Пусть бензин отдохнет

Единственным источником электрической энергии тогда были аккумуляторы, которые устанавливались на электромобили в виде больших и тяжелых батарей. Получалось, что грузоподъемность электромобилей оказывалась заведомо ниже (в лучшем случае, раза в полтора меньше), чем у машины с двигателем внутреннего сгорания, а запаса хода было достаточно разве что для перевозки товаров со склада в близлежащие магазины.

О дальних поездках речи даже не шло. Вдобавок из за высоких затрат на электроэнергию традиционные бензиновые машины оказывались намного выгоднее. Развитие аккумуляторных электромобилей продолжается и сегодня. Например, в этом году в мелкосерийное производство была запущена спортивная машина Venturi Fetish.

Отличаясь неплохими разгонными характеристиками, она, тем не менее, не слишком быстра – максимальная скорость ограничена 170 км/ч. Ионно-литиевые аккумуляторы обеспечивают запас хода до 350 км, но и весят при этом 350 кг. Стоит такая машина 450000 евро.

Очевидно, что аккумуляторы – тупиковый путь, и такие электромобили постепенно уйдут в прошлое. Их сменят машины на топливных элементах, разработка которых всячески поощряется в западных странах. Кстати, даже «АвтоВАЗ» демонстрировал машины на топливных элементах на базе «десятки» и «Нивы».

О топливных элементах можно написать много. Мы можем ограничиться кратким описанием принципа их работы.

Топливные элементы – это класс химических источников тока, причем в нем имеется множество разновидностей. Наиболее перспективными считаются топливные элементы на основе протонообменных мембран. Эти мембраны служат в качестве электролита и проводят только протоны, не пропуская электроны.

По разные стороны мембраны расположены анод, катод и катализатор. В качестве последнего чаще всего используется платина. Водород подается в топливный элемент со стороны анода и, контактируя с катализатором, распадается на два протона и два электрона. Электроны не могут пройти через мембрану и поступают во внешнюю электрическую цепь.

Протоны же через мембрану уходят на катод, где вступают в реакцию с кислородом, образуя воду.

Необходимые в реакции образования воды электроны поступают на катод из внешней цепи.

На первый взгляд, топливные элементы являются чуть ли не идеальным источником энергии. Их, в частности, отличает высокий (до 80%) КПД, отсутствие вредных выбросов (единственный отход – вода) и меньшая, чем у аккумуляторов, масса. Однако проблем при использовании топливных элементов тоже хватает.

Взять хотя бы использование в качестве топлива водорода. Этот газ чрезвычайно тяжело хранить и транспортировать. Как правило, для этого приходится использовать баллоны с давлением 350 500 атмосфер. Для сравнения: обычные российские гелиевые баллоны, из которых надувают воздушные шарики, имеют максимальное рабочее давление в 150 атм. К тому же водород крайне взрывоопасен, отличается высокой текучестью и способен просачиваться сквозь самые маленькие неплотности. В этом отношении он намного хуже метана или пропан-бутановой смеси, также часто используемых в качестве автомобильных топлив.

По сути, машина с водородным баллоном – это бомба на колесах. И если взрывы бензиновых автомобилей встречаются чаще в кино, чем в реальной жизни, то с водородом все обстоит по другому. Чтобы предотвратить беду, системы питания водородных машин снабжают сложной запорной арматурой.

Решить проблему высоких давлений в баллонах путем сжижения водорода нереально – машины придется комплектовать мощными криогенными установками, ведь при обычной температуре водород сжижить нельзя, как его ни сжимай. Есть и еще один выход. Можно заправлять машины с топливными элементами не водородом, а жидким топливом, подходящим для получения водорода. Чаще всего в его роли оказывается метанол, хотя известны случаи использования обычного бензина. Однако и тут не все безоблачно: машину нужно комплектовать реактором для разложения жидкого топлива, а побочный продукт реакции, углекислый газ, вызывает парниковый эффект.

Наконец, не стоит забывать, что водород в промышленности получают из метана, а метан является исходным веществом для синтеза метанола, причем синтез этот является многостадийным. Все это делает водородное топливо очень дорогим, да и сокращению выбросов в атмосферу никак не способствуют. Разве что виновником выбросов оказывается уже не автотранспорт, а заводы, где изготавливается топливо. Альтернативный способ получения водорода – электролиз воды – требует огромных затрат электричества, что опять же дает в итоге увеличение вредных выбросов от электростанций. Перспективным может оказаться получение водорода из биомассы, но такие процессы пока не покинули пределов исследовательских лабораторий.

Активно ведутся работы и над топливными элементами, работающими не на водороде, а на том же метаноле. При использовании метанола целый ряд проблем отпадает сразу, пускай платить за это приходится уменьшением КПД такого топливного элемента. Впрочем, химические источники тока – не единственный способ питания электродвигателя.

Существуют и другие варианты: солнечные батареи или миниатюрные ядерные реакторы. Первые пока остаются лишь экзотикой, а вторые – фантастикой, причем фантастикой опасной. Все говорит о том, что в ближайшее десятилетие электромобили массовым явлением не станут. В лучшем случае, мы станем свидетелями своеобразного переходного периода. Об этом, в частности, свидетельствует постепенное распространение гибридных автомобилей, использующих и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор.

Пионером здесь стала компания Toyota c машиной Prius, в скором будущем начнутся продажи в США «гибридов» Honda, готовят такие машины и американские производители. Основным достоинством гибридных машин является сокращение вредных выбросов, за которые приходится расплачиваться усложнением и утяжелением силового агрегата.

Однако списывать на свалку истории двигатель внутреннего сгорания тоже еще очень рано. Рост цен на нефть в последние месяцы заставил вновь заговорить об использовании в ДВС альтернативных горючих вместо бензина и дизельного топлива. В общем говоря, под альтернативными топливами порой подразумевают очень широкий перечень продуктов. В него, в частности, попадают сжиженные нефтяные газы (та самая пропан-бутановая смесь, которой кормятся такси и чуть ли не все поголовье «Газелей») и сжатый природный газ – метан. Такое топливо прекрасно чувствует себя в современных двигателях и достаточно популярно.

Нам интереснее говорить о других, менее известных видах топлива. Самым популярным альтернативным топливом, безусловно, являются спирты и их смеси с углеводородами. Без внесения модификаций в конструкцию двигателя вместо бензина можно использовать метанол или этанол, ничего нового в этом, кстати, нет. Метанол давным-давно используется в спортивных автомобилях и мотоциклах, а на этаноле и его смесях с бензином (такое топливо называется газохол) ездят в Бразилии. В последнее время спиртовым топливом активно интересуются в КНР. Впрочем, этанол для этих стран привлекателен по одной простой причине – они имеют возможность производить его в огромных количествах из растительного сырья. Для стран, где, в отличие от Бразилии, сахарного тростника нет, этанол годится лишь как добавка к бензину.

Причем в таких странах (а к ним относится и Россия) обходиться придется не дешевым тростниковым, а довольно дорогим синтетическим спиртом, который получают опять же на базе нефтяного и газового сырья. Метанол к тому же и очень ядовит.

С другой стороны, если нефть продолжит дорожать теми же темпами (не говоря уж о возможном исчерпании ее запасов), метанол, получаемый на базе природного газа может стать привлекательным топливом. Для дизельных двигателей нефтяное топливо – тоже не единственный вариант. В качестве альтернативы ему предлагаются продукты как растительного, так и синтетического происхождения. В первом случае можно использовать рапсовое масло, которым, по некоторым данным, хоть сейчас можно заправить любой современный дизельный двигатель. Другая альтернатива – диметиловый эфир, который уже окрестили дизельным топливом XXI века.

По материалам Евгения Хрусталева