Поиск на сайте

 

 

Время автомобилей с бензиновыми двигателями близится к концу. Топливом XXI века станет метан. Новые сверхпористые материалы делают его хранение и использование безопасным

 

Несмотря на очевидные экологические и экономические преимущества газомоторного топлива, в России насчитывается всего чуть более миллиона автомобилей (2% из 51 млн. автопарка страны), работающих на сжиженной пропан-бутановой смеси (СУГ) либо сжатом природном газе (метане).
Причин «нелюбви» россиян к подобным машинам несколько: довольно высокая стоимость соответствующего оборудования, неразвитость топливо-заправочной инфраструктуры. А главное – значительно меньший запас хода у газомоторных автомобилей. Последнее во многом связано с присутствием на борту весьма внушительного размера газовых баллонов, утяжеляющих машину минимум на 70-100 кг и занимающих значительную часть багажника.
«Перевес» может быть куда более существенным, если в качестве топлива используется не СУГ, а метан, для хранения которого под давлением свыше 200 атм требуются толстостенные стальные цилиндры.
С появлением на рынке гораздо более легких полимерно-композитных баллонов как высокого, так и низкого давления проблема «лишнего веса» у газомоторных автомобилей была во многом решена. А повысить привлекательность метана как альтернативы бензину и дизтопливу должна, как полагают специалисты, недавняя разработка крупнейшего немецкого химического концерна БАСФ (BASF).
В сентябре прошлого года ученые этой компании получили престижную научную премию имени Пьерра Потье за достижения в области металл-органических каркасных структур (МОКС) – нового класса сверхпористых материалов.
О том, что такое МОКС и почему применение их в автомобилестроении, возможно, приблизит закат эры бензиновых двигателей, читайте в «Открытой».

 

Давить на газ
По мнению большинства специалистов, водород и метан являются сегодня наиболее перспективными кандидатами на использование в двигателях внутреннего сгорания в качестве альтернативного, экологически чистого топлива.
В то же время отсутствие компактных и безопасных систем хранения этих газов служит главным препятствием на пути создания действительно конкурентоспособных «водородных» и «метановых» автомобилей. Технически очевидные решения, вроде применения сжатого или сжиженного газа, по целому ряду параметров не могут соперничать с традиционными топливными системами на жидких углеводородах.
Одним из возможных выходов могло бы стать использование специальных высокопористых материалов, которые поглощали и удерживали бы водород или метан – подобно тому, как поролоновые губки впитывают воду. Работы в этом направлении ведутся уже довольно давно, однако вплоть до конца 1990-х годов результаты были не слишком обнадеживающие.
Все изменилось в 1999 году, когда профессор Омар Яги из Университета Калифорнии Лос-Анджелеса (США) сообщил о синтезе металлорганического каркасного соединения MOF-5, продемонстрировавшего высокие показатели термостабильности (до 300 градусов по Цельсию) и удельной площади поверхности (2900 м2/г – площадь 10 теннисных кортов!).
Эта работа привлекла внимание специалистов немецкого химического концерна БАСФ, обратившихся к американскому ученому с предложением о сотрудничестве.
Прозорливость немецкой компании и ее готовность работать на перспективу дали свои плоды. Сегодня, спустя почти 15 лет с начала совместных исследований, БАСФ готов представить миру коммерческий продукт, который наверняка станет очередным «хитом» концерна.

 

«Губка» для газа
Металлорганические каркасные соединения, известные также как «кристаллические губки», получают обычно простым нагреванием раствора солей различных металлов и органических молекул определенного типа («линкеры»).
Образующиеся в результате твердые мелкокристаллические осадки на молекулярном уровне выглядят как бесконечные строительные леса, где роль опорных труб выполняют молекулы-«линкеры», а соединяющими узлами служат ионы металла.
Благодаря подобному «воздушному» строению МОКС состоят преимущественно из «пустоты» и, как следствие, обладают чрезвычайно высокой площадью доступной внутренней поверхности. Данное обстоятельство напрямую связано с адсорбирующими свойствами вещества, то есть с тем, насколько хорошо поглощает оно те или иные «чужеродные» молекулы.
Так, некоторые представители этого класса высокопористых соединений обладают площадью удельной поверхности 10000 м2/г. Иначе говоря, суммарная площадь всех пор в 1 грамме такого вещества равна двум футбольным полям!
Другой важной чертой МОКС является простота получения и возможность «настраивать» их свойства под то или иное конкретное применение. Так, изменяя структуру и состав МОКС, ученые могут целенаправленно создавать не только «губки» для хранения газов, но и новые каталитические, магнитные и оптические материалы.

 

Рубеж взят
Научную премию Пьерра Потье ученые БАСФ получили за разработку метода промышленного синтеза МОКС, без чего коммерциализация данного класса соединений была бы невозможна. Так, используя сульфат алюминия и фумаровую кислоту, одни из самых дешевых и доступных в химической промышленности веществ, специалисты немецкого концерна наладили крупнотоннажное производство металлорганического каркасного соединения «Базолайт А520» (торговое название), которое ранее хорошо проявило себя в качестве адсорбента («губки») для метана.
Синтез этого МОКС не требует переоборудования имеющихся у БАСФ производственных мощностей, а сам процесс является экологически чистым, поскольку в качестве реакционной среды используется обычная вода, а не органические растворители.
Решив проблему ценовой доступности МОКС, ученые и инженеры концерна БАСФ приступили к испытаниям «Базолайта А520» в качестве наполнителя–«губки» автомобильных метановых баллонов.
Как сообщил БАСФ в недавнем пресс-релизе, эксперименты будут продолжаться весь 2013 год и, возможно, 2014-2015 годы, прежде чем готовый продукт – соответствующее газобаллонное оборудование как для грузового, так и легкового автотранспорта – поступит на рынок.
Меж тем уже известно, что при прочих равных условиях газовые цилиндры, заполненные «Базолайтом», хранят вдвое больше метана, чем обычные, без наполнителя-сорбента. Это позволяет в два раза увеличить запас хода «метановых» автомобилей, приближая тем самым их эксплуатационные характеристики в этой части к показателям сегодняшних дизельных или бензиновых автомашин.
Кроме того, повышенная емкость баллонов с «Базолайтом» дает возможность снизить рабочее давление с 200 до 35 атм и отказаться от массивных стальных цилиндров в пользу пластиковых.

 

Россия, вперёд!
В мае этого года премьер-министр России Дмитрий Медведев озвучил решение правительства РФ перевести к 2020 году половину общественного транспорта на газовое топливо. Данная инициатива, как и в случае с обязательной установкой навигационной системы «Глонасс», была неоднозначно воспринята экспертами.
Многие увидели в ней не столько заботу властей о чистоте воздуха или кармане потребителей, сколько желание поддержать ОАО «Газпром» в условиях, когда позиции госкорпорации на внешнем рынке больше не выглядят такими уж незыблемыми.
Как бы то ни было, предположительно до конца этого года будут приняты необходимые нормативно-правовые акты, вслед за чем масштабная программа переоснащения общественного автотранспорта начнется во всех крупных городах России.
Можно предположить, что уже в ближайшие 3-5 лет металлорганические каркасные соединения от БАСФ станут неотъемлемой частью стандартного газобаллонного оборудования работающих на метане автомобилей.
Ведь помимо существенной экономии на топливе, использование природного газа в двигателях внутреннего сгорания позволяет снизить выбросы угарного газа на 90%, на половину сократить образование оксидов азота, участвующего в образовании «кислотных дождей». И более чем в 10 раз уменьшить число частиц смога в выхлопных газах автомобиля.

 

Александр ЛЕОНТЬЕВ



Поделитесь в соц сетях


Добавить комментарий