Мысль о том, что простое сжигание нефти и её продуктов равнозначно отоплению печи ассигнациями, была высказана ещё Менделеевым на заре эры автомобиля. Справедливость сказанного мы ощущаем практически, когда резко сокращается добыча нефти, а цены на бензин и дизельное топливо стремительно растут. Неудивительно, что в создавшихся условиях начался широкий поиск альтернативных источников энергии для транспорта. Накоплен большой практический опыт эксплуатации карбюраторных и дизельных ДВС на сжатом и сжиженном природном газе, а также на коксовом или синтез – газе. Однако природный газ быстро дорожает, поэтому оправдан интерес к последнему.
Этот газ содержит до 70% водорода, а также оксид углерода и метан, что обеспечивает их высокую калорийность и экологическую чистоту продуктов сгорания. Синтез – газ производится металлургическими и химическими предприятиями в больших объёмах и в качестве «попутного» не где не используется,и как правило, сжигается в факелах. Кроме того, синтез – газ является продуктом конверсии метанола, что определяет его широкие возможности получения и использование на транспорте.
Испытания по использованию синтез – газа в качестве основного и дополнительного топлива для ДВС с внешним смесеобразованием показали, что уровень токсичности отработавших газов в обоях случаях оказался практически таким же, как при работе ДВС на водороде. Таким образом, использование синтез – газа экономически и экологически выгодно, особенно для транспорта больших городов. К сожалению, на пути широкого использования газов на автотранспорте, а для ряда регионов имеются непреодолимые трудности.
Дело в том, что синтез – газ, как и природных приходится закачивать в болоны под высоким давлением или сжижать, что требует сети дорогостоящих заправочных станций. На автомобиль приходится устанавливать громоздкие и тяжёлые болоны, редуктор высокого и низкого давления, испарители, смесители, многочисленные вентили и клапаны – ненадёжную и капризную газовую арматуру.
При полном переходе на газ затрудняется запуск холодного двигателя, а главное, снижается пробег между заправками. Естественно, быстрее расходуется сжатый газ, чем сжиженный, но ни тот, ни другой не запасёшь в дорогу и не достанешь в пути следования. Именно это наталкивает на мысль о том, что было бы здорово получить «твёрдый» газ, который не требует баллонов и запас которого легко можно возить с собой. Поскольку удельный вес такого фантастического газа будет больше, чем сжиженного, то пробег между заправками значительно возрастёт.
Практические поиски и экспериментальные работы, проведённые в лаборатории Рязанской городской станции техников, убедительно доказали, что ни чего фантастического в идее получения твёрдого синтез – газа нет. Более того, оказалось, что для его производства не надо создавать новые производства и технологии. Почти шестьдесят лет назад группа учёных и инженеров получила Сталинскую премию за производства технического углерода.
Этим продуктом является не что иное, как газовая сажа, которая образуется при сжигание газов в печах с недостаточным содержанием кислорода воздуха. Прошло более половины века, но ни чего более простого и надёжного ещё не придумали. Техническая сажа выпускается промышленным тоннажём и не заменима при производстве автомобильных шин, автоэмалей, в полиграфической промышленности. Таким образом, отходящие и бросовые газы многочисленных производств можно легко концентрировать в твёрдую фазу, которая не вызывает сложности при получении, хранении и транспортировки.
Однако возникает вопрос, каким образом технический углерод можно трансформировать в синтез – газ на транспортном средстве. Решить эту проблему оказалась достаточно просто. Из курса химии известно, что углерод является не только отличным топливом, но и мощным восстановителем. Другими словами, углерод возвращает к активной жизни многие элементы, вступившие в прочное взаимодействие при окислительной реакции. Например, вода является продуктом окисления водорода кислородом и образует очень прочные соединения. Но если водяной пар пропустить через раскалённый до 750С и более углерод, то проявляются восстановительные свойства углерода.
В результате образуется синтез – газ, состоящий примерно на 50% водорода и 50% оксида углерода. Данная восстановительная реакция является эндотермической, то есть идёт с поглощением тепла, а углерод выполняет роль активного катализатора, который расщепляет молекулы воды на водород и кислород, и сам участвует в реакции, образуя с кислородом горючей газ – оксид углерода.
Многочисленные эксперименты, проведённые ещё 1989 году, показали, что для образования синтез – газа вода и углерод расходуется в соотношении 4:3. Таким образом, запас «твёрдого» газа на борту автомобиля не превышает нескольких килограммов на расстояние в 500 км при экономии бензина более 50%. Воду можно добавлять в пути следования, а необходимое тепло брать от выхлопных газов и из системы охлаждения ДВС (а.с. и патенты №1321872, № 1578373, №1659248, №1744286).
Кроме решения проблемы перевозки газа в концентрированном твёрдом виде, решение обеспечивает экологически чистый выхлоп ДВС и гасит факелы многочисленных химических производств, так как техническая сажа становится товаром. Более того, в технический углерод легко переработать многочисленные промышленные отходы, например всё те же шины, для производства которых столь необходима сажа. Сотни миллионов старых покрышек наполняют свалки и ждут экологически чистого и экономически выгодного решения их утилизации.
Очень важным является и тот факт, что для работы на твёрдом газе автомобиль не требует переоборудования ДВС и его систем. Просто на выпускном коллекторе устанавливается малогабаритная реакционная камера из жаропрочной стали или чугуна с теплообменником. Первая трубка соединяется с водяным бачком или радиатором, а вторая отводит синтез – газ на карбюратор или во впускной коллектор для дизельных ДВС. При этом в карбюраторе используется жиклёр с сечением отверстия менее чем в 2 раза, а в дизельном ТНВД (топливный насос высокого давления) регулируют рейку привода на меньшую производительность. Такое устройство обеспечивает не только экономию основного топлива более 50%, но снижает температуру выхлопных газов, их токсичность и шумность, что устраняет прогорание корпуса глушителя.
Кстати о глушителях. Именно в их корпусах собирается много сажи от неполного сгорания топлива, а «лишняя» сажа в виде дыма и копоти выделяется в атмосферу и загрязняет её ядовитым смогом. Теперь сажа становится товарным топливом, который раньше вылетал на ветер. Это меняет ситуацию коренным образом. Ни один рачительный хозяин не допустит потерь жизненно необходимых энергоносителей. Мы так же не явились исключением, поэтому разработали сменный фильтрующей элемент из минеральной ваты, например стекловаты, который устанавливается в штатный корпус глушителя и собирает более 90% сажи, но не создаёт динамического сопротивления выхлопным газам (а.с. и патенты №1188343, №1763685).
Использование такого фильтра обеспечивает для работы ДВС даже с сильно изношенными деталями поршневой группы экологическую чистоту, кроме того, запасает не сгоревшую рабочую смесь в виде твёрдого газа. Когда сменный фильтр полностью насыщается сажей, то его заменяют на чистый, а загрязнённый, как вы догадываетесь, устанавливают в реакционную камеру. Размеры подобраны таким образом, что из фильтра глушителя элемент превращается в источник синтез – газа. Когда первый фильтр в камере полностью очищается от сажи (стекловолокно в реакцию не вступает), а второй фильтр в глушителе заполняется техническим углеродом, то их меняют местами. Таким образом, циркуляция углеродного топлива в двигателе приобретает почти идеальный замкнутый цикл, что обеспечивает максимальную экономию топлива и экологическую чистоту транспорта.
Предложенные изобретения удачно вписываются в концепцию ведущих зарубежных фирм, использующих возобновляемые виды топлива, например, метанол, спирты, масла и их смеси, в том числе биогаз. Сжигание каждого вида топлива в ДВС сопряжено со многими трудностями: у них различная теплотворная способность, необходимая степень сжатия, полнота сгорания и т.д. Кроме того, технические спирты и метанол токсичны при хранении, а растительное масло и биогаз содержат примеси, которые не нужны в цилиндрах ДВС.
Используя наши решения, можно перевести любые виды возобновляемых топлив в единую форму – технический углерод. При этом тепло от их сгорания можно использовать в производственных и бытовых целях, а полученный топливный концентрат для самых различных транспортных средств, добывающих и перерабатывающих агрегатов, различных силовых и энергетических установок. Карбюраторные и дизельные ДВС становятся всетопливными, причём работают на унифицированном твёрдом топливе, не требуя дополнительных регулировок, зависящих от свойства каждого сходного топливного компонента.
Автомобильный термохимический реактор синтез газа успешно работает не только на саже – техническом углероде, но и на более тяжёлых фракциях, например, каменном угле, кокосовой крошке, древесном угле и различных обугленных органических отходах. Для получения углерода можно использовать отходы деревообработки: ветки, опилки, а также стебли листьев сорняков и различных отходов сельскохозяйственных культур, например, стебли и шелуху подсолнечников, стержни кукурузных початков и др.
Углерод полностью преобразуется в синтез – газ, а незначительное количество шлаков и примесей остаётся в виде золы в реакторе и не попадает в цилиндры. После 3-4-х заправок золу удаляют из камеры вручную или при помощи пылесоса. Техническое обслуживание занимает несколько минут, после чего устройство заправляется свежей порцией сажи или угля и готово к эксплуатации. Авторы готовы оказать содействие во внедрение и лицензирование.
