Alternative brændstoffer til biler er motorbrændstoffer, der leverer strøm til en bilmotor og udelukker brugen af petroleumsbaserede brændstoffer (såsom benzin og diesel ) helt eller i et vist omfang (inklusive dem, der er beregnet som tilsætningsstoffer i petroleumsbrændstoffer), når den kraftteknologiske motor er ikke udelukkende forbundet med olieprodukter. I bredere forstand er det et andet brændstof end traditionel petroleum (benzin eller diesel); og henviser også til enhver motorkraftteknologi, der ikke udelukkende bruger benzin (f.eks. elektriske køretøjer, solcelledrevne hybridelbiler). På grund af en kombination af faktorer såsom miljøproblemer med udvinding og brug af olieprodukter, høje oliepriser og potentialet for udtømning af oliereserver, er udviklingen af renere alternative brændstoffer og avancerede køretøjskraftsystemer blevet en prioritet for mange regeringer og bilproducenter i hele verden. Køretøjer til alternativt brændstof omfatter: elbiler , hybride elbiler , fleksible brændstofkøretøjer ( Flex-fuel køretøjer), komprimerede naturgaskøretøjer , solcelledrevne elbiler, biodieselkøretøjer og brintkøretøjer . . Eksperimentelle og mindre almindelige landkøretøjer kan indgå i samme kategori. såsom en dampbil eller en bil drevet af en kompakt atomreaktor.
Beregninger viser, at omkring 30 % af det samlede brændstofbehov kan erstattes af biobrændstoffer, uden at det påvirker reduktionen i fødevareproduktionen. [2] .
Ikke alle officielle definitioner er ens.
I Den Europæiske Union er alternative brændstoffer defineret af Europa-Parlamentets og Rådets direktiv 2014/94/EU af 22. oktober 2014 om udbredelse af infrastruktur for alternative brændstoffer.
"alternative brændstoffer" betyder brændstoffer eller energikilder, der i det mindste delvist tjener som erstatning for fossile brændstoffer i transportsektorens energiforsyning, og som kan bidrage til dens dekarbonisering og forbedre transportsektorens miljøpræstationer. De omfatter blandt andet:
— Europa-Parlamentets og Rådets direktiv 2014/94/EU af 22. oktober 2014 om udbygning af infrastruktur til alternative brændstoffer.
I USA definerer EPA alternative brændstoffer som
Alternative brændstoffer, herunder gasformige brændstoffer såsom brint, naturgas og propan; alkoholer, såsom ethanol, methanol og butanol; vegetabilske olier og olieaffald; og elektricitet. Disse brændstoffer kan bruges i et dedikeret system, der forbrænder et enkelt brændstof, eller i et blandet system med andre brændstoffer, herunder konventionel benzin eller diesel, såsom i hybrid-elektriske eller nyttebiler.
— Miljøstyrelsen [3]
I Canada har Alternative Fuels Act siden 1996 i Alternative Fuels Regulations SOR/96-453 defineret alternative brændstoffer som:
Med henblik på definitionen af alternative brændstoffer i lovens stk. 2, stk.
- Regler for brug af alternative brændstoffer (SOR/96-453) [4]
Alternative brændstoffer omfatter syntetiske og vedvarende brændstoffer, ofte omtalt som "bæredygtige" brændstoffer (fordi disse brændstoffer ikke er begrænset af mineralreserver). Syntetiske brændstoffer fremstilles af kul, naturgas eller andre kulbrinteråstoffer, såsom biomasse, ved hjælp af Fischer-Tropsch-processen eller Bergius-processen . I det første tilfælde forgasses føden for at skabe en blanding af carbonmonoxid og brint ( syntesegas ), som derefter rekombineres til et flydende kulbrintebrændstof. Vedvarende brændstoffer produceres fra biologiske kilder til råmaterialer såsom plantelipider, fedtstoffer og olier. Lipiderne behandles til transesterificering eller hydrobehandling til fremstilling af jetbrændstof. Syntetiske brændstoffer har typisk en sammensætning svarende til konventionelle brændstoffer og opnår den nødvendige ydeevne, når konventionelle og alternative brændstoffer blandes. Denne praksis bruges til at supplere lagre eller erstatte konventionelle brændstoffer. En anden tilgang til brændstofkategorisering er at skabe konceptet kulstofneutralt brændstof . Til gengæld kan de foreslåede kulstofneutrale brændstoffer groft opdeles i syntetiske brændstoffer, som opnås ved kemisk hydrogenering af kuldioxid, og biobrændstoffer, som produceres ved hjælp af naturlige processer med CO2-forbrug, såsom fotosyntese. En variation af ovenstående er elektriske brændstoffer, en ny klasse af kulstofneutrale erstatningsbrændstoffer, der produceres ved hjælp af elektricitet fra vedvarende kilder. De er et alternativ til luftfartens biobrændstoffer. De er hovedsageligt butanol, biodiesel og brintbrændstoffer, men omfatter også alkoholer og kulholdige gasser såsom metan og butan.
Benzen forbedrer benzinens slagmodstand, hvorfor det har spillet en vigtig rolle i benzinproduktionens historie. Nogle tidlige lokomotiver med forbrændingsmotorer brugte brændstof, der hovedsageligt bestod af benzen. I begyndelsen af det 20. århundrede var benzinen, afhængig af kilden og oprindelsen, af meget forskellig kvalitet (fra ca. 40 oktan) og derfor ikke særlig velegnet til almindelig brug uden antibanke-additiver . Speciel autobenzen havde på den anden side en relativt høj bankemodstand (99 RON , 91 MON ), når den blev brugt som benzinbrændstof, men var relativt dyr, og motorer, der kørte med det, blev meget hurtigt forurenet med sod. Som et resultat blev benzen kun brugt som benzin til specielle formål (for eksempel blev det under 1. verdenskrig brugt af tyskerne i flymotorer). I begyndelsen af 1920'erne tilbød brugen af benzin-benzen-blandinger en løsning på disse problemer, ved at blande billig benzin og (dyrere) benzen for at øge slagmodstanden for en sådan blanding og dermed skabe et brændstof, der var acceptabelt både i pris og i kvalitet. I Tyskland og andre lande blev benzen opnået ved kokskul . Denne proces var historisk set den første og tjente som hovedkilden til benzen indtil Anden Verdenskrig. I 1923 dukkede den første benzin-benzenblanding (tysk forkortelse " Bibo ") op på markedet i Tyskland, udviklet til OLEX-virksomheden under navnet "olexin" [5] .
Blandingen udviklet til firmaet Benzol-Verband (BV) i 1924 under navnet BV-Aral (fordi benzen tilhører den kemiske gruppe af aromatiske forbindelser, og benzin til alifatisk) indeholdt "6 dele benzin og 4 dele benzen" . BV har som tysk benzenproducent brugt denne teknologi til at skabe endnu en salgskanal for sine produkter ud over salget af opløsningsmidler til malerfabrikker. Afhængigt af kvaliteten af basisbenzinen (fra 40 til 60 RON), var oktantallet for BV-Aral-blandingen fra 64 til 76 RON.
Efter udviklingen af brændstof med højere oktanindhold under Anden Verdenskrig (hvilket hovedsageligt skete på grund af udviklingen af kraftige flymotorer, der krævede kvalitetsbrændstof), planlagde benzenproducenternes sammenslutning i 1947/1948 at introducere brændstof til bilmarkedet endnu højere kvalitet med et oktantal på 80 RON, hvilket var højere end konkurrenternes (på grund af stigningen i benzenindhold) [6] . Denne videre måde at udvikle teknologien på har ikke fundet anvendelse på grund af udviklingen af andre teknologier til at forbedre kvaliteten af benzin. I dag er så høj en koncentration af benzen i benzin forbudt på grund af dets giftighed, og benzen er kun tilladt som brændstoftilsætningsstof i koncentrationer op til én procent.
I USSR blev benzen-benzinblandinger også brugt på grund af manglen på højkvalitetsbenzin i 1920/30'erne. Sådanne blandinger var dog ofte stadig af meget dårlig kvalitet. Lederen af Scientific Automotive Institute, professor E. A. Chudakov skrev:
"I midten af 1928 blev en blanding af tung Grozny-benzin med benzen frigivet på markedet som brændstof til biler, og begge komponenter blev taget utilfredsstillende. Benzinen blev nedjusteret i forhold til det normale tunge Groznyj leveret af Oliesyndikatet i henhold til dets prisliste, og benzenen var ikke tilstrækkeligt raffineret. Som følge heraf blev de fleste af køretøjerne tvunget til at standse; motorer kræves eftersyn efter 2-3 ugers drift; betydelig dannelse af meget hårde aflejringer blev observeret både på ventilerne og på andre arbejdsdele af motoren. En stor mængde tjæreholdig væske ophobede sig i motorens krumtaphus, som ofte dannedes i sugerøret, og på nogle maskiner blokerede endda gashåndtagene. Det ser ud til, at efter sådanne mislykkede eksperimenter, bør brændstof ikke frigives til markedet, som ikke har været udsat for indledende grundige tests. Men ifølge dekretet fra det øverste økonomiske råd i USSR N15 dateret 1. marts i år blev et nyt brændstof frigivet på markedet - en blanding af gasbenzin med Grozny-nafta og benzen. [7]
I en brændværdisammenligning ligger premium-benzin ved 8,9 kWh/l under Bibo-værdien ved 9,3 kWh/l, hvilket igen er lavere end diesel med 9,8 kWh/l. [8] Fordi benzin-benzenblandinger brænder langsommere end benzin, kræver de en længere antændelsesfremskridt. Det blev antaget, at efter at have skiftet til en benzin-benzenblanding faldt motoreffekten fra 1 til 4%, og brændstofforbruget steg også fra 2 til 5%. Visse motormodifikationer var derfor ønskelige: for eksempel var det nødvendigt med en forøgelse af dysernes diameter. Tilsætning af mere end 40 % benzen forværrede starten og reducerede motoreffekten.
Ud over benzin i Tyskland blev kartoffelalkohol brugt som en komponent i benzenbrændstof. I Tyskland har tilsætning af 2,5-10 % ethanol siden 1930 været obligatorisk. I tilfældet med Albizol-benzenblandingen fra Reichskraftsprit blev der tilsat ca. 25% kartoffelalkohol til blandingen. US Military Dictionary fra 1944 [9] omtaler brændstofbenzen som "Dreierergemisch" ("tredobbelt blanding": benzin 50 %, benzen 40 %, alkohol 10 %).
Brugen af petroleum i stedet for dieselbrændstof, typisk som et additiv for at optimere dets egenskaber ved lav temperatur, er velkendt. Det anbefales ikke at bruge petroleum i sin rene form i denne kapacitet på grund af det lave cetantal. [10] I mange tilfælde, både i et historisk perspektiv og i dag, kunne brugen af petroleum som et alternativ til benzin også være berettiget på grund af benzinmangel og høje omkostninger. I Storbritannien i begyndelsen af det 20. århundrede blev traktorpetroleum ikke beskattet som benzin, hvilket gjorde sådanne maskiner attraktive for landmænd. I nogle lande (for eksempel i Indien) blev petroleum subsidieret af regeringen som et livsvigtigt produkt for de fattige, brugt til optænding og afbrænding af mad. I USSR var petroleum billigere end benzin og blev brugt som brændstof til påhængsmotorer. [11] Brugen af petroleum i benzinmotorer er ikke optimal og kræver visse tricks og yderligere operationer for at holde motoren kørende, og derfor er sådan brændstof ikke populær blandt bilister. Ved begyndelsen af udviklingen af forbrændingsmotorer blev petroleum meget brugt som brændstof til karburatorforbrændingsmotorer . Petroleums oktantal er dog lavt (under 50), så motorerne havde et lavt kompressionsforhold (4,0-4,5, ikke mere). Den berømte " halvanden ", på grund af det ekstremt lave kompressionsforhold, (4,25), kunne fungere på både traktornafta og optænding af petroleum. [12] Da petroleums flygtighed er værre end benzin, var det meget sværere at starte en kold motor. Derfor havde petroleumsdrevne traktorer fra første halvdel af det 20. århundrede en ekstra (lille) benzintank . En kold motor blev startet på benzin, efter at den var varmet op til driftstemperatur, skiftede traktorføreren karburatoren til petroleum. På petroleumstraktorer var der behov for at opvarme petroleum for at forbedre fordampningen. Som et resultat blev udstødnings- og indsugningsmanifoldene designet til at fungere som en varmeveksler, så varmen fra førstnævnte opvarmer sidstnævnte. Da traktoren blev startet på dyr benzin, så snart motoren blev varmet op (efter 5 minutter), blev brændstofforsyningen skiftet til petroleum. Hesselmann-motoren , der var populær i 1920'erne og 1930'erne, fungerede også efter et lignende princip . Så længe motoren kørte på fuld fart, brændte petroleum godt. Under reducerede forhold, såsom når man kører uden last på motorvejen, klarede motoren sig bedre på benzin. I 1920'erne og 30'erne blev karburatorvandindsprøjtningssystemet brugt på nogle traktorer, især American International 10/20. Vandindsprøjtning øgede arbejdsblandingens detonationsmodstand, hvilket gjorde det muligt at bruge billig petroleum som brændstof (selvom motoren blev startet og varmet op på benzin). I et sådant system blev vand sprøjtet ind i indsugningsmanifolden i visse forhold til luft-brændstofblandingen (normalt fra 12,5% til 25%) og blev sammen med blandingen ført ind i forbrændingskamrene. Sikring af et fald i detonationstærsklen sker på grund af vandets høje varmekapacitet, som afkøler arbejdsblandingen og, endnu vigtigere, de opvarmede motordele, som er detonationscentrene. USSR udviklede også traktorer STZ-1, Fordson-Putilovets osv., der arbejdede på en blanding af petroleum og vand.
| Oktantal for forskellige typer brændstof [13] | ||
| Brændstof | Oktantal | Noter |
|---|---|---|
| Benzin | 98 | - |
| Petroleum | 15-20 [14] | |
| Dieselbrændstof | 0 | - |
I Europa efter Anden Verdenskrig blev biler af økonomiske årsager modificeret til at køre på petroleum frem for benzin, som de skulle importere og betale høje afgifter på. Ud over yderligere tanke, rør og brændstofskiftenheder blev cylinderhovedpakningen ændret til en meget tykkere for at reducere kompressionen (gør motoren mindre kraftfuld og mindre effektiv, men i stand til at køre på petroleum). Det nødvendige udstyr blev solgt under mærket "Economy". [15] Petroleum bruges til at brænde mindre påhængsmotorer fremstillet af Yamaha, Suzuki og Tohatsu. Det er dual-fuel motorer, der hovedsageligt bruges i små fiskerbåde. De starter på benzin og skifter derefter til petroleum, når motoren når den optimale driftstemperatur. [16] Evinrude og Mercury Racing multibrændstof påhængsmotorer forbruger også petroleum såvel som jetbrændstof. [17] Under brændstofkrisen i 1970'erne udviklede og masseproducerede finske Saab - Valmet Saab 99 Petro, som kørte på petroleum, terpentin eller benzin. Projektet, med kodenavnet "Project Lapponia", blev ledet af Simo Vuorio, og i slutningen af 1970'erne blev der lavet en fungerende prototype baseret på Saab 99 GL. Bilen er designet til at køre på to typer brændstof. Benzin blev brugt til koldstart, og når der skulle ekstra strøm til, men det blev som regel kørt på petroleum eller terpentin. Fra 1980 til 1984 blev der produceret 3.756 Saab 99 Petros og 2.385 Talbot Horizons.(En version af Chrysler Horizon -bilen , der integrerer mange komponenter fra Saab-bilen). En af årsagerne til produktionen af biler, der kører på petroleum, var, at petroleum i Finland var mindre beskattet end benzin.
I moderne bilmotorer er brugen af petroleum i princippet mulig [18] , selvom det pålægger motoren mange begrænsninger. For eksempel kan petroleum bruges under forhold, hvor motoren kører i et snævert område af rotationshastigheder og med en bestemt temperatur. I den kolde årstid kan det for eksempel være, at motoren ikke varmer op til den optimale temperatur. For at sikre mere pålidelig drift af motoren kan det være nødvendigt at installere en varmeveksler til opvarmning af petroleum. På grund af petroleums øgede viskositet er ydeevnen af fabrikkens brændstofpumpe muligvis ikke tilstrækkelig, og på grund af højere varmeafledning er kølesystemet muligvis ikke i stand til at klare overophedning. Da motortemperaturen ved lavt omdrejningstal kan falde til under det optimale, kan petroleum blande sig med olien i krumtaphuset og skifte olie meget ofte i forhold til standardintervallet. Cylinderaflejringer kan opbygges meget hurtigere end normalt, hvilket betyder, at tændrør skal skiftes osv. Ovenstående begrænsninger gør dette til en meget sjælden praksis, normalt begrænset til brugen af petroleum som tilsætningsstof i benzin til totakts motorcykelmotorer, hvilket kan være egnet til lande med lavt indkomstniveau for befolkningen og følgelig billigere vedligeholdelse af udstyr, som skal udføres meget oftere end normalt (for eksempel i Sydøstasien).
Der var et jernbanelokomotiv med fast naphthalen , som blev bygget af Schneider-Creusot i Frankrig i 1913. Dette lokomotiv havde en benzin-petroleums-fordampningsmotor, startede på benzin og skiftede til petroleum efter at motoren var varmet op med 70 hk, men den brugte fast naphthalen frem for petroleum, simpelthen som et billigere brændstof. Naphthalenet smeltede og fordampede i vandkappen opvarmet af motoren (smeltepunkt: 80,26°C). [19] Ideen dukker op med jævne mellemrum. Patentet fra 1997 af Luis Cisneros Zazueta (Mexico) [20] siger: "Opfindelsen kan bruges til alle typer firetakts benzinmotorer, der opererer på Otto termodynamiske cyklus, som indeholder en karburator eller et brændstofindsprøjtningssystem, antallet af cylindre er også ligegyldigt. De lave omkostninger ved naphthalen og økonomi gør brugen af denne enhed billig" [21]
Køretøjer kan køre på en række forskellige gasser såsom naturgas , LPG eller biogas . En forbrændingsmotor kan også køre på brintgas. Forbrændingsmotorer drevet af kulilte blev brugt i USSR under Anden Verdenskrig . I dem blev kulilte opnået fra trækul.
Brugen af gas som brændstof reducerer forureningen, fordi den brænder renere end olie. Eksisterende benzindrevne køretøjer kan konverteres til at køre på naturgas, men i dag bygges en stigende andel af verdens køretøjer direkte til at køre på gas. Mindre gasdrevne køretøjer har ofte også en gastank, men større køretøjer har kun en naturgastank. Købere af naturgasbiler tiltrækkes af den lave pris på brændstof og lavere emissioner af kuldioxid, nitrogenoxid og partikler. Naturgas sælges som brændstof til biler, prisen på naturgas er omkring 1,30 euro per kilogram. Med hensyn til energiækvivalent i liter gas er prisen på naturgas omkring 0,832 euro.
I 2006 var der omkring 5,7 millioner gasdrevne køretøjer i verden. Argentina, Brasilien og Pakistan har flest gasdrevne køretøjer. I Europa er de populære i Italien (433.000), Ukraine (100.000), Rusland (75.000), Tyskland (55.300) og Sverige (14.530). Der er også biler i Frankrig (10.200) og Hviderusland (5.500). Prisen på naturgas i disse europæiske lande er 40-80% af prisen på benzin. I nogle europæiske lande og Japan, hvor alle taxaer kører på gas, bruger gasdrevne køretøjer for det meste LPG . LPG har den fordel, at det opbevares ved et meget lavere tryk end naturgas, så en lettere gasflaske kan bruges .
Antallet af naturgaskøretøjer i Finland, inklusive bybusser, skraldebiler, taxaer og privatpersoner, er cirka 800 (2011). Den første offentlige tankstation for naturgaskøretøjer blev åbnet i Helsinki i Malmi i juni 2005. Der er 16 offentlige naturgastankstationer i Finland (2011), og Gasum planlægger at bygge et netværk af 30 tankstationer i løbet af de næste par år. Sverige har allerede over 160 tankstationer, Tyskland 900, Italien 850, Østrig 210 og Rusland 240. [22] .
Trægas kan bruges i køretøjer med konventionelle forbrændingsmotorer ved at tilføje en træforgasser ( forgasser ). [23] [24] Denne type brændstof var meget populær under Anden Verdenskrig i flere europæiske og asiatiske lande, da krigen forhindrede let og omkostningseffektiv adgang til olie. Trægasbiler har eksisteret siden før Anden Verdenskrig.
Forbruget af trækul som brændstof for en ton-kilometer af en bils kørsel varierer fra 74,3 til 114 gram [25] . I 1928 tilbagelagde en 17-sæders Berliet gasgeneratorbus i Frankrig en strækning på 5250 km på 28 dage på brænde, og det gennemsnitlige brændeforbrug var 47,8 kg pr. 100 km (bortset fra brænde var der 12 liter benzin blev brugt til at starte motoren, samt til at rense dens dele i garager) [26] .
I biler udstyret med en gasgenerator kan andre generatorgasser bruges.
CNG-køretøjer var ikke det eneste svar på begrænsede benzinforsyninger under Første og Anden Verdenskrig. Et endnu mere besværligt alternativ var en bil med gaspose.
På taget af en sådan bil blev bilens brændstoftank placeret - en gascylinder, der ligner en ballon, fyldt med ukomprimeret gas. LPG-tanke blev produceret under Første Verdenskrig og (især) Anden Verdenskrig i Frankrig, Holland, Tyskland og England som en improviseret løsning på benzinmanglen. Udover personbiler er busser og lastbiler også blevet udstyret med denne teknologi. Køretøjerne forbrugte " let gas ", et biprodukt af processen med at omdanne kul til koks (som bruges til at fremstille jern). Den eneste måde at få nogen praktisk rækkevidde var at bruge en meget stor "brændstoftank". Busser var bedre egnet til dette end biler - de havde en gasflaske i fuld størrelse på tagbøjlen på størrelse med en " imperial " af en engelsk dobbeltdækker. Tasken kunne lukkes ind i en strømlinet kuffert, men oftest var det ikke tilfældet. Nogle af bilerne på billederne er udstyret med en enorm gasopbevaringspose (f.eks. 13 kubikmeter i volumen), og en sådan installation gav den en rækkevidde på kun omkring 50 km, da et sådant brændstofsystem havde brug for en benzintank med en volumen på omkring 2-3 kb.m. at erstatte en liter benzin. Aerodynamikken i LPG-køretøjer var dårlig, så brændstofeffektiviteten var langt fra optimal. Sådanne maskiner blev ikke anbefalet at overskride hastigheden på 50 km/t, så benzintanken ikke ville blive blæst af eller revet af vinden.
Selvom teknologien blev glemt i Europa efter slutningen af Anden Verdenskrig, blev ideen genoplivet i Kina i 60'erne til brug på busser, der kører på byruter [27] . I landene i Sydøstasien kunne en sådan teknik ses indtil 90'erne.
Fra olie (eller naturgas) vil reformering producere brint, der kan bruges til at drive en brændselscellebil. De fleste planer baseret på denne idé foreslår at drage fordel af det eksisterende brændstofdistributionsnetværk og udføre ombygning med specialudstyr lige ved tankstationen. Selvom brændselscelleemissioner udelukkende består af vand, producerer reformering lige så meget kuldioxid, som hvis den samme mængde olie blev brændt i en motor. Forholdet mellem disse emissioner og emissioner i brændstofkæden er således 4:1.
Effektiviteten af en brintbrændselscelle i en bil kan i praksis være omkring 60 %, men da energien fra afbrænding af kul går tabt ved katalytisk reformering, vil den i bedste fald være omkring 40 %. Men selv dette er bedre end en forbrændingsmotor: Sammenlignet med en forbrændingsmotor er emissionerne omkring 60 % lavere. I øjeblikket er brændselscellekøretøjer omkring 25 % effektive (McCormick, 2001).
Teoretisk set kan næsten alle brændstoffer også bruges i brændselsceller . I forsøg på at skabe et alternativ til petroleumsprodukter blev alkoholer primært brugt: ethanol ( en direkte ethanolbrændselscelle ), propanol [28] og glycerol [29] , da de er meget mindre giftige end methanol, der traditionelt anvendes i brændselsceller. Der blev også udført forsøg med aldehyder (nemlig med formaldehyd , herunder paraformaldehyd [30] ), med ketoner og med forskellige kulbrinter samt med diethylether og ethylenglycol . [23] Brugen af myresyre i myresyrebrændselsceller er også velundersøgt og veludviklet. Brændselsceller, der kører på glukose i form af deres eget blodsukker, kan drive medicinske implantater med elektricitet [25] (se biobrændselsceller ).
Brugen af kulstof - i modsætning til det traditionelt flydende eller opløste brændstof, et uopløseligt fast stof - i brændselsceller er muligt og er under intens undersøgelse (se kulstofbrændselscelle ). [26] Brugen af kul eller koks som den vigtigste energikilde ville være fordelagtig på grund af deres tilgængelighed, men den praktiske gennemførelse har vist sig vanskelig. [27]
Kulstoffrie forbindelser, især ammoniak ( ammoniakbrændselscelle ) eller hydrazin ( hydrazinbrændselscelle ), samt natriumborhydrid [23], kan også tjene som energileverandører til brændselsceller.
Myresyre bruges ved først at omdanne det til brint og bruge det i en brintbrændselscelle. Det kan også bruges direkte i myresyrebrændselsceller . Myresyre er meget lettere at opbevare end brint. [31] [32]
Ammoniak fremstilles ved at kombinere brintgas med nitrogen fra luften. Ammoniakproduktion i stor skala bruger naturgas som brintkilde. Ammoniak blev brugt under Anden Verdenskrig til at drive busser i Belgien og i motorer og solenergisystemer indtil 1900. Flydende ammoniak blev også brugt i Reaction Motors XLR99 raketmotor, der drev X-15 hypersoniske forskningsfly . Selvom den ikke er så kraftig som andre brændstoffer, efterlod den ikke sod i en genanvendelig raketmotor, og dens massefylde var omtrent den samme som den for oxidationsmidlet, flydende oxygen, hvilket forenklede designet af flyet.
Ammoniak er blevet foreslået som et praktisk alternativ til fossile brændstoffer til forbrændingsmotorer.[48] Brændværdien af ammoniak er 22,5 MJ/kg, hvilket er omkring halvdelen af dieselbrændstof. I en typisk motor, hvor vanddamp ikke kondenserer, vil opvarmningsværdien af ammoniak være omkring 21 % mindre end dette tal. Den kan bruges i eksisterende motorer med kun mindre karburator/injektor modifikationer.
Når det produceres af kul, kan CO2 let opfanges[48][49] (forbrændingsprodukter er nitrogen og vand).
Ammoniakmotorer eller ammoniakmotorer, der anvender ammoniak som arbejdsvæske, er blevet foreslået og nogle gange brugt. Princippet ligner det, der bruges i et ildløst lokomotiv, men med ammoniak som arbejdsvæske i stedet for damp eller trykluft. Ammoniakmotorer blev brugt eksperimentelt i det 19. århundrede af Goldsworthy Gurney i Storbritannien og i New Orleans sporvogne. I 1981 ombyggede et canadisk firma en Chevrolet Impala fra 1981 til at køre på ammoniak som brændstof.
Ammoniak og "GreenNH3" er blevet brugt med succes af udviklere i Canada [53] fordi det kan køre i gnisttændings- eller dieselmotorer med mindre modifikationer, og er det eneste "grønne" jetbrændstof, og på trods af dets toksicitet anses det for at være ingen farligere end benzin eller LPG.[54] Det kan produceres af vedvarende elektricitet og er kun halvt så tæt som benzin eller diesel og kan nemt transporteres i tilstrækkelige mængder i køretøjer. Når den er helt brændt, har den ingen andre emissioner end nitrogen og vanddamp. Forbrændingskemiske formel: 4 NH3 + 3 O2 → 2 N2 + 6 H2O, hvilket resulterer i 75 % vand.
Selvom en gasproducerende bil kører på fast brændsel, hvor træ, kulbriketter eller tørv kan bruges som brændstof. Selve princippet om gasgeneratorens drift er dog baseret på den ufuldstændige forbrænding af kulstof, hvor kulstof under forbrændingen kan binde et iltatom eller to til henholdsvis monoxid (kulilte) og dioxid (kuldioxid). Således kører forbrændingsmotoren i en sådan maskine på gasformigt brændstof opnået fra fast brændsel. Denne mulighed er ikke optimal af flere grunde. De vigtigste er den lave kvalitet af den gas, der produceres under driften af gasgeneratoren, og også brændstofforbruget til implementering af selve forgasningsprocessen. At arbejde med en gasgenerator er ikke let. Da det nødvendige tryk blev genereret af motorens sugevirkning, var det vanskeligt at starte tomgangsgasgeneratoren. For at starte forbrændingsprocessen var der brug for en pels eller en ventilator. I bedste fald tog det fem til ti minutter at starte motoren. En bil med gasgenerator er bedre egnet til lange rejser. I byområder, hvor bilen ofte skal standse, kan generatorbranden blive for svag og dø ud. Derfor var der udviklinger, der sigtede mod at bruge fast stof uden at destillere det til gas.
En dampbil er en bil drevet af en dampmaskine. Træ, kul, ethanol eller andet kan bruges som brændsel. Brændstoffet afbrændes i en kedel, og varmen omdanner vandet til damp. Når vand bliver til damp, udvider det sig. Udvidelsen skaber pres. Trykket presser stemplerne frem og tilbage. I dette tilfælde roterer propelakslen hjulene, hvilket sikrer bilens bevægelse fremad. Det fungerer som et kulfyret damplokomotiv.
Dampbiler tager lang tid at starte, men nogle kan i sidste ende nå hastigheder på over 100 miles i timen (161 km/t). Sen model Doble dampbiler kunne tændes på mindre end 30 sekunder, havde høj tophastighed og hurtig acceleration, men var dyre i indkøb.
Dampmaskinen bruger ekstern forbrænding, i modsætning til intern forbrænding. Benzindrevne køretøjer er mere effektive med en effektivitet på omkring 25-28 %. Mens en dampmaskine med kombineret cyklus , hvor det brændende materiale først bruges til at drive en gasturbine, teoretisk set kan være så effektiv som 50 % til 60 %, fungerer praktiske eksempler på dampdrevne køretøjer med kun omkring 5-8 % effektivitet.
Den mest berømte og bedst sælgende dampbil var Stanley Steamer . Den brugte en kompakt ildrørskedel under motorhjelmen til at drive en simpel to-stempelmotor, der var forbundet direkte til bagakslen. Før Henry Fords indførelse af månedlig betalingsfinansiering med stor succes, blev biler normalt købt direkte. Derfor havde Stanley et forenklet design; for at holde købsprisen overkommelig.
Dampkraft kan kombineres med en standard ICE-motor for at skabe en hybrid ( sekstaktsmotor ). Indsprøjtningen af vand i cylinderen sker efter forbrændingen af brændstoffet, når stemplet stadig er overophedet, ofte ved temperaturer på 1500 grader eller mere. Vandet vil øjeblikkeligt fordampe til damp ved hjælp af varme, som ellers ville gå til spilde.
Magnesium Engine (en:MAGIC) er et motordesign udviklet af Mitsubishi Corporation og Tokyo Institute of Technology, der bruger magnesium og vand til at generere strøm.
Et samarbejdsprojekt, der begyndte i 2005 og stadig er på et eksperimentelt stadium, udviklede en kuldioxidfri prototypemotor i 2006, der kørte med succes uden brug af fossile brændstoffer. Den kemiske reaktion mellem magnesium (i pulverform) og vand ved stuetemperatur producerer højenergi damp og brint. Brint afbrændes samtidig for at producere mere ekstra højenergidamp. Disse to kilder til damp driver motoren. Energikredsløbet producerer ikke kuldioxid eller andre skadelige emissioner. De eneste biprodukter af denne reaktion er vand og magnesiumoxid. Magnesium i dette projekt (et almindeligt metalelement) opnås fra magnesiumoxid, hvor det adskilles fra ilt ved en laserproces ved hjælp af solenergi (som allerede er langt fremme i udviklingen) og dermed genbruges som brændstof. På trods af dens lille størrelse (ca. 5 cm i diameter og 13,5 cm i højden) kan motoren generere en termisk effekt på flere tiere kW. Motoren er designet til brug i kraftvarmeproduktion, biler, skibe og mange andre applikationer. En erklæring fra 2006 erklærede, at mere avanceret forskning var planlagt til kommercialisering i løbet af de næste tre år. Siden da er der ikke blevet offentliggjort nogen meddelelser om denne teknologi.
Siden fremkomsten af forbrændingsmotorer har ingeniører forsøgt at udvikle en motor, der kan køre på billigt fast brændstof til et pulver for at sikre blanding af brændstoffet med luft. Muligheder såsom trækulspulver eller mikrokrystallinsk cellulose er blevet foreslået [33] . Problemet var at sikre tilførslen af brændstof til forbrændingskammeret uden konstant at tilstoppe injektorerne med pulverklumper.
Kul-pulvermotorerI 1980'erne var der interesse for denne type udvikling. I 1989 blev der efter anmodning fra det amerikanske energiministerium udført undersøgelser om dette emne. [34] . En rapport fra 1989 fra US Department of Energy's Office of Science and Technology beskriver fremskridtene og resultaterne af et forskningsprogram ("Adiabatic Diesel Engine Combustion Performance Running on Dry Coal Powder") for at studere forbrændingsegenskaberne for en dieselmotor, der kører på tørt kul pulver.. I løbet af dette program er der gjort betydelige fremskridt med at overvinde mange af de problemer, som motoren står over for, der kører på kulpulver. Konceptet med et termisk tændingsforbrændingssystem er blevet brugt til at forbedre forbrændingen af pulveriseret kulbrændsel. Testresultaterne bekræftede udsigterne for udviklingen af kulfyrede motorer. Der er udført arbejde såsom design, fremstilling og test af en motor med et forbedret kulforsyningssystem til at sprøjte kulpulver ind i indsugningsluften; design, fremstilling og test af en superlegeret forbrændingskammermotor ("Hastelloy X"); design, fremstilling og test af slidbestandige stempelringe og cylinderforinger med oxid-chrom keramisk belægning; forbedret smøresystem til at adskille kulpartikler fra forurenet smøreolie; kontrol af tændingstidspunktet for desinficeret kulpulver ved brug af udstødningsgasrecirkulation ( EGR ) og variabel forbrændingskammertemperatur; Kulmotoren blev testet i to konfigurationer: dobbeltbrændstof (med dieselbelysning) og 100 % kulmotor uden dieselindsprøjtning eller opvarmet indsugningsluft; koldstart af en 100 % kulstofmotor med gløderør; og kulmotoren kørte fra 800 til 1800 o/min og i tomgang til dobbeltbrændstof (med dieselpilot) og 100 % kulmotor uden dieselpilot eller indsugningsluftforvarmer; koldstart af en 100 % kulstofmotor med gløderør; og kulmotoren kørte fra 800 til 1800 o/min og i tomgang til dobbeltbrændstof (med dieselpilot) og 100 % kulmotor uden dieselpilot eller indsugningsluftforvarmer; koldstart 100% kulstofmotor med gløderør. Kulmotoren kørte med succes fra 800 til 1800 o/min og i tomgang til fuld motorbelastning.
Svinghjul kan også bruges som alternativt brændstof og blev brugt i 1950'erne til at drive busser i Schweiz, de såkaldte gyrobusser . Bussens svinghjul var ladet med elektricitet i enderne af linjen og gjorde det muligt for den at køre op til 8 kilometer på kun ét svinghjul. Svinghjulskøretøjer er mere støjsvage end køretøjer med forbrændingsmotorer, kræver ikke køreledning og producerer ikke udstødningsgasser, men svinghjulet er tungt (1,5 tons pr. 5 kWh) og kræver særlige sikkerhedsforanstaltninger på grund af dets høje omdrejningshastighed.
Flydende nitrogen køretøjer er drevet af flydende nitrogen opbevaret i specielle tanke. Typisk fungerer en nitrogenmotor som følger: flydende nitrogen opvarmes i en varmeveksler, modtager varme fra den omgivende luft, hvorefter det fordampede nitrogen, omdannet til højtryksgas, kommer ind i motoren, hvor det virker på stemplet eller motorrotoren , overfører den energi til den.
Den maksimale energitæthed, der kan opnås med flydende nitrogen ved atmosfærisk tryk, er 213 watt-timer pr. kilogram (Wh/kg). Dette er meget mindre end de 3000 Wh/kg opnået med de mest moderne typer benzinforbrændingsmotorer, der kører med en termisk virkningsgrad på 28 %, hvilket er 14 gange tætheden af flydende nitrogen, der bruges i Carnot-effektivitet.
For at en isotermisk motor skal have en autonomi svarende til en bil med en forbrændingsmotor, er det nødvendigt at have et 350-liters Dewar-fartøj om bord. Det skal tilføjes, at beholderen skal have en tyk isolering. Selvom et sådant volumen er muligt at transportere, men stadig med en betydelig stigning sammenlignet med en typisk 50-liters gastank. Tilføjelse af mere komplekse forsyningscyklusser (varmevekslere med en anden type arbejdsvæske og flere påfyldninger af tanke) kan reducere behovet for tyk isolering og tillade det at fungere, hvilket forhindrer dannelsen af isskorpe. Men til dato er der ingen praktisk køretøjsmodel eller komponenter designet til at drive køretøjer ved hjælp af flydende nitrogentanke og isotermiske Stirling-motorer.
En anden egenskab ved denne motor er, at for effektiv drift skal den konstant opvarmes af luftventilation, hvilket betyder, at den skal have en stor ventilator. Bilen vil have alvorlige problemer, når den kører på lukkede eller kolde steder, hvilket kan føre til et betydeligt fald i motortemperaturen, beskadigelse af den (selv hvis man antager, at intern friktion skal varme den op). Dybest set "udtrækker" denne motor termisk energi fra miljøet, og derfor vil opvarmning af kabinen være praktisk talt umulig, hvis der ikke er batterier og en elektrisk ovn. Derfor er brugen af køretøjer med flydende nitrogen usandsynlig i kolde klimaer.
| Hovedtyper af organisk brændsel | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fossil |
| ||||||||
| Vedvarende og biologisk | |||||||||
| kunstig | |||||||||
| Alternativt brændstof køretøjer | |
|---|---|
| brændselscelle | |
| Muskuløst drev |
|
| solenergi |
|
| Luftmotor | |
| Elektrisk batteri og motor | |
| biobrændstof motor | |
| Brint |
|
| Andet | |
| Multibrændstof |
|
| Dokumentarfilm |
|
| se også |
|