Год 1972-й. Согласно медицинской статистике, преждевременная смерть от сердечных и легочных заболеваний десятков тысяч европейцев вызвана микроскопическими частицами, содержащимися в выхлопных газах автомобилей. Опубликованный научный труд "Пределы роста" предрекал недопустимо высокий уровень загрязнения уже к началу XXI столетия. Казалось, близится конец света. Наступит он медленно и незаметно, как кара за неблагоразумный выбор человечества в пользу двигателя внутреннего сгорания (ДВС).

К счастью, тогда катастрофы удалось избежать. Европа, вовремя спохватившись, осознала опасность и благоразумно сделала ставку на экологические технологии. Человечество поняло: люди не в состоянии полностью отказаться от личного транспорта, но им вполне по силам сделать его более дружелюбным ко всему живому. Тогда-то и начали разрабатывать экодвигатели. И пусть абсолютно экологически безопасную машину создать еще не удалось, да и вряд ли удастся в обозримом будущем, но серийные автомобили, по вредности мало уступающие самовару, ездят по дорогам уже сейчас. А вскоре их должно стать еще больше.

Самой реальной альтернативой двигателю внутреннего сгорания является водородная технология. По мнению ведущих исследователей, это такая же революция, как и создание первого ДВС.

На протяжении последних ста лет интерес к альтернативным источникам энергии возникал неоднократно. Последний всплеск пришелся на 80-е годы прошлого столетия и продолжается по сей день. В итоге появилась уникальная технология, с которой в той или иной степени согласились все ведущие автопроизводители.

Принцип работы

В топливном элементе (fuel cell) три составляющих: топливный электрод - анод, кислородный электрод - катод и электролит. Анод и катод состоят из электропроводящих пластин, имеющих внутренние каналы, которые разделены полимерной мембраной. Она играет роль электролита. Если анод окружается водородом, электроны отделяются от катализатора, и образующиеся в результате положительно заряженные атомы проходят через электролит к катоду. Разница в электрическом заряде приводит к появлению между электродами электрического напряжения около 0,7 В. С другой стороны, положительно заряженные ионы водорода - протоны - соединяются с отрицательно заряженными ионами кислорода, чтобы превратиться не во что иное, как в воду. Водород и кислород вступают в реакцию и образуют воду при температуре 80 градусов по Цельсию. В батарее вырабатывается электроэнергия напряжением от 125 до 200 В.

Возникает резонный вопрос: откуда берется водород? Данная технология предусматривает наличие в автомобиле топливного бака, в котором при температуре минус 253 градуса по Цельсию содержится сжиженный водород. Он изолирован несколькими слоями специального стекловолокна, которое обеспечивает теплоизоляцию, аналогичную девяти метрам полиэстера.

При переходе от бензиновых двигателей к водородным предлагается еще несколько методов получения водорода. Один из них - реформинг - предусматривает преобразование традиционного на сегодняшний день топлива в водород непосредственно на борту автомобиля. Однако данный метод не является абсолютно безвредным с точки зрения выделения токсичных газов. И тем не менее он представляет значительный прогресс в области снижения токсичности выхлопов, поскольку они не содержат окислов азота, двуокиси серы или сажи. Кроме того, внедрение "водородных" автомобилей потребует создания новой инфраструктуры заправочных станций. А при реформинге сгодится и ныне существующая сеть АЗС.

Конкретные примеры

Настоящей сенсацией стало заявление Центра по альтернативным источникам энергии (GAPC) Opel и GM о новом стандарте плотности энергии в аккумуляторных батареях. В частности, разработанный специалистами GAPC топливный элемент накапливает на 60% больше энергии, чем продукция конкурентов. Новая батарея генерирует 1,75 кВтщч/m3, что является наилучшим показателем удельной плотности энергии. Для сравнения: самая высокая плотность энергии, заявленная другими производителями, не превышает 1,1 кВтщч/m3. Новая батарея дешевле в производстве, поскольку для ее изготовления требуется меньше материалов. объем батареи может определяться потребностями в мощности автомобиля, на котором она устанавливается. Аккумулятор способен в течение длительного времени выдавать мощность в 102 кВт и достигать пиковой мощности в 129 кВт. Его вес - 82 кг при объеме в 58 л.

Американский концерн новую батарею уже использует. Несколько месяцев назад GM построил работоспособный концепт-кар HydroGen 1 на базе минивэна Zafira. Это полноценная пятиместная машина с трехфазным электродвигателем мощностью 75 л. с., который разгоняет автомобиль до 140 км/ч. Ток вырабатывается батареей топливных элементов, которые потребляют чистый водород. Без дозаправки автомобиль способен проехать 400 км. Специалистам GAPC удалось добиться прорыва в области проблемы холодного пуска. В частности, в ходе проведения специальных испытаний батарея смогла заводить мотор при температуре до минус 40 градусов.

Одни компании, такие как GM и Opel, делают ставку на "водородные" двигатели. Другие считают наиболее перспективными гибридные силовые установки. Они в равной степени используют электрический мотор и экономичный ДВС. Самый наглядный пример - японская Toyota со своей моделью Prius и Honda c Insight, которые уже сейчас можно назвать серийными. Первый автомобиль укомплектован гибридным силовым агрегатом, состоящим из двух моторов - бензинового объемом 1,5 л мощностью 72 л. с. и 45-сильного электрического. У машины вполне приличные характеристики. Максимальная скорость составляет 160 км/ч, а разгон до "сотни" занимает 13,4 с. Трехдверная Insight оснащена маломощным 68-сильным бензиновым мотором, работающим в комбинации с электрическим агрегатом. Максимальная скорость автомобиля достигает 180 км/ч, а "сотня" набирается за 12 с. При этом расход топлива не превышает 3,4 л на 100 км пробега.

По пути создания гибридов пошла и компания Renault. Ее концепт-кар Koleos внешне представляет собой симбиоз внедорожника и комфортабельного автомобиля представительского класса. А под капотом новинки скрывается двухлитровый 16-клапанный силовой агрегат с турбонаддувом, работающий как на бензине, так и на электричестве. Для городского режима езды предназначен электропривод задних колес, а на автостраде в действие вступит бензиновый мотор с приводом на передние колеса, мощность его - 170 л. с. Электромотор в этом случае используется по необходимости. Например, при включении полного привода оба двигателя работают вместе, позволяя преодолевать различные препятствия. Кстати, по проходимости Koleos ничуть не уступает традиционным внедорожникам, что достигается с помощью изменяемого клиренса.

Из других разработок следует отметить концептуальный электромобиль TH!NK City, созданный компанией Ford. В прошлом году на мотор-шоу в Детройте прошли презентации и автомобиля, и его создателя - подразделения TH!NK. Сейчас эта структура занимается воплощением передовых идей в массовом автомобиле. Пробным шаром стала компактная машина Neighbor, которую в Америке и Европе можно купить уже не только "живьем", но и заказать через Интернет.

Покупателям предлагается двухместный автомобиль. Его кузов изготовлен из специального термопластика, не подверженного разрушению от кислотных дождей. Машина приводится в действие благодаря электрическим батареям, которые заряжаются от обычной сети в 220 В. Срок службы аккумуляторов - десять лет. City обладает весьма достойными техническими параметрами. Максимальная скорость - 90 км/ч. С "нуля" до 50 км/ч автомобиль с помощью электромотора в 45 л. с. ускоряется всего за 7 с. Для полной зарядки батарей требуется восемь часов. Пяти часов достаточно, чтобы зарядить аккумуляторы на 80%. А без подзарядки City может проехать 85 км. Новая модель выпускается на заводе в Норвегии и уже пользуется спросом.

Концерн DaimlerChrysler объявил о создании специального инженерного подразделения, которое займется разработкой транспортных средств с гибридными двигателями. Правда, дата появления первых образцов еще не известна. А пока DaimlerChrysler порадовал экологическую общественность электрической версией SMART.

Volkswagen наряду с разработкой электробензиновых двигателей продолжает конструировать и так называемые биодизели. Идея использования биологических видов топлива для двигателей внутреннего сгорания не нова. Мотор, работающий на арахисовом масле, Рудольф Дизель представил на Всемирной выставке в Париже еще сто лет назад. Правда, теперь в качестве сырья для изготовления топлива Volkswagen применяет не арахисовое, а рапсовое масло.

Первые эксперименты с биотопливом начались еще в восьмидесятых. В июне 1996 года немецкая компания стала первым производителем, разрешившим использовать биологическое топливо на всех дизельных двигателях последних лет выпуска. При этом наиболее целесообразно применять не чистое рапсовое масло, а смесь или метиловый эфир рапсового масла. Кроме того, можно попросту смешать масло с сырой нефтью и таким образом получить дизельную смесь.

Биотопливо, получаемое в Германии, не только дешевле, но и безопаснее традиционного. Из-за того что содержание серы в нем крайне незначительно, при сгорании топлива практически не возникает двуокиси серы. При этом сажи выделяется на 50% меньше и на 30% меньше элементарных частиц. Выбросы углеводорода в атмосферу сокращаются на 50%.

Российские технологии

А что предлагает отечественный автопром в свете наступающих перемен? Оказывается, АвтоВАЗ на протяжении десяти лет тоже работал над созданием автомобиля на топливных элементах и в конце лета показал прототип "Антэл" на базе длиннобазной "Нивы". Генератор, который приспособили для машины, первоначально предназначался для космического аппарата "Буран-2". Его чуть-чуть пришлось переделать: напряжение в бортовой сети ракет - 30 В, а в силовой цепи электромобилей - 120. Установка занимает весь багажник, а три шарообразных баллона для водорода расположены рядом, над генератором. Давление в них составляет около 300 атмосфер (в общей сложности здесь около 1,2 кг водорода). Чуть ниже находится небольшой баллон с азотом, а три продолговатых баллона с кислородом (давление - около 200 атмосфер) установлены под днищем - там, где у обычной "Нивы" расположен бензобак. Кузовные переделки были сведены к минимуму. Под капотом находится блок 30-вольтовых батарей, которые используется для "растопки" и управления электрохимическим генератором. Под ним поперечно размещен тяговый электромотор с редуктором. Мощность мотора - около 15 кВт. При этом кратковременно он может выдавать и все 25. А рядом - обычный 12-вольтовый аккумулятор и преобразователи для управления тяговым мотором. "Антэл" имеет привод только на передние колеса. 30-сильный автомобиль способен разгоняться до 80 км/ч.

Если подождем 20 лет...

Не приходится сомневаться, что автомобиль в том виде, в каком мы привыкли им пользоваться, является и добром, и злом одновременно. С одной стороны, он даровал человечеству невиданную свободу передвижения, с другой - превратился в один из основных источников загрязнения. По мнению аналитиков, безвредные и тихие автомобили в массовом порядке начнут вытеснять транспортные средства с ДВС уже к 2020 году. Штучное же производство "альтернативы" начинается уже сегодня. Ведь в большинстве стран работы над созданием "водородных" автомобилей в значительной степени финансируются правительствами, а крупные компании, в частности PSA Peugeot/Citroen и Renault, объединяют свои усилия. В России аналогичные разработки осуществляются исключительно по инициативе заводов без всякой государственной поддержки. Если так и дальше пойдет, то через 20 лет, как нам обещают эксперты, российские производители безнадежно отстанут от своих зарубежных коллег. Причина проста: они просто не смогут достойно конкурировать с западными компаниями, вкладывающими миллионы в экотехнологии уже сегодня.

Фото Сергея Крестова и компаний