С каждым днём метанол как топливо или добавка к топливной смеси привлекает всё большее внимание специалистов и хозяйственников

В расчёт берётся множество факторов , таких как коммерческо-технические , экологические и экономические , а также всё более весомый сегодня фактор энергетической независимости

В виду того , что к сожалению многие эксперты совершенно не знакомы с ТРИЗ и АРИЗ , есть смысл провести короткий предварительный анализ возможностей и общей эффективности применения метанола при изготовлении и использовании топливных смесей

Сегодня только абсолютный оптимист не обращает внимания на тревожные факты загрязнения окружающей среды продуктами , остающимися при всех видах производства энергии

Изобретатели формируют системные инновационные решения , которые с разной степенью успеха позволяют и получить необходимое количество энергии и при этом не загрязнять среду обитания до необратимого предела

Для сравнительного анализа вернёмся к определениям и характеристикам , известным по Теории решения изобретательских задач

Системный подход является отражением и развитием диалектических принципов «всеобщей взаимосвязи» и «развития» и, по сути дела, есть один из принципов диалектического метода познания. Методология системного подхода предполагает представление любого объекта в виде системы и всестороннее ее рассмотрение.

2. Система – комплекс элементов, закономерно организованных в пространстве и времени, взаимосвязанных между собой и образующих определенное целостное единство. Система характеризуется составом элементов, структурой и выполняет определенную функцию.

3. Элементы – это относительно неделимые части целого; объекты, которые в совокупности образуют систему. Элемент считается неделимым в пределах сохранения определенного данного качества системы.

4. Структура – закономерная устойчивая связь между элементами системы, отражающая форму, способ расположения элементов и характер взаимодействия их сторон и свойств. Структура делает систему некоторым качественно определенным целым, отличным от суммы качеств составляющих ее элементов (т. к. предполагает взаимодействие элементов друг с другом по-разному, только определенными сторонами, свойствами, а не в целом.)

5. Функция – внешнее проявление свойств объекта (элемента) в данной системе отношений; определенный способ взаимодействия объекта с окружающей средой, «способность» объекта. Системы обладают многими функциями.

6. Подсистемы (субсистемы) – части системы, представляющие собой некоторые произвольно или естественно выделенные группы элементов. Выделение подсистем производится по функциональному признаку. Один элемент иногда может совпадать с некоторой подсистемой или входить сразу в несколько разных подсистем. При этом связь между элементами внутри подсистем и внутри системы отличается от характера связи между самими подсистемами. Элементы и подсистемы объединяются понятием компоненты системы.

7. Надсистема (метасистема) – система более высокого порядка по отношению к данной, и в которую данная система вписана и функционирует «на правах» подсистемы.

8. Техническая система (ТС) есть искусственно созданное материальное единство закономерно организованных в пространстве и во времени и находящихся во взаимной связи элементов, имеющее целью своего функционирования удовлетворение некоторой общественной потребности. Элементы ТС могут быть как искусственными, так и природными. Любая ТС входит в две системы отношений. С одной стороны – это объект материального мира, подчиняющийся законам природы (в первую очередь законам физики как наиболее общим), с другой стороны, ТС выступает как элемент общественных отношений, т. к. техника является лишь средством для осуществления социальных целей. Если ТС характеризуется пространственным расположением элементов, то ТС – устройство или вещество. Если ТС характеризуется организацией элементов во времени – имеем дело со способом.

Понятие ТС позволяет сформулировать основной признак технического решения (ТР): ТР указывает конкретную ТС, функционирование которой позволяет достичь поставленную цель, т. е. указывает на отношение ТС к некоторой цели.

Исходя из распространённого понимания того , что запасы природных углеводородов не беспредельны , многие изобретатели одиночки и изобретательские коллективы ищут любые пути для того чтобы предложить альтернативное топливо, не всегда думая о том как это решение будет работать именно в системе , как комплексе элементов

Небольшая британская компания произвела первое топливо из воздуха, используя революционную технологию, которая может помочь разрешить энергетический кризис, пишет издание Independent. Компания Air Fuel Synthesis произвела 5 литров топлива с августа, когда она запустила небольшую установку для производства жидкого топлива из углекислого газа и водяного пара, сообщает автор статьи Стив Коннор.

Компания надеется, что за два года ей удастся построить более крупную установку, способную производить тонну топлива в день. "Хотя процесс пока находится на ранних этапах и нуждается в электричестве из национальной сети, компания считает, что в итоге будет возможно использовать силу возобновляемых источников, ветровых электростанций или приливных плотин", - подчеркивает журналист.

"Мы взяли углекислый газ из воздуха и водород из воды и превратили эти элементы в топливо. Никто не делает ничего подобного ни в нашей стране, ни за ее пределами, насколько нам известно", - говорит глава компании Питер Харрисон. "Наше топливо способно работать в существующих двигателях. Это означает, что может быть использована существующая транспортная инфраструктура", - продолжает он. Он считает, что это топливо может изменить природный и экономический ландшафт Великобритании.

Первоначально предполагается произведенное новаторское топливо смешивать с обычным. Технология также идеально подходит для отдаленных районов, которые обладают достаточными источниками возобновляемой энергии, но ограниченными возможностями для их хранения, отмечает Харрисон.

Хотя прототип системы разработан для выделения углекислого газа из воздуха, данная часть процесса пока слишком неэффективна с точки зрения коммерческого использования, подчеркивает автор статьи. Однако профессор Клаус Лакнер из Колумбийского университета Нью-Йорка отмечает, что высокая стоимость любой новой технологии всегда со временем резко сокращается.

Сообщения об этом появились во многих интернет изданиях , и , как мне кажется в разных интерпретациях

Вот ещё одно сообщение об этом же методе решения энергетической проблемы

Британская компания Air Fuel Synthesis разработала технологию производства бензина путем синтеза углекислого газа с испарениями воды, сообщает газета The Daily Mail.

По словам представителей компании, с августа на построенном ее исследователями миниатюрном перерабатывающем комплексе удалось создать 5 литров бензина.

В Air Fuel Synthesis считают, что их разработка способна стать решением для нарастающего мирового энергетического кризиса. На сегодняшний день производство одной тонны бензина по новой технологии обходится примерно в 400 фунтов стерлингов (644 доллара), пишет Motor.ru.

Технологический процесс фирмы включает в себя смешивание воздуха с гидроксидом натрия. Получившийся в результате этого гидрокарбонат натрия подвергают электролизу, что позволяет создать натуральный углекислый газ. Впоследствии он смешивается с извлеченным из воды водородом для получения углеводородной смеси. После смешения с топливными добавками, таким горючим можно заправлять автомобиль.

В настоящее время компания использует электричество от сети, но в будущем рассчитывает стать полностью автономной за счет собственных возобновляемых источников энергии.

В Air Fuel Synthesis рассчитывают через 2 года построить полноценный перерабатывающий комплекс, который сможет производить тонну бензина в день, а еще через 15 лет компания планирует производить синтезированный бензин в промышленных масштабах.

В связи с этими сообщениями совершенно не лишними являются напоминания о том , что давно известны эффективные возобновляемые источники энергии , одним из наиболее дешёвых и эффективных из которых является метанол

Недостатки

• Метанол травит алюминий. Проблемным является использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в ДВС. Это относится в основном к метанолу-сырцу, содержащему значительные количества примесей муравьиной кислоты и формальдегида. Технически чистый метанол, содержащий воду, начинает реагировать с алюминием при температуре выше 50 °C, а с обычной углеродистой сталью не реагирует вовсе.
•
• Гидрофильность. Метанол втягивает воду, что является причиной расслоения топливных смесей бензин-метанол.
•
• Метанол, как и этанол, повышает пропускную способность пластмассовых испарений для некоторых пластмасс (например, плотного полиэтилена). Эта особенность метанола повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, что может привести к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации.
•
• Уменьшенная летучесть при холодной погоде: моторы, работающие на чистом метаноле, могут иметь проблемы с запуском при температуре ниже +10 °C и отличаться повышенным расходом топлива до достижения рабочей температуры. Данная проблема однако, легко решается добавлением в метанол 10—25 % бензина.
•
Низкий уровень примесей метанола может быть использован в топливе существующих транспортных средств с использованием надлежащих ингибиторов коррозии. Т. н. европейская директива качества топлива (European Fuel Quality Directive) позволяет использовать до 3 % метанола с равным количеством присадок в бензине, продаваемoм в Европе. Сегодня в Китае используется более 1000 млн галлонов метанола в год в качестве транспортного топлива в смесях низкого уровня, используемых в существующих транспортных средств, а также высокоуровневые смеси в транспортных средствах, предназначенных для использования метанола в качестве топлива.

При применении метанола в качестве топлива следует отметить, что объемная и массовая энергоемкость (теплота сгорания) метанола на 40—50 % меньше, чем бензина, однако при этом теплопроизводительность спиртовоздушных и бензиновых топливовоздушных смесей при их сгорании в двигателе различается незначительно по той причине, что высокое значение теплоты испарения метанола способствует улучшению наполнения цилиндров двигателя и снижению его теплонапряженности, что приводит к повышению полноты сгорания спиртовоздушной смеси. В результате этого рост мощности двигателя повышается на 10—15 %. Двигатели гоночных автомобилей работающих на метаноле с более высоким октановым числом чем бензин имеют степень сжатия, превышающую 15:1, в то время как в обычном ДВС с искровым зажиганием степень сжатия для неэтилированного бензина как правило, не превышает 11,5:1. Метанол может использоваться как в классических двигателях внутреннего сгорания, так и в специальных топливных элементах для получения электричества.

Важное качество метанола состоит в том, что в отработавших газах в2—3 раза меньше токсичных компонентов, чем при использовании бензина. Однако отмеченные выше недостатки и малые ресурсы метанола практически не позволяют использовать его сегодня как самостоятельное топливо.

Поэтому его применяют в качестве добавки к бензину. В экспериментах использовались смеси с содержанием метанола от 5 до30%. При этом концентрация окиси углерода в отработавших газах снижается на 14—72%. Смесь метанол-бензин несколько снижает мощностные характеристики двигателей. Но следует иметь в виду, что добавка метанола, например, в количестве 15% повышает октановое число смеси с 88 до 95,8. При соответствующей переделке двигателя с целью повышения на нем степени сжатия можно получить даже экономию на расходе топлива.

В связи с тем , что благодаря внедрению инновационной технологии добычи сланцевого газа , ресурсы этого сырья для производства метанола существенно возросли и этот фактор позволяет надеяться что ограниченные ресурсы воздуха не будут даже в фантазиях и экспериментах любителей сенсаций использоваться для производства уже существующих и более эффективных продуктов

Для приготовления топливной смеси предполагается применить устройство для динамического смешивания и активирования топливной смеси

Вариант 1 , - предварительное смешивание при помощи указанного устройства и подача на горелку бойлера без каких-либо изменений в конструкции и рабочем цикле горелки и бойлера

Вариант 2 , - предварительное смешивание при помощи указанного устройства и подача на , установленное на входе в горелку бойлера такое же устройство , откуда после гомогенизации смесь поступает на горелку ( при этом никаких изменений в конструкции бойлера и горелки не производится )

Вариант 3 , - смешивание производится на установленном на входе в горелку бойлера устройстве для динамического смешивания и активирования топливной смеси ( при этом никаких изменений в конструкции бойлера и горелки не производится )

На базе методов и приёмов регламентируемых и рекомендованных ТРИЗ и АРИЗ и на базе применения понятия идеальный конечный результат предлагается система предварительных тестов и испытаний , которые могут подтвердить факты достижения идеального конечного результата при использовании в качестве топливной смеси – смеси из дизельного тооплива и метанола

ЦЕЛЬ ПЕРВОГО ЭТАПА ИСПЫТАНИЙ

Целью первого этапа испытаний является проверка влияния топливной смеси в виде эмульсии из дизельного топлива и метанола на концентрацию сажи в выхлопных газах дизельного двигателя

Дополнительной целью первого этапа испытаний является проверка влияния топливной смеси в виде эмульсии из дизельного топлива и метанола на концентрацию угарного газа, углекислого газа и кислорода в выхлопных газах дизельного двигателя

Дополнительной целью первого этапа испытаний является проверка влияния топливной смеси в виде эмульсии из дизельного топлива и метанола на концентрацию окислов азота ( NOx ) в выхлопных газах дизельного двигателя

Косвенными целями испытаний являются :

• проверка возможности работы современного серийного дизельного двигателя с эмульсией из дизельного топлива и метанола вместо обычного дизельного топлива
• проверка возможности работы системы управления современного серийного дизельного двигателя с эмульсией из дизельного топлива и метанола вместо обычного дизельного топлива
• проверка возможности работы современного серийного дизельного двигателя с устройством для динамического приготовления эмульсии из дизельного топлива и метанола , встроенного в топливную систему двигателя между топливным фильтром и насосом высокого давления
• проверка возможности работы топливной системы современного серийного дизельного двигателя с эмульсией из дизельного топлива и метанола вместо обычного дизельного топлива
• проверка возможности вести эффективное регулирование системы впрыска и зажигания современного серийного дизельного двигателя , при использовании эмульсии из дизельного топлива и метанола , вместо обычного дизельного топлива
• проверка возможности эффективного подключения трубопровода ведущего эмульсию от выхода из устройства для динамического приготовления эмульсии к входу в насос высокого давления современного серийного дизельного двигателя
• проверка возможности контролировать баланс расхода эмульсии на выходе из устройства для динамического приготовления эмульсии и на входе в насос высокого давления современного серийного дизельного двигателя
• проверка возможности устойчивой работы современного серийного дизельного двигателя при подаче в него эмульсии из дизельного топлива и метанола при изменении расхода эмульсии и пропорций между дизельным топливом и метанолом в эмульсии
• проверка работы устройства для динамического приготовления эмульсии из дизельного топлива и метанола при изменении рабочих параметров устройства в части наличия или отсутствия вихревого выхода из устройства и при изменении зазора в коническом кольцевом канале устройства с 100 микрон на 25 микрон
• проверка работы устройства для динамического приготовления эмульсии из дизельного топлива и метанола при изменении рабочих параметров устройства в части наличия или отсутствия вихревого выхода из устройства и при изменении размеров и количества каналов для подачи воды в зону приготовления эмульсии
• проверка изменений в величине крутящего момента , развиваемого современным серийным дизельным двигателем , при использовании в нём вместо обычного дизельного топлива , - топливной эмульсии из дизельного топлива и метанола
• проверка уровня давления в цилиндрах современного серийного дизельного двигателя при использовании вместо обычного дизельного топлива , - эмульсии из дизельного топлива и метанола
• проверка уровня давления паров топливной смеси в виде эмульсии из дизельного топлива и воды после впрыска в цилиндры современного серийного дизельного двигателя
• сравнение уровней концентрации сажи в выхлопных газах современного серийного дизельного двигателя при использовании в качестве топливной смеси , - эмульсии из дизельного топлива и метанола с требованиями стандартов
• сравнение уровней концентрации сажи в выхлопных газах современного серийного дизельного двигателя при использовании в качестве топливной смеси , - эмульсии из дизельного топлива и метанола и обычного дизельного топлива

Оборудование для проведения испытаний

Оборудование для проведения испытаний соответствует схеме приложенной к техническому заданию

Современный серийный дизельный двигатель для проведения испытаний

Для проведения испытаний применяется стандартный серийно выпускаемый дизельный двигатель любой модели с рабочим объёмом цилиндров в 2.4 литра:

Максимальный расход дизельного топлива : 7.5 галлонов в час

Минимальный расход дизельного топлива: 2 галлона в час

Максимальный крутящий момент: в соответствии с паспортом двигателя

Концентрация сажи: для сравнения принимаем ограничительные требования действующих экологических стандартов

Устройство для динамического приготовления эмульсии из дизельного топлива и воды

Для испытаний предназначено устройство с максимальной производительностью : 10 галлонов топлива в час

Устройство изготовлено в соответствии с технической документацией , приложенной к настоящему техническому заданию

Характеристика эмульсии , предназначенной для испытаний на современном серийном дизельном двигателе

Варианты и пропорции между компонентами эмульсии:

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 5% и 95%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 10% и 90%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 15% и 85%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 20% и 80%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 25% и 75%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 30% и 70%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 35% и 65%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 40% и 60%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 45% и 55%

Соотношение между метанолом и дизельным топливом в смеси , как 50% и 50%

Порядок проведения испытаний

Порядок проведения испытаний должен быть изложен в дополнительном документе

Исходные технические требования к современному дизельному двигателю , который будет применяться для испытаний

Исходные технические требования к дизельному двигателю должны быть изложены в дополнительном документе

Общие технические требования к испытаниям

Общие технические требования к испытаниям должны быть изложены в дополнительном документе