[Альдебаран]

Для скептиков агни-йогов
Ведь по сути вы должны идти впереди планеты всей или нет
Если уж вы сумневаетесь, так что тогда спрашивать с других

Ведь совершенно ясно, что без внедрения в автомобильную промышленность новейших технологий все разговоры об оздоровлении экологии не больше чем сотрясание грязного воздуха.

Статья взята с www.expert.ru

Олег Осипов

Жюль Верн, как всегда, оказался прав, назвав воду "углем будущего"

Предлагаемые читателю заметки вполне подходят и для рубрики «Автомобиль и экология», заявленной в прошлом (июньском) выпуске «Эксперта-Авто». Поскольку речь пойдет главным образом о машине, из выхлопной трубы которой выделяется, точнее капает, вода. И решительно ничего опасного для окружающей среды. Называется это чудо HydroGen 1, и создано оно на базе хорошо известной Opel Zafira. Но на этот раз в заметках будет превалировать не столько общественно значимый, сколько технологический аспект. Ведь совершенно ясно, что без внедрения в автомобильную промышленность новейших технологий все разговоры об оздоровлении экологии не больше чем сотрясание грязного воздуха.



Вместе с тем разработки инженеров ведущих мировых автокомпаний не менее актуальны для России, чем для любой другой страны. Мы глубоко заблуждаемся, если считаем, что американцам или немцам решительно все равно, на чем мы ездим и чем дышим. Неглупая часть человечества давно поняла, что экологические проблемы не бывают локальными, они всегда глобальны. Если, даст бог, автомобилизация России со временем достигнет хотя бы среднеевропейских показателей, но при этом мы будем по-прежнему выпускать и использовать «грязные» или старые автомобили, пол-Европы по меньшей мере задохнется вместе с нами. Как-то один мой собеседник из крупной западной компании с нескрываемой тревогой заговорил о возможности стремительного роста жизненного уровня китайцев. «Можете себе представить, что произойдет, если все они сядут за руль?» И добавил: мол, крупные производители просто обязаны делиться с китайцами новейшими технологиями, строить там заводы, добиваться применения жестких экологических стандартов. Одними катализаторами, боюсь, там не обойтись.

Неспроста в брюссельский «Дом будущего» (нечто вроде постоянной экспозиции о том, что нас ждет и как мы можем жить) пригласили журналистов из разных стран. Здесь с нами встретились специалисты Глобального центра альтернативных силовых установок (GAPC), созданного в 1998 году компаниями General Motors и Opel. В этом центре, расположенном по обе стороны Атлантики, работает около 250 специалистов из США и Германии. Их основная цель — запустить в ближайшие годы в производство автомобили, использующие топливные элементы вместо двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и имеющие доступные цены. Потому что, как подсчитали в центре, к 2030 году количество автомобилей на дорогах удвоится: с 800 миллионов до 1600 миллионов. И если мы не хотим удвоить количество вредных выбросов в атмосферу, то должны искать альтернативные источники энергии.

Немного истории

На сегодняшний день, по мнению специалистов из GAPC, самой реальной альтернативой ДВС является водородная технология. Тот же Жюль Верн, предрекая использование воды в качестве топлива, 130 лет назад замечал, что «сначала мы должны научиться разделять воду на составные элементы, то есть на кислород и водород». Вероятно, великий писатель просто не знал, что еще в 1839 году англичанин сэр Вильям Роберт Гров, судья и профессор физики, открыл и описал метод производства электроэнергии с помощью кислорода и водорода в топливном элементе. Ведущие ученые считают эту технологию не менее революционной и значимой для автомобилестроения, чем четырехтактный двигатель, изобретенный лишь 40 лет спустя немцем Николаусом Августом Отто. Однако ДВС на рубеже веков победил благодаря относительной простоте изготовления и дешевизне топлива. Хотя в 1916 году та же GM разработала грузовик с электрической силовой установкой. Автомобили с альтернативными ДВС двигателями в начале века представляли и другие компании. Но, увы, реальный рынок тогда не мог (и до сих пор не особенно желает) воспринять слишком смелые и слишком дорогие средства передвижения.

Конечно, поиск новых источников энергии, способных приводить в движение автомобиль, не останавливался никогда. Но без серьезной финансовой поддержки и заинтересованности со стороны производителей он был ограничен чаще теоретическими изысканиями. Между тем 30 лет назад в Детройте GM показала действующую машину на топливных элементах. Электроэнергия вырабатывалась в стальных цилиндрах, заполненных водородом. Двигатель развивал мощность в 32 киловатта, а пробег до следующей заправки составлял около двухсот километров. Но, как пишут сами представители компании, «несмотря на многообещающие перспективы, работы по проекту были прекращены в связи с общими неблагоприятными условиями для применения топливных элементов в 60−е годы, такими как низкие цены на обычное топливо и практически полное отсутствие заботы о защите окружающей среды».

Следующий всплеск интереса к альтернативным силовым установкам возник по понятным уже причинам в 80−х годах. С тех пор многие производители не прекращают исследований и всерьез конкурируют в этой области. Что не мешает им, впрочем, объединяться для решения концептуальных задач. Так, над мембранной технологией сообща работают Ford, DaimlerChrysler и одна канадская фирма. Однако сегодняшний разговор о GM-Opel, которые также не склонны к действиям в одиночку и привлекают к сотрудничеству многие научные центры и компании.

В середине 80−х инженеры GM создали новый тип топливного элемента с мембраной, проводящей протоны и играющей роль электролита. С тех пор работы не прекращались. Причем некоторые исследования проводились на гранты правительства. Итогом стали спортивные электромобили Impact, развивающие скорость до 160 км/ч, седан HX3 с гибридной установкой и многие другие концептуальные разработки, в том числе описанный в одном из недавних выпусков «Эксперта-Авто» автомобиль Precept. Наконец, появился EV1 (см. «Эксперт-Авто» N8 за 1999 г.), который уже выбрали в качестве основного средства передвижения сотни американцев.

Аналогичную работу вел и Opel. На счету компании электромобили Impuls 1, созданный на базе Kadett, Astra Impuls 2 и многофункциональный транспортер Combo Plus. И вот, наконец, HydroGen 1.

Мы видели — он ездит

Честно говоря, лично проехать за рулем автомобиля с водородным двигателем мне так и не удалось. Я терпеливо ждал своей очереди, наблюдая, как от «Дома будущего» на HydroGen 1 отъезжают коллеги из других стран. Увы, машина, вероятно, не выдержала «журналистского натиска». Что ж, я прекрасно понимаю, что речь идет все же не о серийном автомобиле. Зато остальное было в высшей степени интересно, да и о самом автомобиле удалось узнать практически все.



Итак, HydroGen 1 — это компактный пятиместный мини-вэн, созданный на базе Zafira. На одной заправке он способен проехать 400 километров. Электромотор питает батарея топливных элементов, которая состоит из двухсот индивидуальных ячеек, соединенных последовательно. При этом габаритные размеры батареи достаточны невелики: длина 590 мм, ширина — 270 и высота — 500. То есть она практически так же компактна, как и традиционный ДВС. Мощность силовой установки составляет в обычном режиме 80 кВт (109 л. с.), а пиковая мощность достигает 120 кВт (163 л. с.). При этом крутящий момент равен 251 Нм. Одновременно отпала необходимость делать трансмиссию с несколькими передаточными отношениями, как на традиционных автомобилях. Вместо нее используется одноступенчатый редуктор (вес — всего 68 кг.) Трехфазный синхронный электродвигатель мощностью 55 кВт (75 л. с.) способен обеспечить Zafira массой 1575 кг ускорение до 100 км/ч за 16 секунд и разогнать автомобиль до 140 км/ч. Именно такая машина будет сопровождать участников марафона на Олимпийских играх в Сиднее.

А теперь о самом любопытном — как именно все это действует. И прежде всего о топливном элементе. Чтобы ничего не перепутать, процитирую пресс-релиз. В нем говорится, что «основными его элементами являются топливный электрод (анод), кислородный электрод (катод) и электролит. Анод и катод представляют собой электропроводящие пластины, имеющие внутренние каналы, которые разделены полимерной мембраной, играющей роль электролита. Если анод окружается водородом, электроны отделяются от катализатора и образующиеся в результате положительно заряженные атомы (протоны) проходят через электролит к катоду. Разница в электрическом заряде приводит к появлению между электродами электрического напряжения порядка 0,7 вольта. С другой стороны, положительно заряженные ионы водорода — протоны — соединяются с отрицательно заряженными ионами кислорода, чтобы превратиться в воду. Таким образом, не производится никаких газообразных выбросов». Добавлю, что водород и кислород вступают в реакцию и образуют воду при температуре 80 градусов по Цельсию и, в зависимости от условий, вырабатывают в батарее электроэнергию напряжением от 125 до 200 вольт.

Откуда берется водород? HydroGen 1 имеет топливный бак из нержавеющей стали длиной около метра и диаметром 400 мм. В нем при температуре минус 253 градуса по Цельсию содержится 75 литров (пять килограммов) сжиженного водорода. Он изолирован несколькими слоями специального стекловолокна, которое обеспечивает такую же теплоизоляцию, как девятиметровый (!) слой полистерена. Это позволяет свести потери на испарение всего к 1−3% от объема дневного потребления.

Узнав все это, я немедленно придумал заголовок — «Верхом на водородной бомбе». Но это было бы уж слишком большим преувеличением, пригодным разве что к использованию в каком-нибудь бульварном листке. На самом деле, по утверждению инженеров центра, топливный бак со сжиженным водородом не более опасен, чем бак с бензином или с соляркой. К тому же в GAPC изучают и другие возможности перевозки водорода на автомобиле. Например, они работают над методом, при котором атомы водорода прилипают к поверхности трубчатых стекловолокон микроскопических размеров; и над другим, при котором водород хранится в пустотах между частицами прессованного металлического порошка, как в губке. Последний принцип GM уже продемонстрировала на Детройтском мотор-шоу в экспериментальном автомобиле Precept.

Предмет особой гордости инженеров — так называемый холодный пуск. Он означает, что батарея топливных элементов может начинать работу при температуре до минус 40 градусов по Цельсию. Не менее очевидный повод для гордости — коэффициент полезного действия (КПД), с которым в топливных ячейках вырабатывается электроэнергия. Сейчас этот показатель достигает 50%, но инженеры считают, что они смогут повысить КПД до 60%. Даже самый современный дизельный двигатель не может приблизиться к таким цифрам. Создателей «водородного автомобиля» не могли не порадовать отклики тех, кто успел на нем прокатиться: «Удивительные и самые приятные ощущения; машина тихая и веселая в управлении».



1. Электромотор
2. Соединение батареи
3. Охлаждающий модуль
4. Анодный увлажнитель
5. Водяной насос
6. Водный резервуар
7. Конвертер электрического тока
8. Катодный увлажнитель
9. Охлаждающая жидкость
10. Охлаждающий насос
11. Топливный бак
12. Аккумулятор
13. Воздушный фильтр
14. Компрессор
15. Окислитель

Реалии и перспективы

Весь вопрос в том, когда эти или подобные — безвредные, тихие и веселые — автомобили в массовом порядке начнут вытеснять транспортные средства с ДВС. В принципе рубеж обозначен: 2030 год. Но специалисты GAPC уверены, что серийное производство машин с альтернативными двигателями начнется уже в ближайшие годы. Причем они будут находиться в том же ценовом диапазоне, что и аналогичные дизельные модели. Другое дело, что проблем на этом пути предстоит решить немало.

Одна из важнейших — организация сети заправочных станций. Ясно, что ни за год, ни за два развитую инфраструктуру не создашь. Поэтому в качестве промежуточного решения предлагается, в частности, реформинг (преобразование) традиционного топлива в водород непосредственно на борту автомобиля. Правда, этот метод не является абсолютно безвредным с точки зрения выделения токсичных газов. Тем не менее он представляет собой значительный прогресс в области снижения токсичности выхлопов. В этом случае выхлопы не содержат окислов азота, двуокиси серы или сажи, а двуокись углерода (СО2), вызывающая парниковый эффект, выделяется в ограниченных количествах. Причем наиболее перспективным материалом для реформинга специалисты GM и Opel считают бензин. Хотя могут использоваться и солярка, и природный газ, и метанол. Но даже в случае с бензином потребуется, например, добиться снижения содержания в нем серы, которое считается нормальным сегодня, решить проблему с высокими рабочими температурами (более 800 градусов по Цельсию), сопутствующими процессу преобразования этого топлива в водород.

Параллельно, считают специалисты, должны создаваться «водородные» заправочные станции. Пока цена на водород — нетоксичный и наиболее энергетичный невидимый газ — гораздо выше, чем на стандартное топливо. Связано это прежде всего с тем, что его довольно трудно выделить из состава определенных соединений. И на рынке сейчас продается всего лишь около одного процента получаемого водорода, остальное используется в химической промышленности, где его стоимость гораздо ниже. Центр провел исследования и выяснил, что по промышленной шкале реально достигнуть стоимости водорода, которую можно выразить суммой от 0,05 до 0,1 евро за киловатт-час. В то же время цена за бензин — 0,5−1 евро за литр. Вполне сопоставимые единицы.

В заключение стоит заметить, что автомобилестроение — далеко не единственная отрасль, в которой используются технологии топливных элементов. Они нашли применение, например, в бортовых системах американских космических аппаратов Gemini и Apollo еще в 60−е годы. В наши дни Гамбургская электрическая и газовая компания эксплуатирует две электростанции на топливных элементах, которые обогревают и снабжают электричеством дома. И таких примеров — множество. Словом, есть опыт, на который можно опереться.

…Отъезжая от «Дома будущего» в аэропорт на обычном автомобиле, вдыхая чистый воздух брюссельского пригорода, я поймал себя на мысли, что уж кто-кто, а бельгийцы, пожалуй, могут позволить себе не спешить с приобретением экологически чистых автомобилей. Совсем другие соображения появились, едва я вдохнул «дым Отечества». Нет, электро— или водородные машины нужны нам безотлагательно как воздух. В прямом смысле.