Синтезируй это. Зачем Ф1 и MotoGP понадобился бензин из воздуха
В середине этого десятилетия две ведущие гоночные серии мира – Формула 1 и MotoGP – перейдут на принципиально иное топливо, которое в последние годы называют «синтетическим». До сих пор такое горючее не только не применялось в гонках, но и не существовало за пределами лабораторий. Более того, не производится оно в промышленных масштабах и сейчас.
Иными словами, мы будем иметь дело с принципиально новым видом горючего. Которое, в теории, из Формулы 1 должно прийти и в мир дорожных машин: принципиально важным является возможность использования такого горючего не только в новых моделях автомобилей, но и в тех, что уже ездят по улицам, без переделки топливной системы.
Так что же это такое, зачем понадобилось, и почему альтернативные решения в виде электротяги или водорода ни Формуле 1, ни MotoGP не подошли. Об этом данная статья.
Зачем все это?
Причина отказа от традиционного для авто и мотоспорта бензина банальна и кроется в экологических проблемах.
Попробуем объяснить это максимально просто.
Бензин делают из нефти. Это ископаемое углеводородное сырье. При сгорании, бензин вступает в реакцию в кислородом (который берется из атмосферы), выделяется энергия и образуются новые вещества. В частности, углекислый газ.
Итак, мы имеем две проблемы. Первая – это снижение содержания кислорода в атмосфере, что само по себе уже не здорово, так как мы им дышим.
Вторая проблема – увеличение доли углекислого газа. Сам по себе этот газ не вреден для человека (мы сами его выдыхаем и при этом не отравляемся), однако он обладает парниковым эффектом – то есть задерживает энергию Солнца в атмосфере Земли, не давая этому теплу рассеяться в космосе.
Фото: ExxonMobil
Повышение уровня углекислого газа в атмосфере таким образом ведет к глобальному потеплению. Не будем спорить касательно того, опасно эти или нет, просто примем к сведению, что в Формуле 1 и MotoGP уже решили – да, опасно!
Здесь очень важно еще раз подчеркнуть, что опасность представляет не выхлоп углекислого газа сам по себе, а рост его доли в атмосфере.
И, сжигая нефтепродукты, избежать этого невозможно.
Точнее сейчас уже существуют технологии позволяющие выловить этот самый углекислый газ, превратить его в некое подобие нефти и закачать обратно под землю. Но для того, чтобы так «провернуть фарш назад» нужно для начала остановить мясорубку, то есть перестать сжигать бензин. Вот об этом в Ф1 и речь.
Альтернатива бензину
На начало этого десятилетия, когда и Ф1 и MotoGP внезапно озаботились экологией, существовало как минимум три альтернативные технологии, и ни одна из них не подошла. Попробуем объяснить почему.
Электромобили
Электричество в теории возможно получать безвредным для экосистемы способом (да-да, мы все знаем, что львиная доля электроэнергии получается не самым чистым способом, но давайте помечтаем, что тренд на зеленую электроэнергию победит).
Электродвигатели проще, эффективнее, удобнее, а главное – мощнее бензиновых моторов и отлично потому подходят гоночной технике.
Но есть нюанс.
Где в движении брать электроэнергию? Пока ее запасают в батареях. Но проблема в том, что соотношение емкости аккумуляторов к их весу не оптимально, и тенденции к скорому прорыву в этом направлении не наблюдается.
Даже если улучшить характеристики аккумуляторов вдвое, этого все равно будет недостаточно. В итоге сейчас приходится выбирать одно из двух зол.
Первое: это ставить батареи поменьше, снижать мощность (и расход) электромоторов и сокращать дистанции гонок. В итоге мы получаем Формулу Е с характерными для нее скоростями.
Фото: Andrew Ferraro / Motorsport Images
Второе зло: это ставить батарею побольше, моторы – помощнее, и обеспечить тем самым разгонную динамику болидов, сравнимую с Формулой 1. Однако из-за массы батареи вес болидов неминуемо вырастит втрое и превысит две тонны. Вы представляете, как такие монстры будут тормозить и проходить повороты? И никто не представляет.
Вот почему электропривод самым быстрым гоночным сериям в мире не подходит и в обозримом будущем не подойдет.
Водород
При соединении водорода с кислородом образуется энергия и синтезируется новое вещество, известное всем как вода. Водой никого не испугаешь, так что на первый взгляд все прекрасно. Но есть множество нерешенных вопросов.
Первый – где брать водород? Самый правильный способ – из воды методом электролиза с использованием все той же зеленой электроэнергии. Проблема в том, что эффективность у такого способа не самая высокая и энергии нужно очень много. Есть и более дешевый вариант получения водорода из метана. Но метан, как и нефть – это тоже ископаемое топливо. Плюс-минус выходят те же грабли (хорошо, не совсем те же, но полностью безвредным такой водород назвать нельзя).
Второй – как транспортировать водород, хранить его, заправлять? В отличие от бензина, водород – весьма хлопотный и неудобный элемент. Связанные с ним технические сложности, конечно, решаемы, но это усложняет (и удорожает) автоспорт.
Наконец, третий вопрос – как использовать водород? Есть два способа.
Во-первых, его как топливо можно сжигать в цилиндрах. В этом направлении сейчас даже экспериментируют в небезызвестной по гонкам на выносливость компании ORECA. С мощностью у водородных двигателей все нормально, а вот с эффективностью – не очень. Проще говоря, водорода нужно много, а он, напомним, и без того дорог.
Во-вторых, есть технология топливных ячеек, в которых, опять же, волшебным образом «фарш проворачивается назад», то есть из водорода и кислорода получается электричество и вода. А электричество можно использовать для питания электромоторов. КПД у такого способа кратно выше, но общая мощность пока ограничена. На выходе в габаритах болида можно получить 200, ну может быть 250 лошадиных сил, что для Формулы 1 просто смешно.
В общем, водород тоже не вариант.
Биотопливо
В 2022 году в баках болидов Формулы 1 будет только 90% бензина. Еще 10% – это биотопливо, доля которого увеличена в новом сезоне с 5,67%. Если вас это не впечатляет, то знайте: IndyCar уже не первый год ездит на чистейшем биотопливе.
Что это такое? Для начала нужно вспомнить о фотосинтезе. Растения используют энергию Солнца и расщепляют углекислый газ из атмосферы на углерод и кислород. Кислород они выпускают обратно в атмосферу, а углерод используют как материал для собственного роста.
Потом из этих растений можно изготовить то самое биотопливо. При его сжигании образуется все тот же углекислый газ и поглощается кислород. Но, в отличие от бензина, получается «круговорот углекислого газа в природе». То есть выделяется его столько же, сколько забирается растениями при росте, и в итоге доля углекислого газа в атмосфере не меняется, парниковый эффект не увеличивается, глобального потепления не наступает и где-то в Скандинавии плачет от радости одна Грета Тунберг.
Фото: Michael L. Levitt / Motorsport Images
Идеально? Не совсем. Во-первых, биотопливо – это попросту говоря спирт. И в сравнении с бензином он при прочих равных обеспечивает куда меньшую мощность. Увеличение доли спирта в бензине Формулы 1 с 5,67 до 10% уже грозит потерей 20 л.
с.
То есть Формуле 1 пришлось бы стать заметно медленнее. А так и до скоростей Формулы Е недалеко.
Да и на биотопливо все дорожные автомобили в мире не переведешь. Во-первых, под это горючее все же нужна переделка топливных систем. Ну а во-вторых, где взять столько посевных полей под соответствующие растения? Леса Амазонки вырубить? Грета не одобрит.
Единственно верное решение
Вот тут то в Формуле 1 кому-то и пришла светлая мысль: а что, если сделать бензин не из нефти, а из воздуха? Вспомните, растения же додумались до фотосинтеза. Так может и ученые не глупее какого-нибудь дерева?
Если без шуток, такая технология была разработана еще в годы Второй мировой войны, когда отдельные страны столкнулись с острым дефицитом бензина. Тогда до производства дело не дошло: процесс оказался не простым, и пока технология разрабатывалась, наши с вами героические предки успели дойти до Берлина. Ну а после, вчерашние солдаты Красной армии отправились разрабатывать месторождения нефти в Западной Сибири, и необходимость в бензине из воздуха отпала.
Теперь же об этом вспомнили.
Суть тут вот в чем. Для начала нужно построить химический завод (лучше на берегу моря) и подвести к нему чистую (это важно!) электроэнергию. Затем получить из морской воды водород. И взять из атмосферы углекислый газ. А потом путем серии весьма сложных химических реакций синтезировать вещество, которое было бы очень похоже по составу именно на бензин.
Настолько похоже, что переделывать под него существующие двигатели не пришлось бы вовсе. И такое горючее могло бы продаваться на обычных заправках, с использованием уже существующей инфраструктуры.
Как и в случае с биотопливом, при сжигании синтетического бензина выделяется такое же количество углекислого газа, какое поглощается при его производстве. А значит, никакого урона атмосфере, климату и полярным медведям не наносится, и все, включая Грету, опять рады.
Идеал? Да, но есть подводные камни
Во-первых, производства синтетического топлива до сих пор не существовало. По словам технического эксперта Формулы 1 Пэта Симондса, первые такие заводы будут построены только в 2023 году.
И нет уверенности, что в производстве все сразу пойдет как надо.
Во-вторых, существует объективная проблема нехватки той самой зеленой электроэнергии. Предполагается, что при заводах будут построены и новые ветряные или солнечные электространции. Что не упрощает данные проекты.
Наконец, в третьих себестоимость синтетического топлива никаким образом не обещает быть низкой. Электроэнергии очевидно потребуется много. Да и окупить затраты на создание фактически новой отрасли промышленности будет непросто.
Наконец, есть проблемы и собственно гоночного характера
Да, синтетический бензин можно смело заливать в баки обычных машин, и большинство водителей разницу заметить не должны. Но гоночные моторы – иное дело. Даже небольшое изменение характеристик может сказаться на результатах гонок. В мире, где сотые доли секунды на пятикилометровом круге имеют решающее значение и 1% мощности – совсем не лишний.
Несмотря на единый регламент, бензин от разных поставщиков как в Формуле 1, так и в MotoGP немного различается.
Сложно сказать, чье топливо предпочтительнее, скорее речь идет о лучшей адаптации того или иного горючего к конкретной силовой установке.
И добавляет, что топливо отличается еще и теплоотводящими свойствами: скажем, один тип горючего по пути из бака в камеры сгорания будет лучше охлаждать топливную систему, другой – хуже.
Фото: Sutton Images
Симондс, который недавно подробно рассказал о современных моторах Формулы 1 и проблемах перехода на силовые установки 2026 года, также обратил внимание на данную проблему. По его словам, новое топливо в теории может дать преимущество моторам одной марки и стать проблемой для двигателей другого бренда.
Чтобы не допустить этого внедрение нового горючего приурочено и к смене технического регламента на сами силовые установки и, как следствие, с переходом на похожие, но все же новые моторы.
Производители должны быть поставлены в равные условия и иметь возможность сделать моторы именно под это горючее.
Но здесь возникает и еще одна проблема. Сейчас требования к топливу для Формулы 1 ограничивается рамочными характеристиками. Это октановое число, минимальное количество нежелательных примесей и так далее.
Самый главный параметр при этом напрямую не регулируется, а это «калорийность» бензина. Как вы знаете, на гонку машинам Ф1 положено не более 100 килограммов бензина. Но в каждом килограмме может содержаться разное число калорий, то есть энергии.
Десятилетиями нефтяные компании конкурировали за то, чтобы предоставить спонсируемым ими командам наиболее энергоемкий бензин, естественно в рамках регламента. Но добиться этого возможно только за счет неизбежных для нефтепродуктов и трудно контролируемых примесей.
В отличие от «натурального» бензина, химический состав синтетического топлива можно будет контролировать с точностью до молекулы. И никаких как бы случайных добавок в нем оказаться не может.
С одной стороны в этом нет ничего страшного, так как все будут в одинаковых условиях, и мощность моторов в теории одинаково уменьшится у всех. Проблема, однако, в другом. Компенсировать снижение калорийности можно за счет увеличения расхода топлива, но его количество на гонку ограничено. А это значит, что пилотам придется учиться ездить не только быстро, но еще и экономно.
В той же статье The Race прямо говорится, что гонщики MotoGP на наиболее мощных мотоциклах Ducati уже сейчас могут позволить себе не думать о расходе горючего (количество которого ограничено 22-литровым баком) только на Заксенринге, а на всех остальных трассах вынуждены приотпускать ручку газа, используя вся мощь лишь при обгонах или обороне от атак противников. Синтетическое горючее проблему только усугубит.
Фото: Gold and Goose / Motorsport Images
Наконц, Симондс проговорился, что из-за стремления создать синтетическое топливо, которое можно будет продавать на обычных заправках, придется снизить октановое число.
Сейчас болиды Формулы 1 используют 104-й бензин. А условные Hyundai Solaris или Lada Granta предпочитают 95-й. Для адаптации гоночных двигателей к новому топливу придется снижать степень сжатия в цилиндрах, а это также скажется на эффективности гоночных ДВС.
В целом создается впечатление, что синтетический бензин нужен не только Формуле 1 и MotoGP, но и производителям спортивных машин, а также спортбайков. В богатых странах сейчас только и разговоров о запрете продаж автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, которые работают на ископаемом топливе.
Ferrari, Lamborghini, McLaren, Aston Martin и прочие в битве за производство самых быстрых электромобилей в мире даже не проиграли – они просто забыли туда явиться. И теперь им некуда деваться, кроме как ратовать за синтетический бензин как средство сохранения ДВС. И это не говоря уже о Honda, Yamaha, Ducati, Suzuki, KTM, Aprilia.
Массовые дорожные автомобили скоро перейдут на электротягу, то же станет и со скутерами и прочими компактными мотоциклами.
Но что делать суперкарам и супербайкам? Сворачивать их производство и продажи?
В итоге синтетическое топливо представляется безальтернативным вариантом для спасения Формулы 1, MotoGP, а также атмосферных моторов V12 и двигателей V4, что любят зажимать между ног любители быстрой езды на двух колесах. Да, оно будет дорогим, весьма дорогим. Но когда люди, выбирающие между Ferrari и Lamborghini, заботились о стоимости бензина? Да и какой-нибудь 234-сильный Ducati Superleggera выбирают не ради экономии топлива.
В конце концов первую в мире фабрику по производству синтетического топлива начал строить вовсе не химический концерн, а… Porsche! На берегу Тихого океана, в Чили, все как мы прогнозировали. Под тенью утесов, увешанных ветряными электростанциями.
А для всех остальных автомобилистов будет Tesla или отечественный электромобиль «Кама». Любителям байков советуем присмотреться к новой электрической марке Liveware, которую учредил… Harley Davidson.
P.S.
Во всей этой ситуации поклонникам автоспорта должны внушить надежду слова Пэта Симондса именно в отношении синтетического бензина: «У болельщиков Формулы 1 всегда должен быть повод гордиться тем, что они поклонники именно нашего чемпионата».
Правда, сам Симондс из Формулы 1 уходит, и отдуваться за его решения предстоит другим.
Какова химическая формула бензина?
Стандартная химическая формула бензина — Cnh3n + 2. Эта формула относится к алканам, и химическая формула бензина может быть изменена, если он состоит из разных газов.
Фактическая формула бензина будет немного отличаться по мере очистки нефти. Например, приведенная выше формула изменится, когда пентан превратится в октановое число, а затем превратится в дизельное топливо, керосин и реактивное топливо. Алканы также известны как парафины и содержат только водород и кислород в качестве насыщенных углеводородов. По мере усовершенствования бензина формула будет меняться. Например, формула циклоалканов — Cnh3n, а формула ароматических углеводородов — CnHn.
Похожие посты
Что такое уравнение Айринга?
Что такое изотоп?
Что делает азот?
Каков химический состав соли?
Другие интересные посты
Какова основная функция перикарда?
В чем важность экскреции?
Каковы преимущества энергии биомассы?
Что вызывает деление Кассини в кольцах Сатурна?
Какие три типа грибов?
Какие продукты цикла Кальвина?
Сколько унций может вместить человеческий желудок?
Каковы некоторые последствия загрязнения земли?
Из чего сделана нержавеющая сталь?
Какова функция сторожевой камеры?
Отрастает ли коленный хрящ?
Каковы примеры ненасыщенных растворов?
Какова функция сердцевинных лучей?
Что измеряет хронометр?
Какие химические вещества содержатся в бензине?
Несмотря на процессы перегонки и очистки, нефтепродукты содержат следы металлов, таких как никель, ванадий и медь, а также небольшое количество серы.
Раньше свинец добавляли в бензин для повышения эффективности двигателя. Практика, которая началась в 1920-х годах, в конечном итоге была прекращена в 1980-х, а этилированный бензин был полностью запрещен в Великобритании в 1999 году из-за опасений по поводу токсичных выбросов.
Все это означает, что бензин представляет собой гомогенную смесь углеводородов и микропримесей. Дистиллированный и переработанный из сырой нефти, он состоит примерно из 150 различных природных компонентов, включая бутан, пентан и бензол.
Читайте дальше, чтобы узнать больше о химических веществах и других компонентах, содержащихся в бензине
В этом посте:
Химические вещества, содержащиеся в бензинеБензин, также известный как газ или бензин, представляет собой сложную смесь различных углеводородов. . В бензине содержится около 150 видов углеводородов. К ним относятся бутан, пентан, изопентан, бензол, этилбензол, толуол и ксилол.
Углеводороды являются природными компонентами бензина.
Их близкие температуры кипения являются признаком того, что они испарялись и конденсировались вместе на определенном уровне процесса фракционной перегонки.
В то время как углеводороды естественным образом присутствуют в бензине, в смесь добавляются другие химические вещества, такие как антикоррозийные и антиобледенительные присадки для улучшения работы двигателя.
Ниже перечислены некоторые из основных типов химических веществ, содержащихся в бензине.
1. ВодородКак следует из названия, водород является составной частью углеводородов. Тип углеводорода меняется в зависимости от соотношения водорода и углерода. Например, алканы относятся к предельным углеводородам.
Каждый углерод алкана имеет максимальное количество атомов водорода, связанных с ним, то есть он содержит только одинарные связи. Однако алкены имеют по крайней мере одну пару атомов углерода с двойными связями.
2. Углерод Атомы углерода образуют цепь или кольца углеводородов.
Они могут быть расположены либо в виде простой цепочки, либо могут быть разветвленными изомерами. В некоторых случаях атомы углерода могут образовывать двойные и тройные связи с другими атомами углерода. Кольцевые или циклические углеводороды, такие как бензол, иногда называют ароматическими соединениями из-за их отчетливого запаха.
Поскольку бензин уже прошел перегонку, он содержит лишь незначительное количество кислорода (обычно 0,1–1,0 % по массе). Когда бензин воспламеняется, он соединяется с кислородом в сильно экзотермической реакции, известной как горение. Если сгорание завершено, побочными продуктами являются углекислый газ и вода. Однако, если процесс сгорания не является полным или неэффективным, также может образовываться окись углерода.
4. Азот Следовые количества азота также могут быть обнаружены в бензине. Двигатели внутреннего сгорания в автомобилях и других транспортных средствах также производят оксид азота, который образует смог.
Однако большая часть азота поступает из окружающего воздуха, а не из самого топлива. Реакции способствует тепло, выделяемое при сгорании топлива.
Хотя свинец больше не добавляется в бензин в процессе дистилляции, его следы все еще можно найти в бензине. Другие следы металлов включают следующее:
- Сурьма
- Мышьяк
- Бериллий
- Кадмий
- Хром
- Кобальт
- Марганец 900 61 Ртуть
- Молибден
- Никель
- Селен
- Ванадий
Поскольку бензин представляет собой сложную смесь углеводородов, единой химической формулы не существует. Тем не менее, вы можете использовать общую формулу Cnh3n+2 только для алканов.
Бензин в основном состоит из изоалканов и ароматических углеводородов, как показано в приведенной ниже процентной разбивке:
- 4-8 % алканов
- 2-5 % алкенов
- 25-40 % изоалканов
- 3-7 % циклоалканов
- 1-4% циклоалкенов
- 20-50% всего ароматических соединений (0,5-2,5% бензола)
Подобно химическому составу бензина в виде смеси, для бензина не существует единого химического названия.
Однако в общем его можно назвать углеводородной смесью.
Доля углеводородов в бензине и дизельном топливе различна; дизель состоит примерно из 75% алифатических углеводородов и 25% ароматических углеводородов. Он более вязкий и менее летучий, чем бензин, что затрудняет воспламенение при нормальном давлении. Дизель также содержит больше энергии, чем бензин.
РезюмеБензин представляет собой сложную гомогенную смесь химических веществ. В основном он содержит углеводороды, но в бензине также обнаруживаются следы металлов, кислорода и азота.
Заявление об отказе от ответственности
Весь контент, опубликованный в блоге ReAgent.co.uk, предназначен только для информации. Блог, его авторы и аффилированные лица не несут ответственности за любые несчастные случаи, травмы или ущерб, вызванные частично или непосредственно в результате использования предоставленной информации.
Кроме того, мы не рекомендуем использовать какие-либо химические вещества без прочтения Паспорта безопасности материала (MSDS), который можно получить у производителя. Вы также должны следовать всем советам по безопасности и мерам предосторожности, указанным на этикетке продукта. Если у вас есть вопросы, связанные со здоровьем и безопасностью, посетите HSE.gov.uk.
Ископаемое топливо
Ископаемое топливо
|
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
После очистки это почти чистый метан
поскольку он перемещается по трубопроводу к коммерческим пользователям и домам. В
в большинстве регионов страны предпочтительным топливом является природный газ
для сжигания и преобразования в энергию для бытового использования.
Он сжигается в печи, баке с горячей водой, сушилке для белья и
печь.
такие как кемперы и Bar-B-Q. 
Их можно найти в различных растворителях для красок, красок
разбавители и жидкости для зажигалок Bar-B-Q. Они легко испаряются
и очень горюч.
