Кіріспе
Қазба отындардан басқа көздерден алынатын отындар
Балама отындар, сондай-ақ дәстүрлі емес және жаңа буын отындары, мұнайдан өзге көздерден алынатын отындарды қамтиды. Балама отындарға пропан, табиғи газ, метан және аммиак сияқты газ тәрізді отындар; биодизель, биоалкоголь және қоқыстан алынған отын сияқты биоотындар; және сутегі мен электр энергиясы сияқты басқа жаңаруға қабілетті отындар жатады. Бұл отындар көліктік саласында бензин мен дизель сияқты көміртегі интенсивті энергия көздерін алмастыру мақсатында қолданылады және декарбонизацияға және ластануды азайтуға көмектеседі. Балама отындардың азот оксиді мен азот диоксиді, сондай-ақ күкірт диоксиді және басқа да зиянды газдар сияқты көміртегі емес шығарындыларды да азайтатыны көрсетілген. Бұл әсіресе улы газдардың оңай жиналуы мүмкін болатын кен өнеркәсібі сияқты салаларда маңызды.
Еуропалық Одақтағы анықтамасы
Еуропалық Одақта баламалы отын 2014 жылғы 22 қазандағы Еуропалық Парламент пен Кеңестің 2014/94/EU Директивасымен (баламалы отын инфрақұрылымын дамыту туралы) анықталады.
Қытай
Қытайда баламалы отынмен жүретін көліктер баламалы отынмен жүретін көліктерді жергілікті өндіруге арналған техникалық талаптарға сәйкес келуі керек: олардың қызмет ету мерзімі мыңнан астам болуы керек, ал толық зарядталу жеті сағаттан кем уақыт алуы тиіс. 30 минуттан кем уақыт ішінде зарядтың 80%-ға дейін қол жетімді болуы керек. Бұған қоса, таза электрмен жүретін көліктер 0,16 кВт/км-ден кем электр энергиясын тұтынуы тиіс.
Биоотын
Биоотын да жаңартылатын көз ретінде қарастырылады. Жаңартылатын энергия көбінесе электр энергиясын өндіруге қолданылса да, балама отын жасау үшін де жаңартылатын энергияның бір түрі немесе белгілі бір пайызы пайдаланылады деп есептеледі. Биоотынға жарамды дақылдарды анықтау және олардың майлылығын арттыру бойынша зерттеулер жалғастырылуда. Қазіргі көрсеткіштер бойынша, жанармайды толыққанды түрде ауыстыру үшін үлкен аумақты жер және тұщы су қажет болады.
Биомасса
Энергия өндіру өнеркәсібіндегі биомасса – отын ретінде немесе өнеркәсіптік өндіріс үшін қолданылатын тірі және жақында ғана өлген биологиялық материал. Көмір электр станциялары арасында танымал болды, олар қолданыстағы электр станциялары мен инфрақұрылымды пайдаланбастан, жаңартылатын энергияны өндіруге көшу үшін көмірден биомассаға ауысуда. Биомасса көбінесе азық-түлік немесе мал азырату үшін пайдаланылмайтын өсімдіктер немесе өсімдік негізді материалдарды білдіреді, және олар нитроцеллюлоза биомассасы деп аталады. Энергия көзі ретінде биомассаны жылу шығару үшін тікелей жағу арқылы немесе түрлі биоотын түрлеріне айналдырғаннан кейін жанама түрде қолдануға болады.
Балық тұқымдас отын
Балырға негізделген биоотын бұқаралық ақпарат құралдары мұнайға негізделген көлік проблемаларына шешім бола алатын құрал ретінде жариялады. Балырдан бір акр жерден жылына 2000 галлоннан астам отын алуға болады. АҚШ Әскери-теңіз күштері балырға негізделген отынды сәтті сынақтан өткізді. Балырға негізделген пластиктер қалдықтарды азайтуға мүмкіндік береді және балыр пластигінің бір фунт құны дәстүрлі пластиктерден арзан болуы күтілуде.
Биодизель
Биодизель жануар майларынан немесе өсімдік майларынан жасалады, олар атрофия, соя, күнбағыс, жүгері, зәйтүн, жержаңғақ, пальма, кокос, сафлор, канола, сусам, мақта тұқымы сияқты өсімдіктерден алынатын жаңартылатын ресурстар болып табылады. Бұл майлар мен майлардан көмірсутектер сүзіліп алынып, содан кейін метанол сияқты спиртпен қосылғанда, осы химиялық реакция нәтижесінде дизель өндіріледі. Бұл шикізатты таза дизельмен әртүрлі пропорцияда араластыруға немесе жеке қолдануға болады. Қоспаны таңдауға қарамастан, биодизель обыкновенный дизельге қарағанда аз мөлшерде ластаушы заттарды (көміртек монооксиді, майлы бөлшектер және көмірсутектер) шығарады, себебі биодизель таза және тиімді жағады. Тіпті обыкновенный дизельдегі күкірт мөлшері LSD (өте төмен күкіртті дизель) ойлап табу арқылы азайтылғанмен, биодизель күкіртсіз болғандықтан, одан да жоғары деңгейге жетеді.
Алкогольді отын
Метанол мен этанол отыны – энергияның басты көздері; олар энергияны сақтау және тасымалдау үшін қолайлы отын болып табылады. Бұл спирттерді ішкі жану қозғалтқыштарында балама отын ретінде қолдануға болады. Бутанның тағы бір артықшылығы бар: ол – мұнай өнімдері құбыр желілері арқылы тасымалдауға болатын жалғыз спирт отыны, тек танкерлер мен теміржол вагондарымен ғана емес.
Аммиак
Аммиак (NH3) отын ретінде қолданылуы мүмкін. Кемелер үшін аммиактың артықшылығы – парниктік газдар шығарындыларын төмендету. Аммиакты азот газы мен сутегі газына түрлендіруді зерттеу арқылы азотты азайту, отын жасу элементтері мен ішкі жану қозғалтқыштары үшін қолданылатын мүмкін компонент ретінде қарастырылуда. Аммиак – сутекті сұйық күйде тасымалдайтын ең қарапайым молекула. Ол көміртегі құрамынан бос және жаңаруға жарамды энергия көздерінен өндірілуі мүмкін. Аммиак сақтау және таратудың салыстырмалы түрде оңай болуына байланысты жақын арада ауыстыру отынына айналуы мүмкін.
Эмульсиялық отын
Эмульсияланған отындар су-май эмульсиясы түрінде араластырылған бірнеше компоненттерден тұрады, олар отынның жану қасиеттерін жақсарту үшін жасалған. Дизельді де сумен эмульсиялап отын ретінде қолдануға болады. Бұл қозғалтқыштың жұмыс тиімділігін арттырып, шығарындыларды азайтуға көмектеседі.
Көміртегі нейтралды және терiс отын
Көміртегі нейтралды отын — бұл қайта жаңартылатын немесе ядролық энергиядан өндірілген синтетикалық отын, мысалы, метан, бензин, дизель отыны немесе реактивті отын. Ол электр станцияларының түтін газынан қайта өңделген немесе теңіз суындағы карбола қышқылынан алынған қалдық көмірқышқыл газының сутекті болуы арқылы шығарылады. Мұндай отын көміртегіне бейтарап болуы мүмкін, өйткені ол атмосфералық парниктік газдардың таза көбеюіне әкелмейді. Көміртегі нейтралды отынның орнына кәдімгі отын шығарылса немесе ол қалдық көміртек немесе теңіз суының карбола қышқылынан өндірілсе, ал оның жануынан көміртек түтін немесе түтін құбырларында жиналады, онда ол көмірқышқыл газын шығарып, көмірқышқыл газын атмосферадан таза алып тастайды, осылайша ол парниктік газдарды жоюдың бір түрі болып табылады. Мұндай көміртегілік нейтралды және теріс отын суды электролиз арқылы өндіріп, метан өндіру үшін Сабатье реакциясында пайдаланылатын сутегін өндіруге болады. Содан кейін оны кейіннен электр станцияларында синтетикалық табиғи газ ретінде, құбыр желісімен, жүк көлігімен немесе танкерлік кемемен тасымалдауға немесе газдан сұйықтыққа дейін, мысалы, Фишер-Тропш процесі сияқты дәстүрлі көлік немесе жылу отындарын өндіру үшін пайдалануға болады. Жаңартылатын энергияны тарату үшін көміртегі бейтарап отын ұсынылды, бұл жел мен күн энергиясының үзіліссіз проблемаларын азайтады және жел, су және күн энергиясын қолданыстағы табиғи газ құбырлары арқылы беруге мүмкіндік береді. Мұндай жаңартылатын отын импортталатын отынның шығындары мен тәуелділігін азайта алады, бұл үшін көлік паркін электрлендіруді немесе сутегін немесе басқа отынға ауыстыруды талап етпейді, бұл үйлесімді және қол жетімді көліктерді жалғастыруға мүмкіндік береді. Audi компаниясы Германияның Верльте қаласында көміртегі нейтралды сұйытылған табиғи газ (СЖГ) зауытын салды. Зауыт көліктегі отын өндіруге арналған, ол A3 Sportback g tron автомобильдерінде пайдаланылатын сұйытылған газды өтеуге арналған және бастапқы қуатымен жылына 2,800 тонна СО2 қоршаған ортадан шығара алады. Сонымен қатар Колумбия, Оңтүстік Каролина, Камарильо, Калифорния және Дарлингтон қалаларында да сауда-саттық дамып жатыр. Отынға қайта өңдеу үшін ең арзан көміртегі көзі — бұл қалдықты отын жағудан шығатын түтін газдары, оны тоннасына шамамен 7,50 АҚШ долларына алуға болады. Теңіз суындағы көмір қышқылы атмосферадағы көмірқышқылмен химиялық тепе-теңдікте болғандықтан, көміртегі судан көміртегі алу әдісі зерттелді. Зерттеушілер теңіз суынан көміртек алудың бір тоннасы 50 долларға жететінін есептеп көрсетті. Коммерциялық отын синтездеуші компаниялар мұнайдың баррелі 55 доллардан асып кеткен кезде отын өндіруге мұнайдан арзан бағамен қол жеткізе алатындығын айтады. АҚШ-тың әскери-теңіз флотының бағалауы бойынша, ядролық энергиядан реактивті отын өндіруге бір галлон шамамен 6 доллар кетеді. 2010 жылы мұнайға қарағанда екі есе арзан болған, бірақ егер соңғы тенденция сақталса, бес жылдан кейін нарықтық бағадан әлдеқайда төмен болады деп күтілуде. Сонымен қатар, тасымалдаушы ұрыс тобына отын жеткізуге бір галлонға шамамен 8 доллар кетеді, сондықтан кемеде өндіріс әлдеқайда арзан. Алайда АҚШ-тың азаматтық ядролық энергиясы жел энергиясына қарағанда әлдеқайда қымбат. Әскери-теңіз флотының 100 мегаваттты күніне 41000 галлон отын өндіре алатындығы жел қуатынан жер бетіндегі өндірістің 1 галлонға 1 доллардан аз болатынын көрсетеді.
Сутегі және құмырсқа қышқылы
Сутек - шығарындысыз отын. Сутекті жағудың қосалқы өнімі - су, бірақ сутекті ауамен жағу кезінде аздаған моноазот оксидтері (NOx) пайда болады. Тағы бір отын – құмырсқа қышқылы. Бұл отынды алдымен сутекке айналдырып, содан кейін отын жасу элементінде қолданады. Құмырсқа қышқылын сутектен әлдеқайда оңай сақтауға болады.
Сутек пен қысылған табиғи газ қоспасы
HCNG (немесе H2CNG) – энергия бойынша 4–9 пайыз сутегі қосылған қысылған табиғи газ қоспасы. Сутегін гидроксигаз ретінде де пайдалануға болады, бұл компрессиялық тұтандыру қозғалтқыштарының жану сипаттамаларын жақсартуға мүмкіндік береді. Гидроксигаз судың электролизі арқылы алынады.
Қысылған ауа
Ауа қозғалтқышы – жанармай ретінде қысылған ауаны қолданатын, зиянды газдар шығармайтын поршенді қозғалтқыш.
Пропан автогаз
Пропан – таза жануға қабілетті, жоғары өнімділікті отын, ол бірнеше көздерден алынады. Ол пропан, LPG (сұйытылған пропан газы), LPA (сұйық пропан автогазы), Autogas және тағы да басқа көптеген атаулармен белгілі. Пропан – көмірсутек отын және табиғи газ отбасының мүшесі. Автокөлік отыны ретінде пропан бензиннің көптеген физикалық қасиеттерін бөліседі, сонымен қатар, құбырдан шығатын және дөңгелектен дөңгелекке дейінгі жалпы шығарындыларды азайтады. Пропан – әлемдегі бірінші баламалы отын және жеткілікті қоры, төмен қысымда сұйық күйде сақтау мүмкіндігі, жоғары қауіпсіздік деңгейі және дәстүрлі отынға қарағанда айтарлықтай үнемділік ұсынады. Пропан, қоспаның бутан/пропан арақатынасына байланысты, 104-тен 112-ге дейін октандық санын қамтамасыз етеді. Сұйық инъекциялық форматтағы пропан автогазы жану қозғалтқышының цилиндріндегі сұйықтан газға өту кезінде фазалық өзгерісті пайдаланып, "салқындатқыш" эффектін тудырады, цилиндр температурасын төмендетеді және ауа тығыздығын арттырады. Бұл эффект отты циклда алдын жылжуға және қозғалтқыштың тиімді жануына мүмкіндік береді. Пропанға қосымша заттар, жуғыш құралдар немесе басқа химиялық күшейткіштер қосылмайды, бұл құбырдан шығатын газдардың шығарындыларын одан әрі азайтады. Таза жану нәтижесінде бөлшектердің шығарылымы азаяды, газдың цилиндрде толық жануынан NOx төмендейді, катализатордың тиімділігін арттыратын жоғары температура пайда болады және қозғалтқыштың ішінде қышқыл мен көміртек шөгінділері азаяды, бұл майлау майының қызмет ету мерзімін ұзартады. Пропан автогазы басқа табиғи газ және мұнай өнімдерімен бірге ұңғымада өндіріледі. Сонымен қатар, ол пропанды нарыққа жеткізуді одан әрі арттыратын тазарту процестерінің қосалқы өнімі болып табылады. Пропан сұйық күйде шамамен қысымда сақталады және тасымалданады. Жаққыш құрылғылар заманауи жабдықтарымен бірге бензин құю жылдамдығымен салыстырылады. Пропанды автогаз станцияларына көлік құралына отын беру үшін тек сорғы қажет, сығылған табиғи газбен салыстырғанда, оның әдетте жоғары қысымда сақталуына байланысты қымбат және баяу қысым жүйелері қажет емес. Көлік құралында пропан автогазын дерлік кез келген қозғалтқышқа қайта жабдықтауға болады, бұл отын шығындарын үнемдеуге және шығарындыларды азайтуға мүмкіндік береді, сонымен қатар, кеңінен дамыған, алдын ала құрылған пропан жабдықтау инфрақұрылымының арқасында жалпы жүйе ретінде тиімді болады, ол қысымдауды қажет етпейді және басқа баламалы отындардың дөңгелектен дөңгелекке дейінгі өмірлік цикліндегі ысырапты азайтады.
In a vehicle format, propane autogas can be retrofitted to almost any engine and provide fuel cost savings and lowered emissions while being more efficient as an overall system due to the large, pre existing propane fueling infrastructure that does not require compressors and the resultant waste of other alternative fuels in well to wheel lifecycles.
Қысылған табиғи газ
Қысылған табиғи газ (ҚТГ) және сұйытылған табиғи газ (СТГ) – дәстүрлі сұйық автокөліктік отынға қарағанда таза жануға қабілетті екі балама түр.
Қысылған табиғи газ отынының түрлері
CNG көліктері жаңартылатын және жаңартылмайтын CNG-ні пайдалана алады. Дәстүрлі CNG – қазба отын. Газдың дәстүрлі емес ресурстарына экономикалық тұрғыдан қол жеткізуге арналған көлденең бұрғылау және гидравликалық жару сияқты жаңа технологиялар табиғи газдың қорын түбегейлі түрде арттырғандай көрінеді. Жаңартылатын табиғи газ немесе биогаз – табиғи газға ұқсас қасиеттері бар, көліктік отын ретінде қолданылатын метанға негізделген газ. Биогаздың қазіргі көздері негізінен полигондық қоқыс орындары, канализация және мал/ауыл шаруашылығы қалдықтары болып табылады. Өңдеу процесіне қарай биогазды келесі түрлерге бөлуге болады: анаэробтық ыдырату арқылы алынған биогаз, полигондық қоқыс орындарынан жиналған, іздік ластаушы заттарды жою үшін тазартылған және синтетикалық табиғи газ (СТГ). Америкада қолданылу қарқынды түрде өсуде.
Қоршаған ортаны талдау
Табиғи газ басқа қатты отындарға қарағанда жану кезінде аз түтін түзетін ластағыштарды бөліп шығарады, сондықтан табиғи газға көшкен қалалық аймандарда ауаның тазалығы жоғарылаған. Көліктің құбырдан шығаратын зиянды газдары бензин және дизельмен салыстырғанда 15–25%-ға дейін азаюы мүмкін. Ең көп азаю орта және ауыр тоннажды, жеңіл тоннажды және қоқыс тасымалдау көліктері сегменттерінде байқалады. Табиғи газ және сутек ауадан жеңіл және оларды араластыруға болады.
Ядролық реакторлар
Ядролық энергия – атомдық ядролардан бақыланатын ядролық реакциялар арқылы пайдалы энергия алуға арналған кез келген ядролық технология. Қазіргі уақытта қолданылатын жалғыз бақыланатын әдіс – бөлінетін отынды қолданатын ядролық бөліну (энергияның шағын бөлігі кейінгі радиоактивті ыдыраудан түседі). Ядролық синтезді бақыланатын электр энергиясын өндіру үшін пайдалану әлі практикалық емес, бірақ бұл белсенді зерттеу саласы болып табылады. Ядролық энергияны алу үшін әдетте су сияқты жұмыс сұйықтығын қыздыруға арналған ядролық реактор қажет, содан кейін бу қысымын жасау үшін пайдаланылады, ол электр энергиясын немесе суда қозғалту мақсатында механикалық жұмысқа айналдырылады. Бүгінде әлемдегі электр энергиясының 15%-дан астамы ядролық энергиядан өндіріледі, ал 150-ден астам ядролық қуатпен жұмыс істейтін кемелер салынған. Теориялық тұрғыдан алғанда, ядролық реакторлардан алынған электр энергиясын ғарышқа ұшу үшін де қолдануға болады, бірақ бұл әлі ғарышқа ұшырылған ұшу кезінде көрсетілген жоқ. Кейбір кішірек реакторлар, мысалы, ТОПАЗ ядролық реакторы, қозғалатын бөлшектерді азайту және ядролық энергияны электр энергиясына тікелей түрлендіру әдістерін пайдалану үшін жасалған, бұл оларды ғарыш миссиялары үшін пайдалы етеді, бірақ бұл электр энергиясы тарихи тұрғыдан басқа мақсаттарда қолданылған. Ядролық бөлінуден алынған энергия бірнеше ғарыш аппараттарында қолданылған, олардың барлығы да пилотсыз болған. 1988 жылға дейін Кеңес Одағы 33 ядролық реакторды РОРСАТ әскери радиолокациялық спутниктерінде орбитаға шығарды, онда генерирленген электр қуаты Жердің мұхиттарында кемелерді анықтайтын радиолокациялық құрылғыны қуаттандыру үшін қолданылды. АҚШ 1965 жылы SNAP 10A миссиясы аясында бір тәжірибелік ядролық реакторды орбитаға шығарды.
Ториймен жұмыс істейтін ядролық реакторлар
Соңғы жылдары торийге негізделген ядролық реакторлар белсенді зерттеулер саласына айналды. Оны көптеген ғалымдар мен зерттеушілер қолдап отыр. NASA Goddard ғарыш зерттеулері институтының бұрынғы директоры Джеймс Хансен: "Климаттық өзгерістерді 40 жылдан астам зерттегеннен кейін, әлемнің климаттық апатқа бет бұрып бара жатқаны мен үшін анық. Егер біз табиғи отынның орнына лайықты энергия көздерін дамытпасақ. Қауіпсіз, таза және арзан ядролық энергия көмірдің орнын баса алады және бұл шешімнің маңызды бөлігі ретінде өте қажет" деді. Торий табиғатта ураннан 3-4 есе көп кездеседі, ал оның кені – моназит, су объектілерінің жағалауларындағы құмдарда көптеп табылсады. Торийді ураннан алу оңайырақ болуы мүмкін болғандықтан да қызығушылық артып отыр. Уран кендері жер астында орналасқандықтан кеншілер үшін өте қауіпті, ал торий ашық карьерлерден алынады. Моназит Австралия, АҚШ және Үндістан сияқты елдерде Жерді мыңдаған жылдар бойы қуаттандыруға жеткілікті мөлшерде кездеседі. Уранмен жұмыс істейтін ядролық реакторларға балама ретінде торийдің ядролық қару таратуға ықпал етуі, техноций-99 сияқты терең геологиялық қоймаларға қажет радиоактивті қалдықтарды өндіруі және отын циклінің ұзақтығы дәлелденді (жартылай ыдырау мерзімі 200 000 жылдан асады).