Вес автомобиля

1. Введение

По приросту потребления  энергии в последние семь лет  транспорт занимает второе место  после промышленности. Потребление  энергии в транспортном секторе  выросло за этот период на 43% - до 136,5 млн т. н.э., что составило 31,5% конечного потребления энергии.

Основные причины быстрого роста - увеличение потребления жидкого  топлива на личном автомобильном  транспорте. В структуре грузооборота доля железнодорожного транспорта повысилась с 38 до 43% на фоне снижения доли трубопроводного  с 53 до 50%. Доля экономичных морского и внутреннего водного транспорта также снизилась с 5,4 до 3,1%.

В структуре пассажирооборота транспорта резко выросла доля личных автомобилей, что привело к существенному  снижению энергетической эффективности  пассажирских перевозок. Если в 2001-2009 гг. пассажирооборот сократился в целом  на 6%, то число автомобилей в личном пользовании граждан увеличилось  на 45%.

По оценкам ЦЗНЭФ, потребление  энергии парком легковых автомобилей  выросло за этот же период на 43%. Россия может сократить энергопотребление  на транспорте на 38,3 млн т. н.э. В структуре этого потенциала содержится рост энергоэффективности за счет использования продуктов нефтехимии, который может составить 10-14 млн т. н.э. (в частности, за счет использования "зеленых шин" и применения альтернативного топлива - см. ниже).

Повышение энергоэффективности автомобильного транспорта может быть достигнуто снижением веса автомобилей через замену материалов из металла на полимерные во внутренней отделке и в элементах кузова, использованием менее энергоемкого топлива, а также повышением качества дорог путем использования полимеров для дорожного строительства.

2. Вес автомобиля

2.1 Уменьшение  веса автомобиля

Расширение области применения различных полимерных материалов в  производстве автомобилей позволит в итоге повысить энергоэффективность использования автотранспорта и добиться экономии до 7-9 млн т. н.э. различных топливно-энергетических ресурсов в год. Расширение области применения различных полимерных материалов в производстве автомобилей позволит в итоге повысить энергоэффективность использования автотранспорта и добиться существенной экономии.

Три четверти потребности  автомобиля в движущей энергии обусловлено  его весом. Таким образом, производство автомобилей радикально меньшего веса позволяет экономить существенное количество топлива. Так, по данным Европейской  ассоциации автопроизводителей (ЕАА), сокращение веса автомобиля на 100 килограммов  позволяет экономить в год  около 160 л. топлива. С учетом общих  размеров российского автопарка  около 33 млн. автомобилей, сокращение веса каждого автомобиля на 100 кг за счет использования полимерных материалов взамен традиционных позволит ежегодно экономить около 7 млн. т. топливных  ресурсов.

Меньший вес прежде означал  такие дорогостоящие материалы, как алюминий и магний. Теперь сверхлегкая  сталь может в два раза повысить эффективность автомобиля без дополнительных затрат или снижения безопасности. Современные полимерные материалы могут вдвое уменьшить вес автомобиля и расход топлива и повысить безопасность, поскольку композиционные материалы из углепластика поглощают при столкновении до 12 раз больше энергии на килограмм, чем сталь.

До недавних пор широкому использованию полимерных материалов в машиностроении препятствовали низкие, по сравнению с марочными сталями, прочность и теплостойкость. Решить эти проблемы помог переход к композиционным материалам, главным образом стеклу и углепластикам. Еще одна область, специфическая именно для полимеров, где четче всего проявляются их преимущества перед альтернативными материалами, - это область внутренней и внешней отделки.

Почти три четверти внутренней отделки салонов легковых автомобилей, автобусов, самолетов, речных и морских  судов и пассажирских вагонов  выполняется из декоративных пластиков, синтетических пленок, тканей, искусственной  кожи. Для авто - и авиапромышленности использование полимеров обеспечивает существенное уменьшение веса машины, следовательно - сокращение расхода  топлива и большую безопасность. По сравнению с выполненным из традиционных материалов современный автомобиль весит в 2 раза меньше.

В современном автомобиле Peugeot 207 содержится до 152 кг полимеров: 32% в подкапотном пространстве, 32% в интерьере, 18% - бампер, 11% - панель приборов, 7% - экстерьер.

2.2 Перспективы  роста применения пластиков в  автомобилях

Уникальные физические свойства современных полимерных материалов позволят в дальнейшем еще больше уменьшить вес автомобиля, снижая вес различных его частей.

Так, применение:

· полипропилена (компаундов) позволит снизить массу:

крыльев передних - примерно на 2 кг;

крыльев задних - примерно на 2,4 кг;

корпуса водяного насоса - примерно на 0,3 кг.

· АБС-пластика и поликарбонатов позволит снизить массу:

багажника/задней двери - примерно на 2 кг;

наружных боковин дверей - примерно на 4,8 кг.

· поликарбонатов позволит снизить массу:

стекол боковых - примерно на 2,4 кг;

стекол задних - примерно на 2 кг;

люка - примерно на 0,4 кг.

3. Альтернативное  топливо

Общую энергоэффективность (с учетом того, что средний экономический эффект от перевода 1 автомобиля на газ составляет около 0,3 т. н.э.) при переводе около 30% (около 9,3 млн. автомобилей) российского легкового автопарка на использование сжиженных углеводородных газов в качестве газомоторного топлива можно оценить в 2,7 млн т. н.э.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), на производство бензина и дизельного топлива в мире расходуется 1514,5 млн тонн нефти в год. Применяя новые технологии, повышающие энергоэффективность автомобиля, можно добиться значительной экономии традиционного топлива, используемого автотранспортом.

Стоимость нефтегазовых ресурсов растет, запасы дешевой нефти приближаются к исчерпанию, загрязнение окружающей среды продуктами, содержащимися  в бензиновом выхлопе, приобретает  все более масштабный характер, а  темпы роста автомобильного парка  остаются на высоком уровне. Поэтому  проблема перехода на альтернативные виды моторных топлив приобретает все  большую актуальность. Из списка технологий, рассматриваемых как возможные  решения этой проблемы, таких как  метанол, биогаз, электромобили, синтетический  бензин, на сегодняшний день можно  говорить о двух практически освоенных  направлениях - это сжиженные углеводородные газы и сжиженный природный газ.

Сжиженные углеводородные газы (СУГ). В широком обиходе под  СУГ понимают пропан-бутановую смесь. СУГ является продуктом переработки нефти и нефтяного попутного газа (ПНГ). СУГ обладает важным преимуществом перед другими видами газового моторного топлива (например, природного газа, биогаза и т.д.): пропан-бутановая смесь при нормальной температуре и давлении 1,6 МПа переходит в жидкое состояние, что позволяет использовать для ее хранения и перевозки баки и цистерны, предназначенные для хранения и перевозки жидкого топлива. Следует отметить также и более низкую по сравнению с бензинами стоимость производства этого топлива.

Подъем рынка газомоторного  топлива (ГМТ) в нашей стране начался  с 1998 года, когда резко увеличился спрос на пропан-бутановую смесь. По данным крупнейшего продавца на российском рынке СУГ ОАО "Газэнергосеть", за 10 лет количество автомобильных газозаправочных станций (АГЗС) в России выросло более чем в 10 раз - примерно до 3 тыс. единиц. Сегодня в России насчитывается более 1 млн газобаллонных автомобилей (примерно 3% от общего числа автомобилей), из которых около 90% работают на СУГе. Доля транспортного сектора в структуре внутрироссийского потребления СУГ на текущий момент оценивается в 34 - 36% (2,6 - 2,8 млн. т в год).

Россия располагает достаточной  ресурсно-сырьевой базой для расширения производства сжиженных углеводородных газов. Так, запасы попутного нефтяного  газа, являющегося одним из основных источников сырья для производства СУГ, в российских нефтяных месторождениях составляют, по имеющимся оценкам, порядка 1,5 трлн м3,8 и в настоящее время эти ресурсы не используются в полной мере. На рынке моторных топлив пропан-бутан успешно конкурирует по цене с автомобильными бензинами. И, несмотря на то, что доля пропан-бутана на рынке моторных топлив сегодня невелика, данная сфера применения СУГ быстро развивается.

В настоящее время 20 млн тонн сжиженного пропан-бутана в год (что составляет приблизительно 9% от общемирового годового потребления СУГ} используется в мире в качестве топлива для автотранспорта. Основными регионами мира, потребляющими СУГ в качестве автомобильного топлива, являются страны АТР и Европы - на их долю приходится порядка 70% всего потребляемого в мире автомобильного сжиженного пропан-бутанов.

По данным Ассоциации европейских  производителей СУГ (AEGPL), в 2008 году в 31 стране Европы (т. н. Euro-31) эксплуатировалось  более 7.8 млн автомобилей, использующих СУГ в качестве моторного топлива. Потребление СУГ автопарком Европы на протяжении последних пяти лет выросло практически вдвое и в 2008 году составило чуть более 7 млн тонн. Количество заправочных станций, рассчитанных на использование СУГ, также растет, и в 2008 году их общее число в странах Евросоюза составило 33,5 тыс.

Основные факторы, стимулирующие  развитие потребления СУГ в качестве автомобильного топлива таковы:

· Экологичность СУГ по сравнению с используемыми бензинами и дизтопливом: по сравнению с бензином на 50% меньше выбросов окиси углерода, на 40% меньше углеводородов, на 35% меньше окиси азота и на 50% меньше озона.

· Эффективность использования. Пропан (основа СУГ)

практичное топливо, точка  его кипения составляет - 42о С. Даже при очень низких температурах оно быстро испаряется, стоит лишь извлечь его из герметичного контейнера. Это означает возможность полного  сгорания топлива без многочисленных приборов для выпаривания и смешивания с воздухом.

· Возможность многоцелевого  использования СУГ. Так, при недостаточном  спросе на СУГ в качестве моторного  топлива его можно использовать для различных целей коммунального  хозяйства, а также в нефте - и газопереработке.

· Меньший износ двигателя  и, соответственно, уменьшение затрат на проведение капитального ремонта  автотранспорта.

· Безопасность хранения и  транспортировки. По сравнению с  другими видами топлива жидкие газы весьма безопасны. Пропан имеет высокую  температуру воспламенения (около 450-510^о С) по сравнению с бензином (257^о). Этот факт снижает вероятность самопроизвольного возгорания. Кроме того, из-за давления, необходимого для поддержания пропана в жидком виде, баллоны, используемые для хранения пропана, прочнее бензобаков. Специальный клапан отсечки топлива в баке также увеличивает коэффициент безопасности.

В сравнении с бензином и дизельным топливом СУГ выигрывает по стоимости даже с учетом того, что на одинаковое расстояние придется израсходовать на 10% литров пропан-бутановой смеси больше, чем бензина.

энергосберегающий транспорт  зеленая шина

4. "Зеленые"  шины

Общая экономия топливных  ресурсов при повсеместном переходе на использование автотранспортом "зеленых" шин в РФ может  составить 0,9-1 млн. т. н.э.

По данным компании Michelin, использование "зеленых" шин, при среднем годовом пробеге автомобиля около 20 тыс. км, позволяет сократить годовое потребление топлива на 40 литров. С учетом того, что российский легковой автопарк в настоящее время превышает 30 млн. автомобилей, использование "зеленых" шин при оснащении этого автопрака позволит ежегодно экономить порядка 1 млн. т. топливных ресурсов.

Отрицательное воздействие  шин на воздух, почву, растения, животных и людей обусловлено их сопротивлению  качению, которое, в свою очередь, определяет расход топлива двигателем и, следовательно, количество выбрасываемых в атмосферу  выхлопных газов, содержащих такие  опасные компоненты, как свинец, углеводороды, сернистый, углекислый, угарный газы. Вместе с тем, при движении автомобиля шины стираются о дорожное покрытие. При этом шины из синтетического каучука выделяют твердые высокодисперсные продукты и вредные для здоровья человека газообразные вещества.

В результате проведенных  НИИ шинной промышленности РФ исследований было выявлено, что основной вклад  в перечисленные негативные явления  вносит протектор - наружный резиновый  слой покрышки. На его долю у легковых машин приходится 35-50%, у грузовых - 50-70% сопротивления шины качению, а  также практически весь объем  продуктов их стирания.

Решение возникших проблем  может быть найдено в использовании  так называемых "зеленых" шин. Производство "зеленой" шины предусматривает  улучшение экологических показателей  производства и сокращение потерь энергии  на качение при эксплуатации. Это, в свою очередь, уменьшает расход топлива автомобиля и выброс им выхлопных  газов в окружающую атмосферу.

Сопротивление качению выражается в механических потерях и образовании  тепла при циклическом нагружении шины. Для снижения потерь по этой причине протекторы шин необходимо делать из соединений технического углерода с коллоидным диоксидом кремния (КДК). Проведенные опыты показали, что замена 45-75% первого из них на второй снижает гистерезисные потери на 30-50%. Правда, непременным условием получения таких результатов является дезагрегация частиц КДК и взаимодействие между их поверхностями и каучуком резиновой смеси, для чего в последнюю вводят специальные добавки. Проведенные эксперименты показали, что все это положительно влияет на упругость, прочность, износостойкость и сцепление протектора шины с дорогой.