Combustibles liquides de remplacement pour les voitures et les avions: biodiesel, éthanol, gaz liquide, l'hydrogène?


Le pétrole est le moteur des économies modernes, en particulier en tant que ressource pour le transport de carburant liquide. En 2009, le monde a consommé environ 84 à 85.000.000 de barils de pétrole.

Il ya une demande croissante pour les combustibles liquides pour les économies en croissance de l'Inde et de la Chine. À ce rythme, combien de temps pouvez-vous aller à la pompe des carburants fossiles de la terre sans épuiser nos réserves?




Il ya un certain nombre de questions liées à ceci:

  • Quelles sont les alternatives à carburant liquide pour les voitures et les camions, le transport, les avions de la marine.
  • Depuis les réserves sont épuisées devient plus difficile et plus coûteux de trouver et d'extraire du pétrole et augmentation des risques, comme l'a démontré par la catastrophe de BP dans le golfe du Mexique.
  • Les ressources locales de pétrole seront épuisées avant que de nombreux pays seront plus dépendance des importations de pétrole et cela crée toutes sortes de problèmes économiques et politiques.
  • Malgré la tendance à la l'homme en un acte lorsque «Trop tard, ou presque trop tard» Nous devons agir maintenant pour trouver des alternatives.
  • Le réchauffement climatique complique le problème, non seulement parce que le pétrole est une source importante de dioxyde de carbone, mais le choix de solutions de rechange est également affectée par les sources de carbone probables sur les prix pour le remplacement.
  • Le pétrole est un matériau source importante pour l'industrie chimique y compris les plastiques, le bitume pour les routes, etc., et les solutions de rechange sont également nécessaires pour ces derniers.
  • Dans le cas où l'huile restante à réserver comme une ressource pour les avions et les produits chimiques - pour lesquels il est difficile de trouver un remplaçant?

combustibles liquides alternatifs

La production de pétrole est fixé à pic et du déclin

La production d'un seul puits de pétrole a été modélisé et suit généralement une courbe en cloche de la production, avec une production de plus en plus par la stabilisation et la baisse des réserves sont épuisées. Ceci est connu comme la courbe Hubbert, développé par Shell géologue M. King Hubbert en 1995. Ces courbes peuvent être développés et extrapolées pour la production de chaque pays et pour la production mondiale de pétrole. Les données sont fondées sur l'idée que les grandes compagnies pétrolières du monde pour développer les champs de pétrole grandes, faciles à extraire et peu profondes d'abord, puis se déplacent, les gisements plus profonds petite quand le grand déclin. La nouvelle technologie tend à permettre aux champs de pétrole inexploité vital que puis aller en production. Finalement, la production mondiale totale commence à diminuer les ressources pétrolières limitées sont épuisées. Avant que la production commence cet automne, vous atteignez un point connu comme le pic pétrolier, qui marque la vitesse de production maximale avant déclin final commence (figure 1, Ref A). Nations individuelles ont déjà atteint le pic pétrolier. La production américaine a atteint un sommet en 1971, comme cela a été prévu par les modèles Hubbert (figure 2, Ref B).

La figure 2 montre que la production de pétrole brut des États-Unis, comme prévu par les modèles, atteint en 1970, après qu'il a commencé à décliner. Cette baisse a été inversée depuis plusieurs années, en raison du développement et de la production des champs de l'Alaska. Encore une fois, les modèles ont montré un bon ajustement pour soutenir la fiabilité de l'extrapolation.

modèles de production de pointe

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Il ya beaucoup de débat sur quand il sera, il y avait le pic de production mondiale de pétrole, ou différents estimée allant de 2005 (qui a déjà atteint un sommet) à des moments entre maintenant et 2018. Le pic de Hubbert, correspond généralement avec le point à laquelle 50% de celui-ci a été utilisé tout le pétrole récupérable possible sur terre. Une étude récente menée par le Dr CJ Campbell est montré dans la figure avec différentes extrapolations (Ref A). Les quatre lignes sur le graphique (Figure 1) correspondent aux quatre scénarios possibles ont lieu à partir de 1996. Vous pouvez remarquer que peu importe le modèle se produit effectivement, le résultat est assez fixe. Ce est parce que la taille finale de la ressource (le total cumulé de production) est une valeur constante. Bien qu'il puisse être possible de modifier la forme de la courbe, vous ne pouvez pas changer la zone ci-dessous, qui est des réserves de pétrole accumulées. Le 'pic précoce »au début de 1970 correspond à la crise pétrolière de 1973. Voir aussi graphiques 2 et 3 pour la modélisation de la production mondiale de pétrole (Ref B).

Comme le montre la figure 3, les modèles suggèrent que le pic de la production mondiale vers 2014, puis sera réduit à environ 40% de la production actuelle en 2050.

Les réserves de pétrole brut dans le monde sont en déclin à un taux annuel d'environ 2%.

La figure 4 montre le modèle de la production de pétrole du monde et les données réelles cumulées. Une fois encore, il est un bon match avec les données.

Perspectives de production mondiale de pétrole

De toute évidence, il ya des signes inquiétants que les réserves de pétrole du monde sont proches de l'apogée de la production et susceptible de diminuer dans un proche avenir. La modélisation montre aussi que nous avons appauvri près de la moitié du total des réserves de pétrole de la planète, et que l'huile sera pratiquement épuisé (jusqu'à 20% de la production actuelle) dans les 50 prochaines années.

Il est temps à la recherche de substituts aux combustibles liquides - principalement pour le transport routier et d'autre part pour le transport aérien.

carburants alternatifs pour le transport routier

Moteur Air - Le moteur est un moteur à piston d'air alimenté par de l'air comprimé comme source sans gaspiller d'énergie. L'expansion de l'air hautement comprimé, stocké dans des réservoirs haute pression, est utilisé pour entraîner les pistons et déplacer le véhicule. La seule échappement est de l'air frais, qui pourrait être utilisé pour le conditionnement de la voiture. L'énergie utilisée pour comprimer l'air doit provenir de sources conventionnelles (électricité).
Véhicules électriques à batterie - sont des véhicules électriques entraînés par des batteries dans lequel l'énergie est stockée chimiquement - plomb, nickel-hydrure métallique, NiCd, Absorbed Glass Mat ,, batteries lithium-ion et zinc-air Li-poly. L'énergie stockée dans les batteries proviennent de sources conventionnelles. Cure électrique ont été développés en 1890, et ont été récemment re-développé.
Solaire - Une voiture solaire est un véhicule électrique alimenté par des panneaux solaires sur la voiture qui charge les batteries. Le système de propulsion est semblable à la batterie des véhicules électriques.
véhicules d'ammoniac-alimenté - GreenNH3 ammoniac a été testé avec succès au Canada. Il peut être exécuté dans les moteurs à combustion interne et les moteurs diesel avec conventionnelle avec quelques modifications mineures au moteur. Il peut également être utilisé dans les moteurs à réaction, et peut être fabriqué à partir de l'électricité renouvelable. Il a seulement environ la moitié de la densité de l'essence ou de carburant diesel peuvent être contenus dans des réservoirs. Sa toxicité peut être géré et les émissions ne sont azote et en eau.
Les biocarburants - éthanol, le méthanol et le butanol - L'utilisation de ces combustibles ne est pas nouvelle, comme le premier véhicule utilitaire utilisé éthanol était célèbre Model Ford T, produit à partir de 1908 - 1927. Le carburateur peut être réglé à l'utilisation de l'éthanol ou de l'essence ou de l'éthanol ou une combinaison des deux. Alors que l'éthanol, le méthanol, le butanol ont été utilisés comme carburant automobile, traditionnellement produite chimiquement à partir du pétrole ou du gaz naturel. Éthanol (et le butanol) peuvent être dérivées organiquement que les ressources renouvelables et peuvent être facilement produits à partir de la fermentation du sucre ou de l'amidon dans diverses cultures et de déchets organiques y compris le blé, la betterave à sucre, la canne à sucre, ou même lactose du lait. Howvee on a chauffé le débat sur les mérites de l'aide alimentaire pour la production de carburant (2008 vs débat de carburant). La majorité des voitures modernes, sans modification, peut être effectuée jusqu'à 10% - 15% d'éthanol mélangé à l'essence (E10-E15) et des mises à jour mineures peuvent être réalisées avec des concentrations d'éthanol aussi élevés que 85% (E85) et jusqu'à 100% (E100) dans les climats chauds tels que le Brésil. L'éthanol a environ un tiers moins de moins d'énergie par volume que l'essence.
Biodiesel - L'efficacité des moteurs diesel est d'environ 45% comparativement à seulement 25 à 30% dans l'essence et le diesel a une densité d'énergie légèrement plus élevé par volume .. Le biodiesel est produit à partir de légumes et de sous-produits organiques d'origine animale. De nombreux agriculteurs de graines oléagineuses en utilisant un mélange de biodiesel dans leurs tracteurs et d'autres équipements pour promouvoir un «développer votre propre« campagne. Beaucoup moteur auto-diesel peut fonctionner facilement, ou avec des modifications mineures du moteur sur les huiles végétales sont 100% pur.
Biogaz - biogaz comprimé peuvent être utilisés pour les moteurs avec bougie d'allumage après purification du gaz brut pour éliminer l'eau, de l'hydrogène sulfuré et d'autres impuretés et les particules.
Carbone - En 1930 voitures chinoises ont été exécutés sur le charbon.
Gaz naturel comprimé - haute pression de gaz naturel comprimé, qui est principalement composé de méthane, peut être utilisé dans les moteurs à combustion normale et la combustion du méthane produit la valeur la plus faible de CO2 de tous les combustibles fossiles. Les voitures à essence peuvent être équipés de bouteilles de gaz et les voitures peuvent être commutées entre le gaz et le pétrole.
Unconventional Gas (Coal Seam Gas) est le gaz (principalement du méthane) qui est emprisonné dans la roche dure ou de grès imperméables, dans les filons de charbon et les dépôts de schiste.
/ pile à combustible à l'hydrogène - L'hydrogène peut être utilisé comme carburant, soit par combustion ou par conversion des piles à combustible en électricité pour alimenter les moteurs électriques. Avec les deux procédés, la seule émission est de l'eau à partir de la combinaison de l'oxygène et de l'hydrogène.
Torch - Il se agit de l'utilisation de l'oxygène et de l'hydrogène produit par électrolyse de l'eau. Il peut être utilisé dans les moteurs à combustion interne. Le gaz stocké peut être dangereux et l'énergie pour produire le gaz doit provenir d'autres sources.
Azote liquide - œuvres d'azote liquide d'une manière similaire à l'air comprimé, mais la boîte de gaz d'azote et stocké sous forme liquide. Lorsque l'azote liquide est chauffé de l'azote gazeux sous pression peut être utilisée pour alimenter un moteur ou turbine piston.
Ou GPL Autogas LPG - est un mélange de basse pression gaz de pétrole liquéfié principalement du propane et du butane combustion dans les moteurs à pistons classiques avec des émissions de CO2 que l'essence. Voitures et camions peuvent être adaptés voiture avec réservoirs de gaz et deviennent les véhicules à double carburant.
Vapeur - voitures à vapeur, qui ont été développés dans les années 1900 en utilisant une machine à vapeur, le bois, l'éthanol, le charbon, le charbon ou autre matériau qui brûle. Le combustible est brûlé dans une chaudière et de la chaleur est utilisée pour convertir l'eau en vapeur sous pression. Lorsque l'eau transforme en vapeur, se dilate. L'expansion crée une pression. La pression pousse les pistons pour entraîner les roues. être vaporisée en vapeur, en utilisant la chaleur qui serait autrement perdue.
Bois gaz - Le gaz de bois peut être utilisé pour exécuter la bougie d'allumage du moteur avec un gazéificateur de bois. Cette méthode est couramment utilisée pendant la Seconde Guerre mondiale, lorsque les carburants conventionnels étaient rares.
De multiples sources de carburant/hybride - Cela implique l'utilisation de l'une des combinaisons des méthodes énumérées ci-dessus. Un véhicule hybride utilise plusieurs systèmes de propulsion de conduire la voiture, y compris la récupération d'énergie lors du freinage. Le type le plus commun est le type de véhicule hybride essence-électricité, qui utilise l'énergie stockée dans les batteries et l'essence (essence) réservoirs.

carburants alternatifs Jet Aviation liquide

L'aviation d'environ 2% de tous les combustibles fossiles brûlés - environ 11% du carburant consommé par le secteur des transports, comparativement à environ 80% utilisé pour le transport routier. La majorité du carburant est dérivé d'huile comme carburant kérosène/paraffine appelé JET A-1. L'utilisation de carburants alternatifs pour l'aviation ne est pas nouveau:

  • Les premiers réacteurs ont été développés en utilisant l'hydrogène
  • À la fin des années 1970, les carburants d'aviation synthétiques ont été fabriqués et testés dans les plans. Ces base de combustibles fossiles ont été dérivé de l'huile de schiste, les sables bitumineux et les liquides de charbon dérivé de charbon.
  • Au début des années 1980, le Brésil a développé 'prosene' fabriqué à partir d'huile végétale, mais le développement a été abandonné en faveur du biodiesel dérivé organique et biokérosène.
  • Afrique du Sud a développé un carburant d'aviation semi-synthétique, SASOL, qui est une combinaison de kérosène et d'huile synthétique dérivé. A 50% - 50% d'un mélange a été testé et approuvé pour l'aviation.

Les options et les exigences de carburants de remplacement

Le critère principal de développer carburants d'aviation alternatifs sont liés au maintien de l'efficacité du plan de dessin et de moteurs. Peuvent avoir besoin d'être repensé pour porter le poids supplémentaire, et pour stocker le carburant pour la combustion de combustibles alternatifs Planes. Avions besoin d'être clair avec les moteurs et les ailes efficaces. Carburants aviation doivent avoir une teneur élevée d'énergie par unité de volume et de poids et d'être de sources durables. Certains des alternatives sont listées ci-dessous:

Combustibles liquides synthétiques (Syn-Jet) - carburant synthétique ou carburant de synthèse est tout combustible liquide dérivé du gaz naturel, de charbon ou de la biomasse, et éventuellement d'autres sources, comme les sables bitumineux, l'huile de schiste, les déchets plastiques. Le Produit plastique de carburant liquide est presque identique au kérosène, mais le traitement supplémentaire peut être nécessaire pour faire face à particules et les effets des basses températures sur le carburant. Ces combustibles produire des niveaux équivalents de dioxyde de carbone à l'huile et de kérosène ne peut pas avoir les avantages de fossiles du réchauffement climatique selon les matériaux de base.

Bio-jet - Le carburant peut bemade partir de plantes oléagineuses comme le canola et de soja agriculture. Les carburants de synthèse ou biojet de l'avenir devront être développés pour répondre le carburant particulier de jets.

Éthanol ne est pas une bonne option pour avions long-courriers, que les avions de l'éthanol devrait ailes et les moteurs, réduisant la consommation de carburant (figure 5, Réf C) beaucoup plus grands.

Hydrogène utilisation a été montré en vol et peut être un très long terme, mais exige que l'aéronef a démissionné (figure 6 Ref C) et les grands changements de l'infrastructure sur le terrain.

Options carburant d'aviation

Quelle est la meilleure alternative? - Les exigences de carburant d'aviation dépendent de la poids/énergie et rapport volume/énergie pour le carburant. Figure 7, (Ref C) montre que les combustibles Syn-Jet/Bio-Jet sont les meilleurs en termes de volume/contenu de l'énergie et de l'hydrogène liquide est meilleure en termes de poids/Energie contenu.


Aircraft Design - parce Charbon synthétique carburant synthétique bio-jet et le jet à base de combustibles et de gaz naturel ont à peu près les mêmes caractéristiques de volume, le poids et les performances des dérivés carburant de pétrole jet actuelle, serait relativement facile à utiliser et ne modifie pas la conception du plan.

aéronef propulsé à l'éthanol - auraient été spécifiquement conçu. La figure 5 montre une conception modifiée avec de grandes ailes. Éthanol nécessite environ 65% du volume de stockage pour la même quantité d'énergie comme combustible, le kérosène et l'éthanol pèse aussi plus exigeant ailes et des avions de plus grandes moins efficienct.

Hydrogène (et de gaz naturel) avions à propulsion - Comme l'hydrogène doit être stocké sous sa forme liquide cryogénique il ya des problèmes d'isolement et de pressurisation. Cela signifie que ce que l'hydrogène liquide et d'autres combustibles, gaz liquéfiés peuvent pas être stockées dans les ailes et les planchers ont besoin d'être élargie pour permettre réservoirs dans le fuselage (Fig.5, Réf c)


Durabilité et le commerce du carbone - Implications Pour un solutions énergétiques à long terme, le combustible liquide doit être durable et il ya pas de problème de l'échange de carbone. Les carburants synthétiques dérivés du charbon ou du gaz naturel, ne sont pas durables. Les biocarburants sont dérivés de plantes et sont durables, de sorte que le carburant Bio-Jet devient une option, mais la concurrence avec la production alimentaire devient également un problème.


Conclusion

De plus amples recherches sont nécessaires pour identifier des solutions de rechange et de la stratégie pour faire la transition, même en utilisant le charbon et le gaz à base-Syn-Jet comme une solution provisoire durables. Aviation biocarburants doit être développée en particulier lorsque le commerce du carbone commence sérieusement, dans le monde entier.

Étant donné que la production mondiale de pétrole est proche de son pic de la nécessité de développer une stratgy est urgent.

Une référence au sommet mondial de l'huile Hubbert

Référence B prévision mondiale Production de pétrole brut utilisant multicyclique Hubbert Modèle

Référence C: les carburants de remplacement et leur impact potentiel sur l'aviation


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