Номер 11, страница 148, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 3. Тепловые двигатели. Параграф 37. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 11, страница 148.

Условие.

• Альтернативные виды топлива.

Решение.

Альтернативные виды топлива — это виды топлива и источники энергии, которые служат заменой традиционным ископаемым видам, таким как нефть, уголь и природный газ. Их разработка и внедрение обусловлены стремлением снизить вредное воздействие на окружающую среду (включая выбросы парниковых газов), уменьшить зависимость от невозобновляемых ресурсов и повысить энергетическую безопасность.

Биотопливо

Биотопливо получают из биологического сырья (биомассы), такого как растения, водоросли или органические отходы. Это возобновляемый источник энергии.
Биоэтанол: Спирт, получаемый путем ферментации сахаров из таких культур, как кукуруза, сахарный тростник или пшеница. Используется как добавка к бензину или в чистом виде в специально адаптированных двигателях. Преимуществами являются возобновляемость и снижение выбросов угарного газа. Недостатки — конкуренция с пищевой промышленностью ("еда или топливо") и необходимость больших посевных площадей.
Биодизель: Производится из растительных масел (рапсового, соевого, пальмового) или животных жиров. Может использоваться в стандартных дизельных двигателях. Он биоразлагаем, нетоксичен и снижает выбросы твердых частиц. Основные проблемы связаны с вырубкой лесов под плантации (особенно для производства пальмового масла) и ухудшением его свойств при низких температурах.
Биогаз: Смесь метана и углекислого газа, получаемая в результате анаэробного брожения органических отходов (навоз, сточные воды, пищевые отходы). Может использоваться для выработки электроэнергии, тепла или в качестве автомобильного топлива. Решает одновременно энергетическую и утилизационную задачи.

Ответ: Биотопливо является возобновляемым источником энергии, получаемым из органического сырья, однако его широкомасштабное производство сопряжено с рядом экологических, экономических и этических проблем, таких как влияние на продовольственную безопасность и землепользование.

Газообразное топливо

К этой категории относятся газы, которые можно использовать в двигателях внутреннего сгорания или в топливных элементах для выработки электроэнергии.
Водород ($H_2$): Считается одним из самых перспективных видов топлива будущего, так как при его использовании в топливных элементах для выработки электричества единственным продуктом является вода. Основные проблемы — сложность и энергозатратность его производства (особенно "зеленого" водорода методом электролиза с использованием возобновляемой энергии), а также трудности с безопасным хранением и транспортировкой.
Сжатый природный газ (СПГ, метан): Состоит в основном из метана ($CH_4$). При его сгорании выделяется значительно меньше вредных веществ по сравнению с бензином. Это ископаемое топливо, но более чистое. Недостатки — большой вес и объем баллонов для хранения, что уменьшает полезное пространство в автомобиле и ограничивает запас хода.
Сжиженный нефтяной газ (СНГ, пропан-бутан): Является побочным продуктом добычи нефти и газа. Широко используется в автомобилях с газобаллонным оборудованием. Он дешевле бензина и экологичнее, но все же является невозобновляемым ископаемым ресурсом.

Ответ: Газообразные виды топлива, особенно водород, предлагают значительные экологические преимущества, но их широкое внедрение в качестве массового топлива сдерживается технологическими трудностями, связанными с производством, хранением и созданием соответствующей инфраструктуры.

Электричество

Электричество используется для питания электродвигателей в аккумуляторных электромобилях (BEV) и подзаряжаемых гибридах (PHEV). Экологичность этого "топлива" напрямую зависит от способа генерации электроэнергии. Если она вырабатывается на тепловых электростанциях, сжигающих уголь или газ, то общий экологический след остается значительным. При использовании возобновляемых источников энергии (солнце, ветер, гидроэнергетика) электромобили становятся практически углеродно-нейтральными в эксплуатации.
Преимущества: Нулевые локальные выбросы (выхлопные газы отсутствуют), высокий КПД электродвигателя, тихая работа, более низкие эксплуатационные расходы.
Недостатки: Ограниченный запас хода (хотя он постоянно растет), длительное время зарядки по сравнению с заправкой, высокая стоимость и экологические вопросы, связанные с производством и утилизацией аккумуляторов, а также потенциальная нагрузка на существующие электросети.

Ответ: Электричество как топливо для транспорта является высокоэффективным и экологически чистым решением при условии его генерации из возобновляемых источников, однако проблемы, связанные с аккумуляторами (производство, утилизация, запас хода) и развитием зарядной инфраструктуры, пока остаются актуальными.

Синтетическое топливо (E-топливо)

Это жидкие или газообразные углеводороды, производимые искусственно из водорода и углекислого газа. В наиболее перспективном варианте ("зеленое" E-топливо) их синтезируют из водорода, полученного электролизом воды с помощью возобновляемой энергии, и углекислого газа, уловленного непосредственно из атмосферы или промышленных выбросов. Такое топливо может быть углеродно-нейтральным, так как при его сгорании в атмосферу возвращается тот же $CO_2$, который был ранее из нее изъят для производства.
Преимущества: Полная совместимость с существующей инфраструктурой (АЗС, трубопроводы) и существующими двигателями внутреннего сгорания. Это позволяет сделать углеродно-нейтральным текущий парк транспортных средств, включая самолеты и корабли, для которых электрификация затруднительна.
Недостатки: Очень высокая стоимость производства и низкий общий КПД энергетической цепочки (от выработки электричества до движения автомобиля) по сравнению с прямым использованием электричества в электромобилях.

Ответ: Синтетическое топливо представляет собой потенциально углеродно-нейтральную альтернативу, совместимую с существующей техникой и инфраструктурой, но на данный момент его производство слишком дорого и энергозатратно для массового применения, оставаясь нишевым решением для отраслей, трудных для электрификации.