 1.5. Водород……………………………………………………………………….7 1.6. Биотопливо …………………………………………………………………..8 1.7. Сжатый воздух………………………………………………………………10 2. Практическая часть …………………………………………………..............11 2.1. Социологический опрос «Виды топлива»………………………………...11 2.2. Альтернативное топливо из мусора………………………………………..13 Заключение……………………………………………………………………….14 Список литературы……………………………………………………………….15 Приложение…………………………………………………………………….... 16 Введение В наше время человек зависит от ресурсов: электричество, вода, пища. По исследованию ученых если люди ничего не поменяют, то к 2030 году около 5 млрд. населения (67%) останутся без пресной воды. Такая же ситуация и с нефтью. Все мы знаем, что на нашей планете Земля нет бесконечных ресурсов и нефть-не исключение. В наше время человечество не экономит свои ресурсы и нецелесообразно их использует. Поэтому поиск и изучение альтернативных видов топлива-очень актуальная проблема. Человечество с древних времен использует дерево, кустарник, растительные остатки для получения тепла. Но с развитием промышленной революции эти источники (когда-то основные) отодвигались все дальше в списке энергоносителей. Бурное развитие промышленности требовало новых источников, более концентрированных и удобных для получения тепловой энергии. Ими стали сначала уголь затем нефть и газ. К концу ХХ века стало ясно, что этот путь развития имеет большие недостатки, в частности не возобновляемость источников топлива (месторождений) а, следовательно, и удорожание добычи, поскольку приходится осваивать все новые месторождения идти дальше и глубже. К тому же огромные выбросы вредных веществ образующихся при сгорании стали бедствием для экологии. С середины ХХ века начался активный поиск альтернативных возобновляемых источников энергии. Солнечные, ветровые, приливные электростанции сегодня уже действуют (в том числе и малые для индивидуального использования), но пока не занимают существенной доли в выработке энергии ввиду своей дороговизны и малому КПД. В работе рассмотрены уже существующие виды топлива, их стоимость и влияние на окружающую среду; а также исследована возможность получения топлива из мусора что позволит решить две серьезные проблемы: утилизации мусора и создания альтернативных источников топлива. К концу ХХ века стало ясно, что запасы земных недр не безграничны и появилась проблема невозобновляемости источников топлива (месторождений), следовательно, и удорожание добычи, поскольку приходится осваивать все новые месторождения идти дальше и глубже. К тому же огромные выбросы вредных веществ образующихся при сгорании стали бедствием для экологии. С середины ХХ века начался активный поиск альтернативных возобновляемых источников энергии, стала развиваться биотопливная энергетика, поэтому тема нашего исследования очень актуальна. Цель проекта: изучить современные заменители топлива, и возможности их применения в качестве альтернативы бензину и дизелю. В ходе работы поставлены следующие задачи: Получить информацию о пагубном воздействии сырья (нефти, угля) на экологию Земли Изучить все возможные виды топлива. Изучить альтернативные источники энергии Провести социологический опрос на тему «Виды топлива» у водителей. 1. Теоретическая часть 1.1.История появления различных видов топлива Первый бензин получил Майкл Фарадей еще в 1825 году, но опыты с нефтью проводились и раньше. В конце восемнадцатого века был построен первый завод по предварительной очистке нефти. Примерно через семьдесят лет был изобретён процесс более тщательного разложения нефти на составляющие. Автомобили все серьезней внедрялись в жизнь человека и люди впервые столкнулись с нехваткой топлива. Существует даже такая реальная история о путешественниках, которые ездили по Германии в начале двадцатого века и постоянно сталкивались с нехваткой бензина. Однажды, в одном населенном пункте им с большим трудом удалось найти топливо и довелось приобрести сей ценный товар у врача, так как в городской аптеке он уже закончился. Это говорит о том, что совершенно отсутствовала централизованная продажа бензина, и люди просто не знали, к какой категории стоит его отнести. Еще в 1826 году американский изобретатель Сэмюэль Мори запатентовал двигатель, в котором в качестве топлива использовались растительный скипидар и спирт. В 1853 году было доказано, что растительное масло вполне можно употреблять в качестве горючего для паровых машин и пароходов. Первый настоящий четырехтактный двигатель внутреннего сгорания инженера Николауса Августа Отто, различными модификациями которого мы пользуемся и по сию пору, работал на этиловом спирте. 1.2. Сжиженный газ и традиционное топливо.Точно установлено, что двигатели внутреннего сгорания, прежде всего, автомобильные карбюраторные двигатели, являются основными источниками загрязнения. Выхлопные газы автомобилей, работающих на бензине, в отличие от автомобилей, работающих на сжиженном газе, содержат соединения свинца. Если применяются очистительные фильтры каталитического действия, то поглощаемые ими соединения свинца дезактивируют катализатор, в результате чего не только свинец, но и окись углерода, не сгоревшие углеводороды выбрасываются вместе с выхлопными газами в количестве, зависящем от условий и стандартов на эксплуатацию двигателей, а также от условий очистки и других факторов. Количественно концентрацию загрязняющих компонентов в выхлопных газах при работе двигателей как на бензине, так и на сжиженном газе определяют по специальной методике. При проведении большинства экспериментов было выявлено, что перевод двигателей с бензина на сжиженный газ приводит к снижению количества выбросов окиси углерода в 10 раз и несгоревших углеводородов в 5 раз. Примесями, содержащимися в выхлопных газах при работе на бензине, так и на сжиженном газе, являются окислы серы и азота. Концентрация окислов серы при работе двигателя на сжиженном газе может быть в десятки раз ниже, чем при работе его на бензине. Окиси азота, как было установлено, являются основными виновниками образования оптического смога. В сочетании с ненасыщенными углеводородами под влиянием ультрафиолетового излучения они образуют канцерогены. Эксперименты показали, что при переводе двигателей с бензина на сжиженный газ наблюдается снижение (до 70 %) выбросов окислов азота. При работе двигателей на бензине были получены следующие показатели по загрязнению атмосферы: соединения свинца и окислы серы присутствуют, окиси углерода и несгоревших углеводородов - стандартное содержание; при работе на сжиженном газе - соединения свинца отсутствуют, окислы серы практически отсутствуют, содержание окиси углерода и несгоревших углеводородов снижено соответственно на 80 и 70 %. Перевод двигателей с бензина на сжиженный газ относительно прост и дешев, хотя и зависит от размеров двигателя и типа выбранного оборудования. Стоимость перевода, включая стоимость специального оборудования и топливного баллона, обычно не превышает 150 - 500 $. 1.3.Дизельное топливо Основным конкурентом бензина является дизельное топливо. Это горючее обязано своим названием немецкому инженеру Рудольфу Дизелю, который ещё в юношескую пору мечтал о двигателе, который оставит по своим характеристикам паровой далеко позади. Первый работоспособный двигатель Дизеля работал на керосине. В течение своей жизни Рудольф Дизель не сумел создать автомобиль, сердцем которого бы стал его двигатель. Он только разработал гениальную идею. Она воплотилась в реальность только через десять лет после его загадочного исчезновения в конце сентября 1913 года. 1.4.СпиртАвтомобили с двигателями на спирту, так называемые "алкомобили", вполне успешно эксплуатируются в Бразилии, где традиционно наблюдается избыток сахарного тростника и недостаток нефти. Однако бразильские агрегаты недостаточно эффективны, маломощны и очень несовременны. Зато в руках фордовских инженеров этанол показал свои лучшие качества, в первую очередь - колоссальное сокращение выбросов СО2. Немудрено, что именно Швеция была избрана для того, чтобы представить новые автомобили FordFocusFlexi-Fuel и Focus C-MAX Flexi-Fuel, оснащенные 1.8-литровыми спиртовыми двигателями. Главное достоинство новинок - снижение на 70% выбросов в атмосферу диоксида углерода, который, как предполагают, является причиной "парникового эффекта". Распространением "алкомобилей" активно занимается шведский Консорциум потребителей многотопливных автомобилей: в частности, благодаря их усилиям Ford продал уже более 15.000 FocusFlexi-Fuel первого поколения. Изюминкой FordFocus и C-MAX Flexi-Fuel является их способность передвигаться как на спирту, так и на бензине и даже на их смеси в любой пропорции. Поэтому, если владелец не доехал до "зеленой" заправки, он может спокойно заправиться на первой попавшейся. Причем, для создания "алкомобиля" фордовцам не пришлось серьезно переделывать конструкцию: поршневая группа была выполнена из более твердых сплавов, контроллер зажигания получил новую программу, а система зажигания обзавелась предпусковым подогревом, схожим с тем, который применяется на дизельных моторах. Последняя мера связана с низкой испаряемостью спирта при температурах ниже минус 15 по Цельсию. Так что у "алкомобилей" большое будущее в экологически ориентированной Швеции. Правда, может возникнуть проблема у полисменов: поди докажи, что нарушитель выпил рюмку-другую, а не надышался газами в пробке. 1.5.Водород В отличие от классических двигателей внутреннего сгорания альтернативные энергетические установки выделяют энергию, полученную не в результате процесса горения, а в результате химической реакции окисления водорода кислородом. Подаваемый на анод водород ионизируется на платиновом электрохимическом катализаторе, и образовавшиеся протоны проходят через электролит на катод, где они реагируют с кислородом с образованием воды. Образовавшиеся при ионизации электроны создают электрический ток и используются для полезной нагрузки. Помимо собственно водорода топливом может служить целый ряд первичных энергоносителей, из которых получают Н2: метанол, этанол, природный газ, биогазы и биомасса, уголь, аммиак и др. Что касается автомобильной промышленности, то использование двигателей, работающих на водороде, позволит централизованно собирать отходы СО2 на производящих водород заводах, а не выбрасывать их прямо под нос пешеходам из выхлопной трубы каждого автомобиля. Таким образом, даже сейчас, на переходном этапе, внедрение энергоустановок нового образца в автотранспорте и энергетике способно снизить экологическую нагрузку на окружающую среду. Теоретически переход на водородное топливо выглядит достаточно простым. На автомобиль нужно "всего лишь" установить электродвигатель, который "питался" бы энергией химической реакции водорода и кислорода. Благодаря этому, во-первых, автомашины перестали бы отравлять атмосферу вредными газами, поскольку в их "выхлопе" была бы лишь безвредная дистиллированная вода. Во-вторых, водородный двигатель гораздо эффективнее бензинового: средний коэффициент полезного действия нынешней вазовской водородной энергоустановки составляет 60-65 процентов, что более чем в два раза выше, чем у двигателя внутреннего сгорания. В-третьих, в отличие от нефти водород является неисчерпаемым топливом. Все это звучит очень привлекательно, но, как оказалось, чтобы создать приемлемый по стоимости, безопасности и размерам водородный движок, нужно решить большой комплекс сложнейших технических задач. На "АВТОВАЗе" работают над созданием водородных двигателей без какой-либо государственной поддержки. Испытания первого из них, "Антэл-1", в 1999 году проводились на удлиненной "Ниве". Следующий вариант, "Антэл-2", уже смог разместиться на универсале "Лада-111", показ которой на международных автосалонах вызвал неподдельный интерес у специалистов. Создаваемая сейчас установка "Антэл-3" будет обходиться без бака для водорода: топливный процессор на борту автомобиля будет вырабатывать его из бензина. Это позволит увеличить пробег на одной заправке до 900-950 км. Проблема разработчиков, - создать компактной и недорогой преобразователь бензина в водород. 1.6. БиотопливоВ настоящее время точка в поиске новых видов топлива не поставлена. И, например, американские исследователи в данный момент лоббируют идею перевода автомобилей на спирт и растительное масло, для получения которых будет использоваться переработанная биомасса (любого органического вещества растительного или животного происхождения). На ее основе уже изготовляются горючий газ и этиловый спирт (этанол). Дополнительным преимуществом производства топлива из биомассы является то, что исходным сырьем могут послужить пищевые и бытовые отходы, экскременты сельскохозяйственных животных, различные сельхозкультуры. Таким образом, автомобильное топливо, изготовленное подобным способом, будет отличаться легкостью производства, а следовательно, и низкой стоимостью. В пользу того, чтобы начать увеличивать производство автомобильных двигателей, приспособленных к биотопливу, говорит также и то, что оно не требует специальной перестройки заправочных станций и может заливаться в баки традиционным и всем привычным способом. И, наконец, принципиальным плюсом биотоплива является то, что, в отличие от нефти, его запасам на Земле уж точно не грозит истощение. Сейчас в мире уже существует несколько видов комбинированного горючего, как правило, представляющего сочетание бензина и спирта, произведенного из растительного сырья, а с 1990 г. этанол в небольшом количестве стал добавляться в бензин, дабы снизить вредоносность автомобильных выхлопов для окружающей среды. Также с 1991 г. началось массовое производство специального биодизельного топлива, которое вырабатывается из растительного и животного жира (главным образом используются пальмовое и соевое масла). Основой для производства биодизеля может послужить даже растительное масло, использованное в пищевой промышленности. Национальный биодизельный совет США уверяет, что биодизель на 5% более экономичен, а его энергоемкость выше на 5%. В настоящий момент наиболее активно используют такое топливо для своих машин автовладельцы стран ЕС. Однако значительное число аргументов выдвигается и против биотоплива. Никто не против того, чтобы воздух в мире стал чище, а горючее дешевле. Но это будет требовать внесения изменения в конструкцию автодвигателей, а следовательно, и в сам процесс их производства, что потребует значительных затрат и займет достаточно долгое время. Сложно пока предположить и то, насколько охотно начнут переходить на новое топливо рядовые водители. Компания GM представила экологически чистый Hummer. На ежегодной выставке в Лос-Анджлесе, темой которого была Защита окружающей среды, GM получили приз за лучший концепт автомобиля будущего. Модель-победитель - Hummer 02, в которой сделан упор на принесение пользы для экологии. Hummer 02 оснащен фототропическим кузовом, который производит чистый кислород. А кузовные панели заполнены водорослями и преобразуют двуокись углерода в кислород. При вторичной обработке водоросли можно использовать для производства электроэнергии. Автомобиль способен управлять выработкой кислорода с помощью расположенных на каждой панели двусторонних клапанных систем - отслеживается количество двуокиси углерода и рассчитывается количество питательной смеси, необходимой для роста водорослей. Одновременно оптимизируется производство и распределение кислорода. В каждое колесо встроены водородные двигатели, питающиеся от модульных независимых топливных батарей. Для обеспечения безопасности и удобной компоновки баллон с водородом расположен прямо в центре автомобиля. Конструкция автомобиля полностью выполнена из материалов, поддающихся вторичной переработке, включая алюминиевую раму, обивку сидений и окраску кузова по специальной технологии РЕТЕ. 1.7.Сжатый воздухЕсть автомобили, для движения которых не требуется ни нефти, ни аккумуляторов большой мощности, а выхлоп таких машин не отличается от окружающего воздуха. Это всё потому, что воздух и приводит их в движение. Речь идёт о «воздушных» моделях OneCAT и CityCAT индийской компании TataMotors, Разработаны модели во французской компании MoteurDéveloppmentInternational Ги Нэгром. Идея использовать сжатый воздух в качестве энергоносителя на транспортном средстве не нова. В конце XIX века в Европе на сжатом воздухе ездили некоторые трамваи, грузовики и внутризаводской транспорт. Однако энергоёмкость сжатого воздуха, даже если давление доводили до трёхсот атмосфер, была низка, к тому же не существовало прочных и легких материалов, способных заменить металл в баллонах для сжатого воздуха. Разработка воздушного двигателя является настоящим поршневым двигателем с коленвалом, впускным и выпускным коллекторами. Поршень в цилиндре мотора приводится в движение за счёт расширения смеси охлаждённого сжатого и тёплого атмосферного воздуха. Основным отличием «воздушного» двигателя является конструкция шатуна поршня, благодаря которой поршень может задержаться в верхней мёртвой точке, а затем резко сорваться вниз, не останавливая при этом движения коленвала. Мотор работает, а пневматический автомобиль показал разгон до 90 км/ч за семь секунд. «Топливный бак» автомобиля — это баллон со сжатым воздухом. Изготовлен из углеволокна, в результате чего он обрел прочность, легкость и безопасность. Углеволоконный баллон с воздухом под давлением можно трясти и бросать. В серийной версии совместных автомобилей Нэгр и TataMotors находится два баллона с общим объемом в 340 л. Полной заправки баллонов хватает на двести километров движения автомобиля, а «заправить» пустые баллоны можно будет в любом месте, где есть компрессор для подкачки шин. Там, где не найдётся компрессора, но будет электрическая розетка, владельцы смогут заправить свою «воздушную» машину с помощью электричества, так как пневматический двигатель может работать в качестве компрессора. 2. Практическая часть2.1 Социологический опрос «Виды топлива» В рамках проекта был проведен социологический опрос на тему «Виды топлива» среди водителей,– опрошено 35 человек (образец анкеты прилагается (приложение 1). По результатам данного опроса, оказалось, что: Были перечислены следующие виды топлива: бензин 80; бензин 92; бензин 95; дизтопливо; газ; электричество; спирт. Выяснили, что: 57% опрошенных ездит на бензине с октановым числом 95; 31% - на бензине 92; 6% - на дизтопливе; 3% - на бензине с октановым числом 80; 3% - на газе (приложение 2) 95 % респондентов согласились, что основным загрязнителем воздуха являются выхлопные газы автомобилей. Среди альтернативных источников топлива были названы: природный газ – 31%, спирт – 29%, водород – 6%, электричество – 31%, солнечная энергия – 3% (приложение №3) На вопрос «Как вы считаете какой вид топлива будет лучшей альтернативой бензину» ответили так: газ -11%, электричество – 11%, водород – 2%, спирт и др.вещества – 10%, солнечная энергия – 1% (приложение 4) На альтернативных источниках топлива согласились ездить: 50% опрошенных, 20% - отказались, 30 % - затрудняются ответить (приложение 5) По результатам опроса выяснили, что: 31% респондентов считают самым экологичным видом топлива электричество; 31% - водород; 29% - солнечная энергия 9% - органика (приложение 6) 34% опрошенных согласны ездить на газе; 31% в качестве топлива выбрали электричество; 23% заправили бы свое транспортное средство органическим топливом; 6% - водородом; 6% считают, что лучше заправлять машину бензином (приложение 7) Результаты анкетирования приведены в таблице
Данный опрос показал, что большинство водителей заправляют свой автомобиль бензином с октановым числом 95. Осознают, что самый большой вред экологии города наносится автомобильным транспортом. Автомобилистам хорошо известно о существовании альтернативных источников топлива, хотя заправлять собственные автомобили они не торопятся вследствие технических трудностей (необходимо переделывать двигатель под определенный вид топлива) и небольшого количества либо вообще отсутствия специализированных заправок. 2.2. Альтернативное топливо из мусора В процессе изучения информации по этой теме возникла идея получения альтернативного топлива из мусора. Оказывается, что такая методика уже разработана компанией GeneralMotors, крупнейшим мировым производителем автомобилей. Инженеры компании разработали способ производства этанола из старых шин, бытовых отходов и практически любой биомассы. Мы верим, что в скоро появится такое производство, которое позволит решить две серьезные проблемы: утилизации мусора и создания альтернативных источников топлива. Если переработать данный мусор в топливо, то возможно получение самого экономичного источника альтернативного топлива. Для переработки отходов используются микроорганизмы и биореактор. Причем стоимость литра спирта, полученного с помощью новой технологии, составляет около 1/5 стоимости бензина, что дает высокий экономический эффект. Тема альтернативных источников топлива, безусловно, актуальна и злободневна в настоящее время на фоне быстро дорожающей нефти, истощающихся природных источниках. Во время проведения информационного обзора выяснили, что человечество всерьез задумалось об использовании альтернативных источников топлива. По данной тематике были изучены как библиотечные материалы, так и материалы из Интернета. В рамках данного проекта возникло предложение использовать в качестве альтернативного топлива мусор свалок. Одной из серьезных проблем современного мира стала проблема утилизации мусора. По данным СМИ мусоросжигательных заводов у нас мало, свалки переполнены. Мы можем «захлебнуться» в собственном мусоре. Разработана блок-схема переработки мусора с целью получения топлива. Данный процесс должен состоять из трех основных этапов: 1 этап: сортировка (металл и стекло направляется на переплавку, строительный мусор на захоронение, органика (бытовые отходы, резина, древесина, бумага и т.д.)) в биореактор; 2 этап: процесс разложения мусора в биореакторе (мусор нагревают до температуры 36-500С, бактерии определенного вида перерабатывают мусор с образованием газов и спирта). 3 этап: процесс очистки спирта. ЗаключениеПроблема поиска топлива для автомобилей, которое станет достойной альтернативой бензину и дизелю, является одной из наиболее актуальных в мире. Заставляют искать новые виды горючего: и все время растущая дороговизна нефти, и рост загрязнения окружающей среды. Ряд автомобилистов уже заправляют свои машины природным газом, кто-то ездит на электромобилях, а наибольшей популярностью в настоящий момент пользуются так называемые автомобили-гибриды, в которых используются альтернативные источники энергии (обычно это электричество и бензин). В процессе изучения информации доказали, что можно получить альтернативное топлива из мусора. Мы верим, что скоро появится производство, которое позволит решить две серьезные проблемы: утилизации мусора и создания альтернативных источников топлива. Список литературыТ.Н. Смирнова, В.М. Подгаецкий. Биодизель – альтернативное топливо для дизелей. "Двигатель" №2 2007 г. Американские инициативы / альтернативное топливо."Современная АЗС", Июль 2006 г. В. Квинт. Могучая смесь. «Forbes», август 2007 г. Н.Г. Кириллов. Альтернативное моторное топливо из местного сырья. «Энергетика и промышленность России», № 4 апрель 2003 г. В. Кузнецова. Новое меню для «железного коня». АиФ, № 35 от 29 августа 2007 г. http://www.eprussia.ru/epr/84/5980.htm www.intersolar.ru www.svobodanews.ru http://www.vokrugsveta.ru/telegraph/auto/640/ ПриложениеПриложение1Анкета на тему «Виды топлива» Какие виды топлива вы знаете? На каком топливе ездит ваш автомобиль? бензин 80 бензин 92 бензин 95 дизтопливо газ электричество Считаете ли вы, что основным фактором загрязнения воздуха являются выхлопные газы автомобилей? Какие альтернативные источники топлива вы знаете? Как вы считаете, какой вид топлива будет лучшей альтернативой бензину? газ электричество водород органика (спирт и др. орг. в-ва) солнечная энергия Использовали бы вы альтернативные источники топлива? Как вы считаете, какой вид топлива является самым экологичным? водород электричество солнечная энергия органика 8. Каким из альтернативных видов топлива вы бы заправили свой автомобиль? водород электричество органика (спирт и др. органические вещества) солнечная энергия газ никаким приложение 2  приложение 3  приложение 4  приложение 5  приложение 6  приложение 7  |