Номер 13, страница 68 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

13. Этиловый и метиловый спирты хорошо горят и используются в некоторых странах в качестве добавки к горючему или самостоятельного горючего для автомашин. Целесообразно ли это? Что может препятствовать широкому применению указанных спиртов в таком качестве?

Целесообразно ли это?

Использование этилового и метилового спиртов в качестве автомобильного горючего является целесообразным по ряду причин, особенно с точки зрения экологии и энергетической безопасности:

• Возобновляемость ресурсов. Этиловый спирт (биоэтанол) можно производить в больших количествах из растительного сырья, такого как сахарный тростник, кукуруза, пшеница. Это возобновляемый источник энергии, в отличие от ископаемого топлива (нефти). Метанол также может быть получен из биомассы, а также из природного газа или путем синтеза из углекислого газа и водорода, что открывает перспективы для создания углеродно-нейтрального топливного цикла.
• Более чистое сгорание. Спирты являются кислородсодержащими топливами (оксигенатами). Наличие атома кислорода в молекуле ($C_2H_5OH$, $CH_3OH$) способствует более полному сгоранию топлива в двигателе. В результате в выхлопных газах снижается содержание токсичных веществ, таких как монооксид углерода (CO) и несгоревшие углеводороды, а также уменьшается образование сажи.
• Высокое октановое число. Спирты обладают высоким октановым числом (у этанола ~108, у метанола ~109) по сравнению с обычным бензином (92-98). Это повышает детонационную стойкость топлива, что позволяет использовать более высокие степени сжатия в двигателе, тем самым увеличивая его КПД и мощность.
• Энергетическая независимость. Для стран, не обладающих большими запасами нефти, но имеющих развитое сельское хозяйство, собственное производство биотоплива может стать важным фактором укрепления энергетической безопасности и снижения зависимости от импорта энергоресурсов. Ярким примером является Бразилия, где этанол из сахарного тростника широко используется в качестве моторного топлива.

Ответ: Да, использование спиртов в качестве автомобильного топлива целесообразно, так как они являются возобновляемым и более экологичным ресурсом, обладающим высоким октановым числом, что потенциально повышает эффективность работы двигателя и способствует энергетической независимости страны.

Что может препятствовать широкому применению указанных спиртов в таком качестве?

Несмотря на преимущества, существует ряд серьезных факторов, которые препятствуют массовому переходу на спиртовое топливо:

• Низкая теплота сгорания. Удельная теплота сгорания спиртов значительно ниже, чем у бензина. У этанола она составляет примерно 2/3, а у метанола — около 1/2 от теплоты сгорания бензина. Это означает, что для получения того же количества энергии требуется сжечь больший объем спирта. Как следствие, увеличивается расход топлива (в л/100 км) и требуется топливный бак большего размера для сохранения прежнего запаса хода.
• Коррозионная активность и совместимость материалов. Спирты, особенно метанол, являются агрессивными по отношению к некоторым металлам (алюминию, цинку, магнию) и полимерным материалам (резине, пластикам), которые традиционно используются в топливных системах автомобилей. Их применение требует использования специальных коррозионно-стойких материалов, что усложняет и удорожает конструкцию автомобиля.
• Гигроскопичность. Спирты активно поглощают влагу из воздуха. Попадание воды в топливо может привести к расслоению смеси (если это бензо-спиртовая смесь), вызвать коррозию деталей топливной системы и обмерзание топливопроводов в зимнее время.
• Проблемы с холодным запуском. Спирты имеют более высокую теплоту испарения по сравнению с бензином, что затрудняет их испарение при низких температурах. Это приводит к проблемам с запуском двигателя в холодную погоду. Для решения этой проблемы автомобили на чистом спирте часто оснащают дополнительной системой впрыска бензина для старта.
• Стоимость и сложность производства. Производство биоэтанола из пищевых культур (кукурузы, пшеницы) связано с большими затратами и поднимает этическую проблему «продовольствие против топлива»: использование пахотных земель для выращивания топливного сырья может привести к росту цен на продукты питания. Производство этанола из непищевого сырья (целлюлозы) технологически более сложно и дорого.
• Токсичность и безопасность. Метиловый спирт (метанол) — сильный яд. Его попадание в организм через кожу, дыхательные пути или при проглатывании может привести к тяжелым отравлениям, слепоте и смерти. Кроме того, его пламя практически невидимо при дневном свете, что создает повышенную пожарную опасность. Этанол также токсичен, хотя и в меньшей степени.
• Необходимость развития инфраструктуры. Массовое внедрение спиртового топлива требует создания или масштабной модернизации всей инфраструктуры: от заводов по производству до систем хранения, транспортировки и сети заправочных станций.

Ответ: Широкому применению спиртов в качестве топлива препятствуют их низкая энергоемкость (увеличенный расход), коррозионная активность, гигроскопичность, проблемы с запуском двигателя при низких температурах, высокая стоимость производства, конкуренция с пищевой промышленностью за сырье, токсичность (особенно метанола) и необходимость создания специальной инфраструктуры.