Выход есть

Москва, 05.11.2001
«Эксперт Авто» №10 (32)
Автопроизводители готовы отказаться от традиционных моторов

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.


Бак для водорода

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.


Экологически чистый BMV

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


Водородная "Нива"

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




Георгий Мирзоев, советник вице-президента АО "АвтоВАЗ" по развитию:

- В России, в частности на АвтоВАЗе, работы над созданием экологически чистого автомобиля ведутся десять лет. Построенный нами автомобиль - это реальный, действующий образец, уже сегодня способный ездить по российским дорогам. Эта разработка - без привычного двигателя внутреннего сгорания - совершает коренной переворот в автомобильной промышленности. В обозримом будущем мы готовы перевести существующие мощности на производство подобных автомобилей. В противном случае АвтоВАЗ не приступал бы к данному проекту. По существу, у нас и выхода другого нет. Если мы хотим жить и дышать свежим воздухом, то просто вынуждены выпускать "дружелюбную" по отношению к земле и людям продукцию. Кроме того, если мы как профессионалы намерены продолжать заниматься автомобильным бизнесом, то должны делать это на должном цивилизованном уровне. Думаю, что доступные водородные машины появятся на нашем на рынке не ранее чем через десять лет. Конечно, автомобиль на топливных элементах можно начать выпускать прямо сейчас, однако продать его будет крайне сложно из-за высокой стоимости. Тот образец, что мы показали на выставке, сегодня стоит около четырехсот тысяч долларов. Хотелось бы отметить, что разработки и создание нашего прототипа велись исключительно за счет АвтоВАЗа. Со стороны правительство мы не получили ни копейки, и все работы проводили на свой страх и риск.

У партнеров

    «Эксперт Авто»
    №10 (32) 5 ноября 2001
    N10 (32) 5 ноября
    Содержание:
    "Три кита" мирового автопрома

    В новом столетии автопроизводители рассчитывают на страны третьего мира

    Реклама