Альтернативная энергия для легкового автомобиля – Альтернативные источники энергии и виды транспорта на нем 7 альтернативных видов топлива для автомобилей и других транспортных средств.

Содержание

Гипотезы и факты » Альтернативная энергия для транспорта

Бензин – точно не единственно возможное вещество, пригодное для приведения транспортного средства в движение. Другой вопрос, что в начале ХХ века выбор бензина как топлива для автомобилей и иже с ними, был обусловлен рядом неразрешимых тогда проблем. Это и большой размер и вес паровых двигателей, и малый запас хода, при, опять же, больших габаритах и весе батарей электромобиля. Но с тех пор прошло более ста лет, и, неужели, на сегодняшней высоте технического прогресса, мы не можем решить эти проблемы?

АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО: БЫЛЬ И НЕБЫЛЬ

Нас все чаще и чаще пугают иссякающими запасами нефти и газа на планете, глобальным потеплением, которое вызывают выхлопные газы автомобилей. Тут уместно вспомнить, что только разведанных запасов нефти хватит на 500 лет, а неразведанных (ни у кого нет сомнений, что под полярными льдами скрываются миллиарды баррелей нефти) – еще больше. В 1920х годах вообще считалось, что нефти на планете хватит не больше чем на четверть века. Глобальное потепление? Более половины теплового фона создается животными, людьми и растениями – за счет тепла своего тела, двигатели транспортных средств создают менее полутора процентов теплового фона! О каком влиянии транспорта на атмосферу может идти речь при таком раскладе?

С другой стороны – «мировой заговор» производителей, которые намеренно скрывают более эффективные и экономичные технологии.
Это уже относится к разряду паранойи.

И, все же, с момента создания автомобиля, непрерывно шли исследования в области альтернативного топливо. Удивительно, но на заре автомобилестроения большинство автомобилей были… электромобилями! Вообще, первый электромобиль был создан изобретателем Робертом Дэвидсоном в Англии в… 1838 году! То есть уже через шесть лет после открытия Фарадеем явления электромагнитной индукции, и за полвека до появления первого автомобиля с двигателем внутреннего сгорания! В конце XIX века электромобили опережали автомобили с традиционными (в нашем сегодняшнем понимании) двигателям по скорости и объему выпуска!

Но были еще и паровые автомобили! Первый паровой автомобиль… «паровая повозка», как его тогда величали, был построен в 1769 году французом Николя Жозефом Кюньо. Его «Огненная повозка» развивала скорость в 4,5 км/ч, а запас хода составлял 12 минут, после чего приходилось доливать воду в котел. Четверть тысячелетия спустя, в начале ХХ века, паровые автомобили (фактически – уменьшенные копии паровозов), опять же превосходили автомобили с бензиновыми характеристиками. Рекорд скорость, показанный на «паровозе» французом Леоном Серполе в 1902 году в 120,8 км/ч, был тогда недостижим для традиционных в сегодняшнем понимании автомобилей. Между строк можно отметить, что Луи Рено «заболел» машинами после того, как этот же Серполе дал ему порулить паровым трициклом в 1891 году…

Все эти примеры говорят о том, что бензин – точно не единственно возможное вещество, пригодное для приведения транспортного средства в движение. Другой вопрос, что в начале ХХ века выбор бензина как топлива для автомобилей и иже с ними, был обусловлен рядом неразрешимых тогда проблем. Это и большой размер и вес паровых двигателей, и малый запас хода, при, опять же, больших габаритах и весе батарей электромобиля. Но с тех пор прошло более ста лет, и, неужели, на сегодняшней высоте технического прогресса, мы не можем решить эти проблемы?

И что же, вообще, является идеальным топливом для автомобиля? Пожалуй, от этого и стоит отталкиваться. Какими же свойствами должно обладать идеальное топливо?

1. Первый критерий, конечно, доступность топлива. В идеале оно должно находиться в природе в чистом виде, а затраты на добычу должны быть минимальны. Пожалуй, единственное, что подходит под этот критерий – дерево.

2. Высокая удельная теплота сгорания. То есть минимальный вес (или объем) топлива должен давать максимальную тепловую энергию, превращаемую в механическую. Вот здесь дрова, с теплотой сгорания 10 МДж/кг находятся в конце списка, топовая позиция принадлежит водороду – 120 МДж/кг. Бензин где-то посередине – 46 МДж/кг.

3. Токсичность. Топливо, какими бы качествами оно не обладало, должно обладать низкой токсичностью – ведь транспортные средства, порой, попадают в аварии, и даже в автоспорте, кроме «клетки безопасности», защищающей пилота, не в последнюю очередь уделяется внимания защите бензобака и предотвращению пролития топлива. Там это решается использованием резиновых баков, с «губкой» внутри. Понятно, что если капля пролитого топлива убивает все живое в радиусе пятидесяти километров – это не наш метод. В этом отношении идеальным топливом снова является древесина.

4. Токсичность продуктов сгорания. Этот показатель тесно связан с предыдущим, ведь если автомобиль, проезжая километр, выхлопными газами убивает пару сотен мух дроздофилов – это тоже не совсем экологично. Идеалом по этому показателю, казалось бы, является электричество – ведь оно вообще не дает продуктов сгорания! Впрочем, достаточно вспомнить, откуда оно берется… Опять же продукт сгорания водорода – вода. Штука тоже достаточно малотоксичная. Спирт, газ – тоже дают низкое количество продуктов сгорания. Древесина и бензин, которые дают в результате сгорания угарный газ СО, а последний еще окислы тяжелых металлов, смотрятся на фоне предыдущих примеров, мягко говоря, неказисто.

5. Потребительские характеристики. Это название, конечно условное. Не стоит забывать, что для сгорания топлива его необходимо подать в камеру сгорания, и обеспечить полноту того самого процесса сгорания. ТЭС, работающие на твердом топливе – угле, имеют цеха подготовки (разгрузки, хранения, дробления, подачи) топлива, не уступающие по размерам самим ТЭС. То есть если для организации процесса горения необходим механизм подготовки и камера сгорания таких размеров, что двухместная малолитражка превращается в сорокатонный трактор… Кому это нужно?

Теперь попробуем рассмотреть, и, по возможности, оценить, те виды топлива, которые имеют шансы появиться в обозримом будущем. Оставим в покое расщепление плазменных пучков и холодный ядерный синтез – эти технологии на сегодня слишком фантастичны для приведения в движение среднестатистический автомобиль. Кстати, забегая вперед, можно сказать, что идеальным во всех отношениях топливом является вода – самое распространенное на Земле вещество, абсолютно нетоксичное… правда, сегодня не совсем понятно какую энергию воды (кроме механической – по принципу водяной мельницы), можно превратить в механическую энергию вращения колес.

Электричество

Нас с детства учили, что автомобили будущего всенепременно будут ездить на электричестве, потому в качестве альтернативного источника энергии для автомобилей электричество напрашивается в первую очередь. И интерес к электромобилям постоянно растет – начиная с 1960х годов, когда экологи забили тревогу, после – росту популярности электромобилей способствовал энергетический кризис 1980х, сегодня причиной повышенного внимания к этим транспортным средствам служит рост цены на нефть.

Как уже было сказано выше, первый электромобиль был создан в 1836 году, а в 1910х годах в Нью-Йоркском такси работало до 70 000 электромобилей! Говоря об электромобилях невозможно обойти стороной троллейбусы – ведь это они и есть! Кстати, первым в мире сухопутным транспортным средством, преодолевшим барьер скорости в 100 км/ч стал именно электромобиль – «La Jamais Contente» (Всегда недовольная, фр.) бельгийца Камиля Женатци, показавший весной 1899 года скорость в 105,882 км/ч.

На Западе электромобили производили GM, Renault, Daimler, в Японии Mitsubishi, Toyota, Honda, даже Индию не обошла «электромобилизация» – там был создан Reva. В СССР тему электромобилей не мог обойти институт НАМИ, и, конечно, АвтоВАЗ, где были созданы экспериментальные грузовые электромобили 2702, 2802 и, на базе ВАЗ-2102 – электромобиль для развозки продуктов питания 2801. Более того – Харьковский Автодорожный Институт с успехом выступал на рекордных заездах на электрических ХАДИ-11э, -13э и так далее.

Японцы, которые вот уже несколько десятилетий держат пальму первенства производства автомобилей и электронных девайсов, пошли дальше всех, создав 640-сильный 8-колесный электромобиль Eliica (Electric Lithium-Ion Car), способный развить скорость до 370 км/ч!

И в самом деле, электромобили имеют ряд преимуществ:

— Отсутствие выхлопных газов;

— Простота конструкции – весь традиционный силовой агрегат из двигателя и трансмиссии заменяет один механизм – электродвигатель, способность которого развивать очень высокие обороты (до 15 000 об/мин), позволяет обойтись без коробки передач!

— Низкая стоимость заправки;

— Низкий уровень шумового загрязнения.

Совокупность всех плюсов позволила не только презентовать заводу ГАЗ грузовой ГАЗель-Электро, но и закупить мэрии Москвы несколько электромобилей для опытной эксплуатации. Кстати, в конце ХХ века обеспокоенность Калифорнийского Комитета Воздушных Ресурсов высокой загазованностью, едва не привела к полной электрификации автотранспорта в штате Калифорния. Так было принято решение, что в 1998 году 2 % продаваемых в Калифорнии автомобилей не должны производить выхлопов, а к 2003 году — 10 %.

Первой отреагировала на это GM, представив на рынке модель EV1, быстро снискавшую популярность в опытной партии, и GM уже готовилась к началу массовых продаж, но в 2002 году законопроект был отменен, и почти все выпущенные электромобили были изъяты у владельцев и уничтожены. Остались только электрические Toyota RAV-4. В качестве причины указывалось окончание срока службы аккумуляторов. Естественно, сразу нашлись те, кто в отмене законопроекта увидел заговор властей и нефтяных магнатов, почувствовавших угрозу от нового массового вида транспорта.

Однако не все так коррумпировано, как кажется на первый взгляд. Дело в том, что электромобили имеют ряд недостатков:

— В первую очередь – малый запас хода. В среднем батареи позволяют в летнее время проехать около 100-150 км на одной зарядке, зимой – того меньше. Eliica, способная на одной зарядке проехать до 320 км является скорее исключением;

— Длительное время зарядки. В самом деле – залить полный бак топлива даже прожорливого многооконного джипа занимает от силы несколько минут, зарядить батареи электромобиля – до 10 часов!

— Экологичность этого вида транспорта скорее мнимая, чем реальная. Ведь электричество берется из розетки, а как оно попадает туда? Да, есть АЭС, ГЭЦ, ветряные электростанции, приливные, но подавляющее большинство электростанций сегодня – тепловые, сжигающие топливо для получение электроэнергии;

— Еще менее экологично производство аккумуляторов, и их последующая утилизация. Ведь они содержат ядовитые элементы – свинец, литий, и кислоты;

— Отсутствие в массовой эксплуатации заряжающих станций, строительство которых нанесет урон экологии и экономике вряд ли больший, чем эксплуатация бензиновых транспортных средств. Если допустить массовую зарядку от бытовых сетей – возрастут нагрузки на эти самые сети, что может привести к перегрузкам энергосетей, и, как следствие, локальным промышленным авариям.

Подводя итоги, можно отметить, что электричество, скорее всего, станет топливом для массового автотранспорта, но далеко не в обозримом будущем.

Древесина

Говоря о древесине, мы имеем в виду далеко не паровозный двигатель внешнего сгорания, а газогенераторный двигатель. Как и явление электромагнитной индукции, процесс превращении твердого топлива в газообразное, был изобретен еще в позапрошлом веке, а первый в мире газовый генератор был построен в Англии в 1839 году. Сама идея объединения газогенератора и двигатель внутреннего сгорания пришла уже в 1870х годах Э. Даусону. Изначально газогенераторные автомобили распространения не получили – альтернатив газогенераторному топливу было достаточно, но Первая Мировая Война заставила обратить взор сильнейших мира сего на газогенераторные установки. Первым таким автомобилем стал грузовик Берше, вставший на вооружение французской армии.

Тут стоит сделать небольшое отступление, чтобы объяснить, что такой газогенератор вообще, и как он работает. С электричеством все понятно – оно живет в проводах, невидимо, и попадает в автомобиль из розетки. Но как твердое топливо превращается в газообразное, минуя при этом жидкую стадию?

Рецепт на самом деле прост – постоянный нагрев древесины при температуре выше горения, то есть сухая перегонка. Сам же газогенератор представляет собой подобие самогонного аппарата. На схеме: 1 – топка газогенератора с загрузочным люков для дров; впускной коллектор в воздухофильтром двигателя; 3 – вентилятор для розжига газогенератора; 4 – очиститель-охладитель топочных газов от смолистых отложений и дыма; 5 – теплообменник для охлаждения газа; 6 – люк золоудаления.

В Советском Союзе момент, когда автомобилей стало больше, чем топлива, наступил с запуском завода ГАЗ в начале 1930х годов. Очень скоро на смену простейшим установкам, работавшим на древесном угле, пришли более сложные, использовавшие в качестве исходного продукта газификации древесные чурки размером 40X40X50 мм. Их применение предъявляло более жесткие требования к конструкции газогенератора. Тем не менее соблазн использовать легкодоступное сырье (для чурок годились и некондиционная древесина и даже горбыль) стал причиной, по которой многие конструкторы направили внимание на дровяные установки.

В процессе опытных работ было построено огромное количество экспериментальных установок, многие из которых нашли дорогу в жизнь. Так появились не только газогенераторные грузовики ЗИС-13 и ГАЗ-42, но и газогенераторные седаны. Так в сентябре 1938 года А. И. Пельтцер, А. Н. Понизовкин и Н. Д. Титов (эти имена еще не раз прозвучат в истории отечественного автомобилестроения и автоспорта) прошли без остановок на газогенераторном ГАЗ-М1-Г 5000 км, показав среднюю скорость 60,96 км/ч, превысив мировой рекорд, принадлежавший до этого французам!

Бесспорно, газогенераторы имеют ряд преимуществ:

— доступность и низкая стоимость топлива,

— низкая токсичность выхлопных газов двигателя внутреннего сгорания (но не газогенераторной установки!),

— более высокий ресурс камеры сгорания ДВС, по сравнению с традиционным топливом,

— отсутствие нагара на стенках цилиндров,

Началась повальная «газогенеризация» страны. На газогенераторное топливо переводили не только грузовики, но и трактора, а с началом Великой Отечественной – даже танки! Но и здесь все было не совсем гладко. За доступность топлива пришлось платить, принимая и минусы газогенераторов:

— высокий расход топлива – до 32 кг чурок на 100 км пути,

— вес и размеры газогенераторной установки уменьшали грузоподъемность автомобиля,

— запас дров еще больше уменьшал грузоподъемность автомобиля, для некоторых грузовых автомобилей – почти вдвое,

— низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность,

— выхлопы газогенераторной установки в виде золы и сажи.

Так к середине 1950х годов количество газогенераторных автомобилей в СССР пошло на убыль. Но, справедливости ради, стоит отметить, что в таежных районах нашей страны до сих пор остались грузовики и трактора, работающие на газогенераторном топливе. Ну что поделать, нет в тайге АЗС через каждые полтора километра!

Но в массовом применении минусы газогенераторов заметно перевешивают плюсы, и возвращаться к ним сегодня – крайне нерационально.

Газ

Этот вид топлива тоже не является сколь бы то ни было экзотичным – сегодня на газу ездит каждая маршрутная ГАЗель. В СССР работы над газобаллонными грузовиками начались в середине 1936 года, во многом благодаря институту НАТИ (позже – НАМИ). Экспериментальные установки для автомобилей ГАЗ-ММ и ЗИС-5 содержали пропан-бутановую смесь в 6-7 баллонах под давлением около 200 кгс/см. кв., и весили 420 и 550 кг. То есть в этом плане особых преимуществ перед газогенераторами не было. Запас хода так же был не очень большим – около 100-150 км.

И, все же, газообразное топливо долгие годы использовалось в грузовых автомобилях, наряду с бензином и соляркой, и тому есть простое объяснение: термодинамический цикл работы двигателя внутреннего сгорания воспламенением сжатой смеси от постороннего источника энергии, найденный Николасом Августом Отто в 1874 году, был рассчитан именно для газообразного топлива! Да-да, изобретатель двигателя внутреннего сгорания считал именно газ идеальным топливом!

В самом деле, газ имеет ряд преимуществ:

— более полное сгорания благодаря более качественному образованию смеси в цилиндрах,

— низкая токсичность продуктов сгорания,

— низкая стоимость транспортировки газа,

— низкая стоимость топлива,

— низкий уровень шумового загрязнения атмосферы,

— невозможность хищения газообразного топлива обслуживающим персоналом,

— низкая стоимость переоборудования автомобиля.

Кстати, сегодня достаточно примеров использования газа в качестве топлива не только в грузовых автомобилях, но и легковых – BMW, Audi, ВАЗ и так далее. Более того – уже сегодня существует сеть автогазовых заправочных станций. Кто-то скажет: «а как же дизель?». И эта проблема решена с появлением газодизеля – смеси метана со взвесью дизельного топлива.

Но у газообразного топлива тоже есть обратная сторона медали:

— низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность. Удельная теплота сгорания газа 44 МДж/кг против бензина с 46 МДж/кг,

— высокая взрывоопасность баллонов с газом при ДТП,

— высокая токсичность самого топлива. Отравление пропан-бутановой смесью вызывает эйфорию, дремоту, наркоз, удушье, сердечную аритмию.

Все же сегодня все больше и больше автомобилей переводят на газообразное топливо, в первую очередь – из-за соображений экономии. Пожалуй, именно газ можно назвать наиболее вероятной альтернативой бензину в ближайшем будущем.

Спирт

Использование спирта в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания – тоже далеко не вчерашнее изобретение. История, как и в случае с электричеством и газогенератором, относит нас на два столетия назад – в 1826 год, когда американский изобретатель Сэмюэль Мори построил двигатель, работавший на смеси спирта со скипидаром. Применение в автомобилестроении такой вид топлива нашел уже в 1896 году, когда некий Генри Форд изготовил свой первый автомобиль «Quadricycle», работавший на спирте!

Казалось бы – подумаешь, опытный образец, собранный фермером у себя в гараже… но идея использования спирта в качестве топлива пошла дальше – поступившая в продажу «Модель Т» могла работать как на бензине, так и на этаноле, и на их смеси! Возможно, именно благодаря многотопливной системе Ford T стал таким популярным и массовым. Ведь стоимость автомобиля – это одно, а стоимость его содержания – зачастую совсем другая величина. К слову, именно из экономических соображений Форд прибег к использованию этанола. С 1861 года в США действовали высокие налоги на спирт, введенные во время Гражданской войны. В 1906 году налоги на спирт были резко уменьшены, что сделало цену этанола сопоставимой с ценой бензина – 7 центов за литр.

В 1923 году американская компания Standard Oil первой начала добавлять этанол в бензин, чтобы повысить октановое число и улучшить работу двигателей, и в 1927 году на гонках Indianapolis 500 этанол был впервые использован в качестве топлива для гоночного автомобиля.

Но решающей вехой в истории спиртового топлива стали 1970е годы, и связано это с топливным кризисом. В 1973 году арабские страны ввели эмбарго на поставку «черного золота» государствам, поддержавшим Израиль. В результате, мировые цены на нефть выросли в три раза. Безусловно, это была катастрофа для всего мира, но для Бразилии, основным экспортным продуктом которой был сахар, беда пришла не одна. В 1974 году цены на сахар резко упали.

Стране повезло – президент Бразилии Эрнесто Гизель не упал духом, и инициализировал программу перевода бразильских автомобилей с бензина на этанол, решив обе проблемы одним махом – ведь спирт изготавливается из отходов сахарного производства. В результате к 1979 году производство спирта выросло на 500%, а правительство Бразилии предприняло следующий шаг – подписало соглашение с крупнейшими мировыми автопроизводителями (Fiat, Toyota, Mercedes-Benz, GM и Volkswagen),в рамках которого те были обязаны собирать в Бразилии только модели машин, способных использовать в качестве топлива 100%-й спирт. В конце 1980-х годов почти все новые автомобили, продаваемые в Бразилии, были способны использовать в качестве топлива исключительно этанол. Вообще-то это привело к новому кризису, в результате которого Бразилия была вынуждена уже импортировать этанол, а в начале 1990х годов и вовсе перейти обратно на бензин.

Бразильский эксперимент не прошел бесследно – именно ему обязаны появлением «автомобили на гибком топливе» Flexible Fuel Vehicles (FFV) , которые способны использовать смесь из 85% спирта и 15% бензина (то, что сегодня принято обозначать как Е85), равно как и обычный бензин. Смеси до 20 % содержания этанола могут применяться на любом автомобиле.

Сегодня FFV с успехом используются не только в Бразилии, но и в Японии, США, Германии, Англии и ряде других стран. Этому способствует ряд положительных качеств этанола:

— этанол нейтрален как источник парниковых газов, поскольку при его производстве путём брожения и последующем сгорании выделяется столько же CO2, сколько до этого было связано из атмосферы использованными для его производства растениями,

— низкая стоимость этанолового топлива.

По понятным причинам в СССР и России этот вид топлива распространения не получил.

Однако есть еще несколько существенных недостатков:

— этанол, повышает пропускную способность пластмассовых испарений для некоторых пластмасс (например плотного полиэтилена). Эта особенность метанола повышает риск увеличения эмиссии летучих органических веществ, что может привести к уменьшению концентрации озона и усилению солнечной радиации,

— низкая, по сравнению с базовыми моделями мощность. Удельная теплота сгорания спирта 27 МДж/кг против бензина с 46 МДж/кг.

Впрочем, плюсы этанола, как и газового топлива, намного перевешивают минусы, и его можно назвать наиболее перспективным топливом ближайшего будущего.

Рассказ об использовании спирта в качестве топлива был бы неполным без упоминания метанола, но он используется исключительно как топливо для спортивных автомобилей, поскольку метанол травит алюминий, то есть проблемным является использование алюминиевых карбюраторов и инжекторных систем подачи топлива в ДВС. Отбросить сто лет технического прогресса, и вернуться к чугунным блокам цилиндров и ГБЦ… такой ход явно не приблизит светлое будущее.

Биотопливо

В широком понимании «биотопливо» – это топливо из биологического сырья. То есть к этому виду можно отнести деревянные дрова, этанол, метан и так далее. Даже биоводород. Но первые три уже были рассмотрены, самая же снедь оставлена напоследок. И тут бы можно поставить точку, если бы не биодизель – топливо на основе жиров животного, растительного и микробного происхождения, а также продуктов их этерификации. Сегодня сырьем для получения биодизеля могут быть рапсовое, соевое, пальмовое, кокосовое масло, а также отходы пищевой промышленности. Разрабатываются технологии производства биодизеля из водорослей.

Справедливости ради стоит отметить что работы по двигателям на биодизеле ведутся относительно недавно – чуть более четверти века, и само биодизельное топливо начало в странах Евросоюза в промышленных масштабах начало производиться в 1992 году.

Биодизель на самом деле обладает рядом неоспоримых преимуществ:

— высокие смазочные характеристики, что продлевает срок жизни двигателя. Например, грузовик из Германии попал в Книгу рекордов Гиннеса, проехав более 1,25 миллиона километров на биодизельном топливе со своим оригинальным двигателем.

— высокое цетановое число (для минерального ДТ – 42-45, для биодизеля – не менее 52),

— высокая температура воспламенения – более 150 гр.,

— возобновляемость ресурса,

— сохранение экологического баланса – при сгорании биотоплива выделяется столько же углекислого газа, сколько было поглощено растением за весь срок его жизни,

— низкая стоимость, во многом благодаря получению побочных продуктов производства биодизеля.

Казалось бы – проблема идеального топлива решена, и программы, обещающие перевести значительную часть автотранспорта на биотопливо к 2020 году, имеют полное право на жизнь. Но ложка дегтя есть в любой бочке меда:

— большая вязкость биодизеля, что вызывает необходимость подогревать топливо при низких температурах для обеспечения приемлемой текучести,

— малый срок хранения – около 3х месяцев.

Но, в итоге, биодизель – еще один претендент на топливо ближайшего будущего. Так ОАО РЖД, проведя испытания биодизеля в 2006-2007 годах на тепловозах Юго-Восточной железной дороги, осталось удовлетворено результатами эксперимента, и заявило о готовности использовать биодизель в промышленных масштабах на своих тепловозах.

Водород

Вот оно – самое сладкое. Водородное топливо. Топливо, имеющее удельную теплоту сгорания 120 МДж/кг – то есть самую высокую из ныне известных (если не принимать во внимание антивещество, расщепление плазменных пучков и прочую фантастику).

Первые опыты с водородными двигателями относятся… да будь оно неладно! Снова к первой половине XIX столетия! В 1806 году француз Франсуа Исаак де Риваз изобрел двигатель внутреннего сгорания, работавший на водороде, который производился методом электролиза воды. Но эти эксперименты оставались забыты почти полтора века – до Великой Отечественной Войны. В блокадном Ленинграде бензин был в дефиците, но воздушно-водородная смесь для аэростатов имелась в большом количестве. Военный техник Борис Шелищ предложил использовать ее для двигателей внутреннего сгорания лебедок аэростатов, а, когда опыт удался – перевел на водород около 600 автомобилей!

Так неужели перевести стандартный двигатель внутреннего сгорания на водород настолько легко, что это было возможно более полувека назад в кустарных условиях? Чего же мы ждем?

А вот близок локоть, да вряд ли укусишь. Водород в самом деле может использоваться в двигателях внутреннего сгорания. В этом случае снижается мощность двигателя до 82 %-65 % в сравнении с бензином. Если внести небольшие изменения в систему зажигания, мощность двигателя увеличивается до 117 % в сравнении с бензиновым аналогом, но тогда значительно увеличится выход окислов азота из-за более высокой температуры в камере сгорания. Кроме того, водород при температурах и давлениях, которые создаются в двигателе способен вступать в реакцию с материалами двигателя и смазкой, приводя к более быстрому износу. Обычный ДВС для работы на водороде не подходит, т.к. водород легко воспламеняется от высокой температуры выпускного коллектора. Обычно для работы на водороде используется роторный двигатель, т.к. в нём выпускной коллектор значительно удалён от впускного. Собственно, это и объясняет, что один из существующих в настоящее время автомобилей на водороде – роторная Mazda RX-8 hydrogen, но и она – битопливная, т.е. использует и бензин и водород.

Приближенные к традиционный поршневым водородные двигатели внутреннего сгорания (Hydrogen internal combustion engine – HICE) можно увидеть на автомобиле BMW Hydrogen 7, и автобусах Ford E-450 и MAN Lion City Bus. Впрочем, все это сейчас выпускается ограниченными опытными партиями.

У водорода есть два неоспоримых плюса:

— высокая удельная теплота сгорания,

— отсутствие токсичных выхлопов. Ведь продуктом сгорания водорода является вода!

Минусов значительно больше. Впрочем, скорее всего, это только пока:

— несовершенные технологии хранения водорода. Например, в той же водородной BMW 7, водород хранится в жидкой форме при температуре минус 253 гр. Цельсия,

— высокая себестоимость водорода,

— сложный процесс получения водорода в промышленных масштабах, в процессе которого выделяется все тот же СО,

— высокая стоимость водородной силовой установки и сложность ее обслуживания,

— взрывоопасность водородно-воздушной смеси. Вспомним Цеппелины начала ХХ века – горели, как спички,

— отсутствие развитой структуры водородных заправочных станций.

Ну, кажется, на водороде, как топливе ближайшего будущего, можно смело поставить крест. Да, скорее всего он станет применяться в двигателях внутреннего сгорания, через пару-другую сотен лет.

Правда… прежде чем убирать водород в дальний ящик, давайте вернемся в полюбившийся нам XIX век. Да-да, первый в мире водородный топливный элемент был изобретен в 1939 году Вильямом Гроувом! Следуя сложившейся традиции, его работа оказалась забыта на почти полтора столетия, но в 1960х годах возник серьезный практический интерес к водородным топливным элементам для обеспечения энергией аппаратов «Gemini» и «Apollo», а затем — многоразовые корабли программы «Space Shuttle». Топливные элементы показали себя более безопасными, нежели ядерные установки, и не такими дорогими, как солнечные батареи.

Тогда, на заре космонавтки, даже там, на космических кораблях, где ценен каждый грамм, водородные топливные элементы весили сотни килограмм, сегодня такой элемент весит порядка 50 кг.

В принципе, автомобиль с водородным топливным элементом представляет собой ничто иное, как электромобиль, ведь ВТЭ вырабатывает электрический ток, но с двумя большими недостатками: сочетает в себе все опасности HICE в купе с низким КПД – порядка 45%. Впрочем, уже сегодня есть ВТЭ с КПД 57%. Однако, по сравнению со свинцовыми аккумуляторами, КПД которых составляет 70-90% такой коэффициент полезного действия все равно слишком мал, чтобы говорить о массовом применении таких батарей в ближайшем будущем.

Не без гордости среди опытных водородных автомобилей можно отметить Ниву с электрохимическим генератором «Фотон», разработанном для программы «Буран». Стоимость генератора в 300 000 долларов так же заставляет задуматься о возможности скорого использования их в гражданском автомобилестроении.

На первый взгляд наиболее перспективными выглядят пропан-бутановая смесь, этанол и биодизель. В сумме с гибридными силовыми установками они могут дать просто потрясающие результаты!

И вот теперь появляется «Опа! Неужели за более чем сто лет существования автомобильного транспорта человечество так и не нашло достойной замены бензину?». Нашло! И еще до изобретения автомобиля!

Только не пытаемся ли мы изобрести велосипед? Ведь КПД бензинового двигателя внутреннего сгорания всего около 35%, а более 80% процессов, происходящих в цилиндрах, остаются неизученными и по сей день. То есть даже старый добрый, всем привычный бензиновый ДВС имеет еще огромный потенциал для изучения и его совершенствования.

(с) 2010 Костин К.А.

 

Источник

gifakt.ru

10 идей альтернативного топлива для автомобиля — DRIVE2

Планомерное истощение нефтегазовых ресурсов планеты говорит нам о том, что рано или поздно, но человечество всё же будет вынуждено перейти на альтернативные источники энергии. Но если с «большой» энергией вроде ядерного синтеза всё понятно, то на чём же будут ездить автомобили? Давайте разбираться. Начнём с уже более-менее привычных источников энергии, продвигаясь от них ко всё более экзотическим.

1. Электричество. Еще буквально 10 лет назад автомобили с электрическими двигателями были если уж не чем-то из научной фантастики, то диковинкой точно. Их создавали в штучном экземпляре, показывали на различных авто-шоу и научных выставках. Сегодня «электрические» автомобили выпускаются серийно. Причём есть полностью «электрические» вроде Tesla, а есть гибриды, способные ездить и на бензине, и на электричестве — они вообще есть в модельном ряду чуть ли не у каждого более-менее крупного автопроизводителя.

2. Водород. В конце прошлого года Toyota объявила о запуске в серийное производство модели «Mirai», работающей исключительно на водороде. Конечно же, такому автомобилю требуются специальные заправочные станции, причём сам процесс заправки занимает всего несколько минут. А на полном баке автомобиль способен проехать 650 км. Энергия в уникальном двигателе автомобиля вырабатывается за счет реакции окисления водорода внутри электрохимического генератора, а вместо вредных выхлопов автомобиль производит чистую воду. Цена новинки в Японии составит около $60 тыс. При этом правительство страны объявило, что все покупатели экологичных седанов получат от государства субсидии в размере $17 тыс.

3. Растительное масло. Защитники окружающей среды пребывали в восторге от идеи использования машинного двигателя, работающего на растительном масле, еще с тех пор, когда идея была впервые предложена, а сейчас мы уже можем наблюдать скачок из теории в реальную практику! Поклонники компании Volkswagen теперь имеют возможность водить машину с чистой совестью благодаря совершенно новому двигателю, работающему на биодизельном топливе, которым оснащён новый «Жук».

4. Сжатый воздух. В воздухомобиле энергия запасается путём нагнетания сжатого воздуха в баллоны. Через систему распределения воздуха он попадает в пневмодвигатель, приводящий автомобиль в движение. Существующие на сегодняшний день пневмомобили — это либо экспериментальные образцы, либо специальные транспортные средства для эксплуатации в условиях, в которых использование других видов двигателей затруднено: например в цехах с большой пожаро- и взрывоопасностью. На данный момент несколько компаний занимаются исследованием и производством прототипов подобных автомобилей, выпуск их на рынок планируется в 2016 году.

5. Биоэтанол. По сути — обычный этиловый спирт, а приставку «био» получил потому, что производится из растительного сырья: кукурузы, сахарного тростника, сахарной свеклы, картофеля, батата или ячменя. На «настоящем» этаноле могут работать только т. н. машины «Flex-Fuel» (автомобиль с многотопливным двигателем). Эти автомобили также могут работать на обычном бензине (небольшая добавка этанола всё же требуется) или на произвольной смеси того и другого. В 2007 году в Бразилии было продано 2 миллиона новых биотопливных автомобилей, что составляет 85,6% от рынка новых автомобилей Бразилии.

6. Биотопливо. По сути это то самое вещество, которое могло бы быть сожженным в печи или походном костре — дрова, опилки, щепа, кора, солома. Для автомобильных двигателей эти материалы формируются в специальные топливные гранулы. Внедорожник Bioracer, является одним из самых известных автомобилей, работающих на топливных гранулах. При загрузке от 1 кг до 2,5 кг древесных гранул (в зависимости от настраиваемых параметров аккумуляторов), двигатель выработает достаточно энергии для преодоления расстояния в 16 километров.

7. Жидкий азот. Как и водород, азот находится в изобилии в нашей атмосфере. Кроме того, как и водород, автомобили под питанием азота делают гораздо меньше вредных выбросов, чем бензин или дизельное топливо. Но, в то время как водород используется в топливных элементах автомобилей, а также двигателях внутреннего сгорания, автомобили на жидком азоте требуют совсем другой тип двигателя в целом. Типичный бензиновый или дизельный двигатель использует горение, чтобы заставить двигаться поршни, двигатель на жидком азоте использует расширение азота для питания энергетических турбин.

8. Солнечная энергия. Солнечный автомобиль является по сути обычным электромобилем с питанием от солнечной энергии, получаемой от солнечных батарей на автомобиле. Однако, солнечные батареи не могут в настоящее время быть использованы для прямого единоличного питания двигателя машины из-за недостаточности мощности, но они могут быть использованы для расширения диапазона питания и экономии электроэнергии от аккумуляторов таких электромобилей.

9. Водоросли. Биотопливо, полученное из водорослей, называют биотопливом третьего поколения — это относительно новый вид альтернативного топлива. По сути принцип работы двигателя на водорослях основывается на гниении этих водорослей, в результате которого выделяется метан, который используется в качестве основного топлива для приведения в движение машины. В США рассчитали, что примерно 200 гектаров прудов, в которых будет выращиваться определённый вид водорослей, который лучше всего подходит для питания автомобилей, могут обеспечить таким топливом до 5% всех автомобилей страны. Тем не менее, в Соединённых же Штатах эта технология не прижилась из-за сравнительно более низкой стоимости нефти и высоких требований таких водорослей к росту (высокая температура и определённая окружающая среда).

10. Мускульная сила человека. О да, это самый неэффективный и попросту не имеющий права на жизнь вид альтернативного топлива! Тем не менее, в очень небольших количествах транспортных средств, спрос на которые стремительно уменьшается, используется человеческая сила, чтобы улучшить показатели экономичности аккумуляторов, которые являются основным источником приведения в движение автомобиля. Два таких коммерческих авто, увидевших недолгий «свет», стали Sinclair C5 и Twike.

www.drive2.ru

Альтернативные виды топлива для автомобилей

Продукты перегонки нефти идеально подходят для использования в качестве автомобильного топлива: они легко воспламеняются, выделяют огромное количество энергии, процесс их горения легко контролировать. Однако человечеству известно, что нефть является невозобновляемым ресурсом, который, к тому же быстро иссякает. Поэтому альтернативные виды топлива являются одной из наиболее перспективных разработок современности. Причём речь идёт не только об уменьшении объёмов добычи нефти, но и о защите окружающей среды, поскольку продукты горения традиционного топлива наносят ей немалый ущерб. На сегодняшний день уже активно применяется несколько видов альтернативного горючего, а ещё они считаются перспективными.

Изучение альтернативных видов топлива для автомобилей сегодня получает всё большее распространение

Современность

Конечно, очень приятно помечтать об альтернативном топливе, которое полностью изменит жизнь человечества, но заправлять свой автомобиль нужно уже сегодня. И сейчас наука может предложить несколько интересных вариантов. Откуда могут получать энергию автомобили, мы рассмотрим далее.

Пар

Ещё до начала продаж настоящих автомобилей в Европе можно было увидеть паровые телеги, которые предназначались для перевозки тяжёлых грузов, а также для развлечения обеспеченных людей. Схема действия такого альтернативной вида энергии до предела проста. После закипания вода постепенно преобразовывается в пар и устремляется через заранее подготовленный канал. Она может вращать турбину либо приводить в движение специальный плунжер. В последнем случае применяется механизм Ватта, который преобразовывает поступательное движение в прямолинейное.

Многие могут посчитать паровой двигатель устаревшим, но не команда энтузиастов из Великобритании. В 2009 году они построили паровой болид с 12 котлами, развивающими 360 лошадиных сил в сумме. Автомобиль достиг скорости в 247 км/ч, питаясь смесью мазута с газолином — такой альтернативный источник энергии оказался намного дешевле бензина. Также ещё в начале XX века существовали своеобразные «гибриды», использующие альтернативное горючее — паровая турбина в них вращала генератор, поставлявший электроэнергию для моторов, установленных в колёсах. Преимущество парового двигателя заключается в его универсальности — при минимальных доработках агрегат может использовать следующие виды топлива:

  • Бензин, дизель, газ;
  • Дрова, уголь, топливные пеллеты;
  • Мазут, газолин, отходы крекинга нефти.

Электричество

Старая, как сам автомобиль, идея приводить транспортное средство в движение электричеством получила новый виток развития. Преимущества налицо — не нужно никакого топлива, нет выхлопа, отсутствует опасность возгорания, стоимость эксплуатации машины снижается до минимально возможных сумм. Единственный недостаток заключается в необходимости откуда-то брать альтернативную энергию. Для этого используются достаточно крупные батареи, которые сейчас называют единственным препятствием к производству массовых электромобилей.

Однако наука, занимающаяся альтернативными видами топлива, не стоит на месте — уже давно громоздкие и неэффективные свинцовые либо никель-металлгидридные аккумуляторы заменены компактными литий-ионными, подобными тем, что применяются в телефонах и ноутбуках. Кроме того, китайская компания BYD недавно заявила о новом прорыве в альтернативной энергии, представив литий-фосфатные батареи. Ёмкость их немного меньше, однако ресурс выше в несколько раз, эффект памяти отсутствует, устойчивость к перегреву и воздействию низких температур также на высоте. Ведётся доработка гелевых источников питания и прочих источников энергии, способных заменить традиционное топливо в автомобилях — поэтому электромобили могут быть намного ближе, чем мы предполагаем.

Альтернативный источник энергии используется также гибридными автомобилями, в которых двигатель внутреннего сгорания дополнен электрическим приводом. Подобная компоновка позволяет экономить топливо даже без доступа к внешнему источнику питания. Если же гибридный автомобиль подзаряжать от стационарной электросети (схема Plug-in), можно добиться феноменальных результатов. Альтернативная энергия используется и другим видом гибридов, находящимся ближе к электромобилям. Они называются Extended Range, поскольку двигатель, использующий нефтяное топливо, используется только для подзарядки аккумуляторов в крайнем случае.

Газ

Вовсе не обязательно использовать продукты переработки нефти, поскольку существует множество горючих углеводородов, которые могут стать альтернативным видом топлива. Наиболее распространён так называемый нефтяной газ — пропаново-бутановая смесь, которую получают при выработке нефтяных месторождений. Главное преимущество такого источника энергии заключается в относительной дешевизне, а также в возможности быстрого переоборудования мотора. Кроме того, уже давно существует инфраструктура, способствующая широкому использованию такого альтернативного топлива — заправки, специализированные ремонтные мастерские, магазины газового оборудования.

Несмотря на широкое распространение пропан-бутана в странах СНГ, в Европе и США возлагают надежды на иное альтернативное топливо, представленное природным газом или метаном. Для его использования требуется более серьёзная доработка двигателя, однако себестоимость самого горючего меньше. Конечно, при использовании метанового топлива приходится сталкиваться с некоторыми проблемами:

  • Повышенная взрывоопасность;
  • Серьёзное снижение мощности мотора;
  • Ускоренный износ компонентов двигателя;
  • Большие расходы на доработку автомобиля;
  • Немалые размеры баллонов.

Но инженеры ведущих производителей — Mercedes, Volkswagen, Chevrolet, Chrysler уже смогли приблизить технические характеристики и потребительские качества моторов на метане к пропаново-бутановым агрегатам.

Интересно, что газ можно производить… прямо в автомобиле! Во время Великой Отечественной войны страна испытывала острую нехватку нефтяного топлива, что привело к появлению так называемых газогенераторов. В качестве альтернативного топлива использовались дрова, солома, отходы пищевой промышленности и сельскохозяйственного производства. Они насыпались в катализаторный бак, где происходило брожение биомассы, сопровождающееся выделением большого количества метанового топлива. Такое альтернативное топливо используют и некоторые прототипы современных автомобилей, однако расход биомассы пока очень велик, мощность двигателя существенно снижается, а запас хода редко превышает 100 километров.

Спирт

Как известно, широко распространённые в обиходе спирты неплохо поддерживают горение и могут являться топливом, использующимся в различных целях. Почему бы не использовать их в качестве альтернативного источника энергии для автомобилей? Наибольшее распространение топливо на базе этанола получило в Бразилии, а также прочих странах Латинской Америки — здесь его изготавливают из сахарного тростника, а также древесной биомассы. Примерно четверть коммерческого транспорта в этом регионе использует именно спиртовое альтернативное топливо, что приносит существенную прибыль перевозчикам и снижает зависимость государств от нефти.

В некоторых европейских странах вовсю продвигается идея использования метилового спирта, который получают из деревьев хвойных пород, нехарактерных для Южной Америки. Такое топливо имеет большее октановое число, дешевле обходится в производстве и имеет меньше областей применения, чем этиловый спирт. Подобные виды альтернативного топлива уже давно продаются на заправках — метиловый спирт обозначают буквой М, а этиловый — Е. Однако не следует думать, будто цифры, следующие за буквами, обозначают октановое число топлива — они выражают процентное содержание спирта, тогда как остальная доля приходится на бензин. Следует быть внимательным с альтернативным спиртовым топливом, поскольку для Е100 и М100 двигатель нужно переоборудовать, тогда как для использования Е85 достаточно корректировки угла зажигания, которую инжекторный мотор осуществляет самостоятельно.

Будущее

Сразу стоит сказать, что перечисленные ниже источники топлива пока не используются в коммерческих целях, поскольку их эффективность оставляет желать лучшего на этом этапе научного развития. Однако специалисты прогнозируют, что к середине века уже 30–40% транспортных средств не будут использовать нефтяное топливо. Какое именно альтернативное горючее получит наибольшее распространение — пока неизвестно, однако мы можем сделать некоторые предположения, внимательно изучив преимущества каждого.

Водород

Идею использования «гремучего газа» в качестве автомобильного топлива развивали ещё в начале XX века. Однако тогда она не получила серьёзного распространения, поскольку дешёвого способа производства чистого водорода попросту не существовало. Теперь же ситуация изменилась, и завод с себестоимостью около 250–400 тысяч долларов может вырабатывать недорогое альтернативное топливо с минимальным количеством примесей.

Естественно, вначале возникло предложение сжигать водород по аналогии с углеводородным топливом. Очень много времени у инженеров ушло на то, чтобы сделать реакцию горения контролируемой, а затем они были озадачены равномерной подачей топлива в цилиндры ДВС. Полученный результат удивил экологов выхлопом в виде чистого водяного пара и шокировал инженеров чрезвычайно малой мощностью двигателя. Сейчас двигатели, сжигающие такое альтернативное топливо, имеют больший КПД, но стоит сказать, что водородная BMW 7 потеряла 200 лошадиных сил мощности, начала расходовать на 15 литров больше горючего. Кроме того, для хранения большого объёма топлива понадобился криогенный бак, а двигатель нужно было оснастить огромным количеством дополнительного оборудования — в результате цена возросла до 1 миллиона долларов.

Однако учёные отметили, что при реакции водорода с кислородом, в результате которой создаются молекулы воды, вырабатывается тепло и небольшой заряд электроэнергии. Это открытие помогло создать топливные ячейки, используемые электромобилями. Однако их заправка оказалась очень сложной — выполнять её можно только в фабричных условиях. Единственным вариантом использования электрохимической энергии альтернативного топлива оказалась полная замена ячеек на заправке. Но пока что сами автомобили и инфраструктура для использования подобного вида топлива оказываются непомерно дорогими.

Японские специалисты также предложили использовать в качестве альтернативного топлива для автомобилей обычную воду. Суть заключается в обычном процессе — электролизом её молекулы расщепляются, в результате чего образуется горючее и чистый кислород. Оба газа используются в процессе горения — получается, что ДВС действительно едет на воде. Однако проблема заключается в необходимости использования дорогого катализатора и достаточно большого запаса электроэнергии в аккумуляторе. Пока прототипы, использующие воду в качестве альтернативного топлива, могут проезжать не больше 50–80 километров с малой скоростью.

Экзотика

Ещё одна идея, кажущаяся безумной на первый взгляд, была выдвинута учёными из Индии. Транспортное средство, созданное ими, использует энергию… сжатого воздуха! Такое альтернативное топливо не требует никаких вложений — достаточно подключить автомобиль к насосной станции и подождать некоторое время, пока баки не наполнятся. Соответственно, выхлоп отсутствует, расходы на создание инфраструктуры минимальны, да и вес автомобиля получится небольшим.

Однако у такого альтернативного топлива есть свои нюансы — в частности, много кинетической энергии от воздуха получить не удаётся, поэтому скорость автомобиля ограничивается на уровне 60 км/ч, а пробег — 20–40 км. Кроме того, большую часть транспортного средства занимают баллоны, хранящие запас сжатого воздуха. Поэтому серийное производство автомобилей, использующих подобный источник альтернативной энергии, пока не началось, несмотря на многочисленные обещания.

Биодизель не получил распространения по объективным причинам

В Европе уже получает широкое распространение производство биодизеля, который представляет собой топливо на основе растительных масел. Однако такое альтернативное горючее приходится получать из рапса — сельскохозяйственной культуры, которая пагубно влияет на плодородную почву. Поэтому масштабного будущего у такого источника энергии быть не может. Тем не менее недавно японцы совершили кругосветный пробег на внедорожнике Land Cruiser, адаптированном под использование… отработанного подсолнечного масла из ресторанов. Мощность мотора упала втрое, да и на переработку растительного масла требовалось 8 часов, но факт официально признан — использовать рапсовое сырьё вовсе не обязательно.

О газогенераторах вспомнили в Восточной Европе, где традиционно сильно сельскохозяйственное производство. Однако, учитывая низкую эффективность ранних образцов силовых установок, использовавших этот альтернативный источник энергии, решили применить иную компоновку. В качестве топлива в автомобилях применяются специальные пеллеты, произведённые из соломы, древесной биомассы и… коровьего навоза. При реакции с недорогим катализатором выделяется достаточно много метана, использующегося двигателем автомобиля. Однако некоторые проблемы остались прежними — хотя мощность почти не изменилась в сравнении с бензиновым мотором, запас хода сократился, да и заводить двигатель можно только спустя час после заправки.

До сих пор не утихают споры о том, может ли считаться альтернативным источником энергии миниатюрный ядерный реактор. Создать такую установку несложно — стоит вспомнить автомобиль Ford Nucleon, построенный ещё в конце 50-х годов. Однако возникает множество вопросов — самый важный касается герметичности капсулы с радиоактивным альтернативным топливом при серьёзным ДТП. К тому же пришлось бы открывать свободный доступ к радиоактивным материалам, что позволило бы террористам легко получать их, создавая угрозу всему человечеству. Хотя расчётный результат, полученный инженерами Ford — машина могла бы проезжать порядка 10 тысяч километров без дозаправки и развивать скорость до 180 км/ч.

Прощай, нефть?

Непрекращающиеся исследования в области альтернативных видов топлива заставляют специалистов делать всё более смелые и уверенные прогнозы относительно уменьшения роли нефти в автомобильной промышленности. Однако мы видим, что пока единственной альтернативой углеводородам служат газ и спирт, а также электроэнергия, вырабатываемая атомными станциями. Причём все эти варианты имеют свои недостатки и нуждаются в дополнительных доработках. Поэтому, как и прогнозировалось раньше, серьёзный технологический прорыв мы сможем увидеть только в середине века, и только в конце столетия сможем окончательно распрощаться с нефтью.

365cars.ru

Альтернативное топливо для автомобилей

Дата публикации: 31 августа 2015


В данной статье рассмотрена целесообразность использования различных видов
альтернативного моторного топлива в России. Это различные спирты, водород, этанол, метанол, рапсовое масло, биогаз и др. Приведены состав и отличительные особенности альтернативных топлив. Среди этих топлив стоит выделить биогаз. Биогаз является альтернативным источником энергии, в настоящее время его так же можно использовать в качестве моторного топлива для двигателей внутреннего сгорания.

Источник: http://alternativenergy.ru/energiya/953-vidy-alternativnogo-topliva.html

Сейчас в большинстве стран мира решается задача поиска заменителей топлива нефтяного происхождения, запасы которого резко сокращаются, а потребности в топливе растут. В последние время потребление углеводородных топлив в общем энергетическом балансе мира увеличилось в 4,2 раза.

Решение проблемы значительного сокращения потребления моторного топлива автомобилями, за счет совершенствования рабочего цикла ДВС, вряд ли может быть достигнуто. Это связано с тем, что известные способы улучшения экономичности, такие как совершенствование топливных систем и систем зажигания, в том числе применение микропроцессорных систем управления двигателем (МСУД), управление процессом газообмена, применение наддува, рециркуляция отработавших газов, недостаточно эффективны для кардинального решения проблемы.

Применение альтернативных топлив может значительно помочь решению этой задачи, а также в решении проблемы загрязнения автомобилями окружающей среды. В связи с этим во всех промышленно развитых странах мира широко развернуты работы по поиску эффективных заменителей топлив нефтяного происхождения. Несколько программ перевода ДВС на альтернативные топлива разрабатываются в США. Так, в начале 2003 г. более чем 520 тыс. автомобилей в США работали на этаноле, метаноле и биогазе, в Швеции начался выпуск автомобиля Volvo S80 BiFuel, который работает как на бензине, так и на биогазе. Но наибольших успехов в этом направлении достиг Китай, где 80% сельских и 60% городских перевозок осуществляются на биогазе. Кроме того, Китай экспортирует специальные ДВС, работающих на биогазе, в 20 стран мира.

Анализируя состояние с моторными топливами, делаем вывод, что такими топливами уже в ближайшее время могут быть: этанол, метанол, рапсовое масло, биогаз.

Все альтернативные топлива можно классифицировать по следующим признакам:

  • по составу — углеводородные, углеводно-кислотные спирты, водородные, спирты, угольный порошок и др.;
  • по агрегатному состоянию — жидкие, газообразные, твердые, смешанные;
  • по калорийности — высококалорийные, среднекалорийные, низкокалорийные;
  • по способу применения — в виде добавок к нефтяным топливам;
  • по источникам сырья — полученные из угля, торфа, сланцев, биомассы, воды и др.;
  • по технологическим процессам получения — пиролиз, гидрогенизация, каталитическая конверсия, газификация, электролиз и др.

Применение альтернативных топлив осуществляется в двух вариантах:

  • частичная замена, то есть применение в качестве добавок;
  • полная замена основного топлива.

В ряде стран уже широко используются добавки спиртов к бензину, что позволяет значительно уменьшить потребление последнего. Проводятся исследования по производству синтетических бензинов из угля, сланцев и нефтяных песков, проводится также исследование возможности использования в качестве топлива смеси бензина с 15 % метанола и 7 % изобутилового спирта, добавляется в качестве стабилизатора.

Перспективным считается применение метил-трет-бутилового эфира (МТБЭ) в качестве присадки к бензину вместо токсического тетраэтилсвинца. Несмотря на то, что теоретически и экспериментально доказана целесообразность использования в качестве моторного топлива водорода, он пока дорог. Кроме того, не до конца решена проблема его рационального хранения на борту автомобиля.

Газовые топлива первыми получили распространение как моторные топлива, составляющих альтернативу традиционным. Известно несколько видов альтернативных топлив, которые можно и целесообразно использовать в России как автомобильные топлива, а именно: нефтяной газ, природный газ, генераторный газ, водород, биогаз, этанол и рапсовое масло.

Свойства наиболее перспективных альтернативных топлив

Нефтяной газ (бутан-пропановая смесь) используется преимущественно в сжиженном состоянии (СНГ). Ее октановое число составляет 90-100 ед., низшая теплота сгорания 24800 кДж/кг. Применение ее вместо бензина значительно уменьшает содержание вредных веществ в ОГ автомобиля СО — в 2 раза, CnHn — в 1,3…1,9 раза, NOx — в 1,2 раза.

Природный газ достаточно популярен. Автомобилестроители уже разработали и построили значительное количество автомобилей, работающих на природном газе. Это объясняется, прежде всего, тем, что современные ДВС для перевода на природный газ требуют лишь небольшие конструктивные изменения в системе питания топливом, в установке угла опережения зажигания и в системе смазки. Для обеспечения достаточного запаса газа на борту автомобиля он предварительно должен быть компринован (КПГ) или сжиженным (СПГ). Октановое число природного газа составляет 100-110 единиц, низшая теплота сгорания — 32-36 мДж/кг. При эксплуатации двигателей на природном газе существенно уменьшается токсичность по СО — в 4-6 раз, по CnHn — в 1,3-1,9 раза, по NOx — в 1,3 раза; в газодизеле — дымность на 50-70 % меньше, чем в дизелях, содержание канцерогенных веществ уменьшается в 5-7,5 раз, NOx остается на том же уровне, что и в дизеле, но в газодизеле больше выбросов CnHn и альдегидов.

Необходимость быстрого перехода на газовые альтернативные топлива, связана с переоборудованием топливной аппаратуры существующих транспортных средств (ТС), которая дает возможность работать на двух видах топлива — бензине и газе (в зависимости от их наличия). Но при этом ухудшаются энергетические показатели ТС на 15-20%. Для сокращения таких расходов необходимо изготавливать ДВС, предназначенные только для газового топлива.

Во многих странах мира (США, Канада, Новая Зеландия, Аргентина, Нидерланды, Франция, Китай и др.) перевод ТС на работу на газовом топливе поднят до ранга государственной политики как путь к экологизации автотранспорта. Для этого разработаны и внедряются нормативно-законодательные базы: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. Такая политика дает ощутимые результаты. Так, в Нидерландах 50 %, в Италии — более 20%, в Австрии — 95 %, в Дании — 87 % автобусного парка работает на газовом топливе. США планируют в 2010 году довести использование природного газа на ТС до 57 %, а пропан-бутановой смеси — до 31 %.

Генераторный газ или синтез-газ (ГГ). Его получают на борту транспортного средства в реакторе (генераторе) в результате преобразования в газовое состояние твердого топлива: древесного угля, каменного угля, торфа, древесины и др. Состоит из 50 % водорода и 50 % оксида углерода. Отличительной особенностью его является то, что его получают из возобновляемых источников энергии, а для его хранения на борту ТС требуются значительно меньшие емкости, что значительно увеличивает грузоподъемность этого ТС. Для продуцирования ГГ на борту ТС привлекается энергия системы охлаждения, которая в обычном ТС рассеивается в окружающую среду, то есть уменьшается тепловое загрязнение атмосферы и частично утилизируется теплота сгорания.

По сравнению с природным газом ГГ сгорает медленнее и имеет более низкую теплоту сгорания 16,8…21,0 мДж/кг. Его октановое число составляет 90-95 единиц, т.е. работа на нем связана с крупнейшими потерями технико-экономических показателей ДВС.

Водород — наиболее экологически чистое топливо с неограниченными запасами в природе. Н2 входит в состав 90% компонентов, имеющихся в окружающей среде, и более, чем в треть компонентов на поверхности земли. Его основные недостатки в качестве топлива при применении на ТС: высокая энергия, которая нужна для его сжатия, и очень низкая удельная энергоемкость. Есть проблемы и с хранением его на борту автомобиля, особенно в криогенных баках, но главная проблема — высокая стоимость его получения.

Более перспективным является применение водорода на ТС в виде топливных элементов, особенно с применением протонных обменных мембран (Proton exchange membrane). Первые автомобили с топливными элементами уже продемонстрировали фирмы Toyota, Honda, Volkswagen, BMW, Nissan, Hyundai, но для наладки их промышленного производства требуется время.

Биогаз — сравнительно новое, перспективное, экологически чистое и экономически выгодное моторное топливо для транспортных установок. По данным шведских и швейцарских ученых, биогаз на 75% чище дизельного топлива и на 50 % чище бензина.

В состав биогаза входит метан СН4 (60-70%), диоксид углерода СО2 (до 30%), а также в малых количествах оксид углерода СО, водород Н2, азот N2, кислород О2, воздух, водяной пар Н2О, и сернистый водород Н2S.

Перед применением в ДВС биогаз лучше подвергать обогащению до уровня метана 95%, очистке, сушке и компримировать. Энергетический эквивалент биогаза составляет 9-10 (кВт•ч/м3). Физико-химические и экологические свойства обогащенного и очищенного биогаза и природного газа практически идентичны, поэтому для них может применяться одна и та топливная аппаратура. Есть только одно отличие между природным газом и биогазом: при сгорании последнего в атмосферу выбрасывается такое же количество СО2, которое было из него удалено при переработке. Еще биогаз считается абсолютно сбалансированным биологическим топливом.

Согласно европейским планам, биогаз будет использоваться прежде всего на автотранспорте, который обслуживает сельские и пригородные районы. Кстати, в Западной Европе биогазом уже отапливается не менее половины птицеферм, причем сырьем для отопительных установок являются обычные отходы тех же птицеферм. Благодаря биогазу потребности западноевропейского животноводства в топливе за последние десять лет сократились более чем на треть.

Лидером по использованию биогаза является Китай, который еще в 70-е годы XX в. совершил «большой биогазовый скачок», в результате которого более 60% всего автобусного парка страны, в том числе в сельской местности, сейчас работает на биогазе. Производство биогазовых двигателей в Китае к концу 80-х годов XX в. было засекречено. Сейчас Китай экспортирует их более чем в 20 стран мира.

Ученые подсчитали, что только в мировом сельском хозяйстве накапливается столько отходов, что их энергопотенциал может дважды покрыть общемировой спрос на энергию.

Этанол — одно из наиболее практичных альтернативных топлив. Чистый этанол или смеси этанола и бензина могут применяться в ДВС, предназначенных для работы на бензинах, например Chevrolet Suburban/Tahoe, GMC Wicon и др. В США сейчас объем потребления этанола и бензиновой смеси составляет до 10 % от общего объема использования бензина.

Главные преимущества топлива на базе этанола: во-первых, при сгорании образуется меньше токсичных веществ, во-вторых, при сгорании снижается содержание озона в воздухе. Недостатками этанола в качестве моторного топлива является его низкая энергоемкость, более высокая стоимость по сравнению с бензином и меньшая продолжительность пробега на одной заправке.

Наконец, рапсовое масло. Среди стран Европы рапсу уделяют наибольшее внимание Германия, Франция, Бельгия, Италия, Польша. При сгорании топлива из рапсового масла выхлопные газы содержат на 20-25% меньше вредных веществ, значительно меньше серы, а круговорот СО2 значительно уменьшает угрозу парникового эффекта.

Свойства МЭСМ (метиловые эфиры соевого масла) отличаются от аналогичных свойств дизельного топлива (меньшее значение Hu, большие плотность, коэффициент поверхностного натяжения и проч.). Поэтому для эффективного использования МЭСМ в качестве биотоплива необходимо изменить некоторые конструктивные и регулировочные параметры дизеля.

Л.Б. Ларионов, П.А. Болоев, Н.В. Степанов
Материалы IV международной научно-практической конференции
КЛИМАТ, ЭКОЛОГИЯ, СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ЕВРАЗИИ

altenergiya.ru

Альтернативные виды топлива как мера экономии и защиты экосистемы

В связи с развитием транспортного рынка, число автомобилей на Земле неуклонно растёт. Статистика зафиксировала, что уже в 2009 году количество авто во всём мире составило 980 миллионов.

Спустя год мировое производство легкового транспорта увеличилось на 3,6%. Так что сегодня на планете насчитывается более миллиарда автомобилей, работающих на бензине. По средним подсчётам, на обеспечение каждого из них уходит 440 000 литров бензинового топлива в год. Если так пойдёт и дальше, природа скоро не сможет обеспечивать человечество необходимым количеством нефти. Вот почему люди ищут и изобретают новые виды топлива для легковых машин.

Некоторые варианты всё ещё находятся на стадии разработки, однако большая часть топливных альтернатив уже сегодня выходит в свет.

Электричество и солнечная энергия


Ещё в ХХ веке нашлась недорогая и экологически безвредная альтернатива бензину, которая и по сей день конкурирует с нефтяным топливом. Речь идёт об электрической энергии.

Транспортные средства, оснащённые электрическим мотором, появились раньше, чем машины с двигателем внутреннего сгорания. Описание первых опытов по созданию действующего электромобиля датируется 1830–1840 годами. Показатели спидометров и качественные характеристики из года в год росли, и уже в 1899 году электромобиль поставил новый скоростной рекорд – 100 км/ч.

Существует несколько вариантов устройства электромобиля. Различия состоят в конструкции мотора и способе получения энергии:

  1. Аккумулятор.Автомобиль оснащён аккумулятором, запасающим электроэнергию. Батарея питается от стационарной сети.
  2. Солнечные батареи.Фотоэлементы «усваивают» энергию солнца, превращая её в электрическую.
  3. Топливные элементы (ТЭ).ТЭ осуществляют переход энергии топлива в электроэнергию вне процесса горения. В качестве топлива выступает водород.
  4. Комбинированный.В такой конструкции предусмотрено одновременное использование аккумуляторных батарей и ТЭ.

Таким образом, электричество – мощный источник энергии, заменивший горючие топливные смеси.

Водород

Водород – топливо будущего, которое обладает хорошими характеристиками. Автомобиль с полным баком этого сырья способен проезжать до 660 км без дозаправки. В ходе реакции окисления водорода внутри специального генератора выделяется мощная энергия, применяемая в автомобиле как альтернативный источник питания. Водород экологичен: конечным продуктом, вместо вредных выхлопов, является чистая вода.

Водород – успешный пример альтернативного топлива для двигателей внутреннего сгорания.

В развитых странах мира (например, в Японии) на «водородные» автомобили государство выплачивает субсидии. Таким образом, этот транспорт становится доступнее для народа.

Биотопливо

Вести о новейших разработках в сфере энергетики быстро проникают в народ, а потому большое количество современных людей знает, что такое биотопливо и для чего оно используется.

Биологическое топливо производится из биомассы, запасы которой в мире постоянно возобновляются. Всё производимое топливо делится на такие категории:

  • твёрдое;
  • жидкое;
  • газообразное.

Твёрдое

Топливо имеет вид брикетов и пеллет. Для их производства используются отходы древесной промышленности: опилки, кора, щепки, мелкие сучья и ветки. В ход идут сено, торф и бумага. С помощью пресса предварительно измельчённым ингредиентам придаётся форма цилиндрических гранул (пеллет) или целых брусков. В самом автомобиле твёрдое биотопливо преобразуется в газ посредством газогенератора.

Жидкое

Жидкое биотопливо подразделяется на такие виды:

  1. Биоэтанол.Производится в процессе спиртового брожения ингредиентов, содержащих крахмал или сахар (иногда целлюлозу). Это альтернативное топливо уже сегодня стало лидером продаж и активно используется автолюбителями. Биоэтанол улучшает качество работы мотора, увеличивает его мощность, не способствует образованию нагара и копоти. Двигатель также не перегревается и не забивается отходами. В качестве топлива для ДВС может использоваться лишь смесь этанола с бензином.
  2. Биодизель.Его производство базируется на использовании органических масел. В Европе и Японии активно ведутся разработки авто, способного ездить на отработанном масле из фастфуд-ресторанов. Современные ДВС уже адаптированы под потребление этого вида топлива.Биодизель нового поколения производится из зелёных водорослей, при гниении которых выделяется метансодержащий газ. Однако эти водные растения привередливы в уходе, поэтому проект пока невозможно реализовать в глобальных масштабах – это нерентабельно.
  3. Биобутанол.По свойствам и технологии производства схож с биоэтанолом, хотя пока не так популярен.
  4. Биометанол.Редко играет роль топлива для автотранспорта, и его технология производства требует серьёзных доработок.

Основой жидкого биотоплива являются компоненты растительного происхождения, поэтому оно не наносит ущерба природе и не портит качественные характеристики машины.

Газообразное

Газообразное биотопливо для автомобилей получают в результате метанового брожения биомассы:

  • отходов жизнедеятельности человека и животных;
  • соломы, силоса;
  • опавшей листвы;
  • водорослей;
  • отходов сельхоз промышленности;
  • бытового мусора.

При использовании этого топлива исключена детонация, поэтому срок службы двигателя увеличивается.

Делаем биотопливо своими руками


Автолюбителям будет полезно узнать, как сделать биотопливо самостоятельно. Для этих целей необходимо найти ингредиенты и построить соответствующее оборудование.

Чтобы приготовить биотопливо в домашних условиях, понадобится большое количество биомассы:

  • отходы жизнедеятельности человека или животных;
  • сельскохозяйственные отходы (ботва растений, очистки) и мусор.

Обратите внимание: подойдёт любая органика растительного и животного происхождения.

Второй этап: собрать биогазовую установку для производства биотоплива. Самый примитивный аппарат схематически включает такие составляющие:

  • вместительный отсек для ингредиентов;
  • непосредственно реактор;
  • трубопровод и конечная ёмкость для отбора газа;
  • второй трубопровод для вывода сгнившего сырья.

Данная установка не требует принудительного подогрева, все процессы происходят без вмешательства человека. Расположение этой установки на участке занимает много места, поэтому в условиях города создавать биотопливо не получится. Для этого подойдут дача или собственный дом.

Можно приобрести профессиональную биогазовую установку, но стоит она недёшево.

В результате процессов брожения биомассы продуцируется газ, в составе которого:

  • Н₂;
  • метан;
  • азот;
  • сероводород;
  • СО₂.

Этот газ представляет собой мощное альтернативное топливо для автомобилей. При его использовании не происходит загрязнения атмосферы.

Таким образом, вполне реально приготовить биотопливо в домашних условиях. А стоит ли это делать – каждый определяет для себя самостоятельно.

Обратите внимание: для получения биодизеля профессионалы используют органические масла и щёлочи, однако эта рецептура сложнее, а ход работы требует постоянного контроля. Вдобавок работа со щелочами (или спиртосодержащими веществами) опасна для человека и его окружения. Поэтому осуществлять производство биотоплива на собственном участке таким образом не рекомендуется.

Экзотика

Как возможные источники автомобильного топлива рассматриваются:

  1. Сжатый воздух.Налицо одни преимущества – воздух общедоступен, а машина, работающая на таком топливе, не производит вредных выбросов в атмосферу.
  2. Шоколад.Машина, работающая на шоколаде, уже изобретена. Её работоспособность доказана, однако преимущества и недостатки сладкого топлива не изучены. Ясно одно: применять этот продукт в целях заправки автомобиля не рентабельно.
  3. Использованные подгузники.Принцип их применения тот же, что у биотоплива. Сырьё перегнивает, продуцируя необходимый газ.
  4. Животные.Мёртвые животные – органика в чистом виде. Идея очень экстравагантная, однако эта мера позволит раздобыть дешёвое топливо и очистить улицы городов от трупов бесхозных кошек/собак.

Данные альтернативные виды топлива всё ещё представлены лишь на бумаге. Многие проекты подкрепляются опытными образцами. Изобретатели-новаторы не отступают и работают над внедрением своих идей в сферу транспортной промышленности.

Заключение

Специалисты в области энергетики уверены, что бензин – пережиток прошлого и на нём «далеко не уедешь». Скачок в развитии науки и техники дал человеку возможность открывать и использовать альтернативные виды топлива, более безопасные и дешёвые. Основными требованиями к альтернативным видам топлива являются экологичность, доступность и рентабельность. Солнечный свет, водород, органика – это топливо будущего, на котором, возможно, уже скоро будут работать все автомобили.

ekoenergia.ru

Электромобили | Альтернативная энергия

Электромобили и автомобили с двигателями внутреннего сгорания

Зарядка электромобиля

Электромобили, в настоящее время, являются наиболее перспективным направлением альтернативного транспорта. По ряду факторов они еще уступают обычным автомобилям. Это более высокая стоимость электромобиля в сравнении с обычным автомобилем аналогичного класса. Ограниченность пробега на одном заряде аккумулятора — до 590 км (Тесла). Длительность зарядки аккумулятора, самая быстрая, на специальных зарядках Тесла, составляет 30 минут, а зарядка в домашних условиях длится несколько часов. Также некоторым недостатком, но вполне решаемым, является недостаточно развитая инфраструктура зарядных станций.

Нет необходимости объяснять более высокую производительность электротранспорта, так как это довольно известный факт — КПД электродвигателя значительно выше двигателя внутреннего сгорания. Сегодня КПД существующих  электродвигателей достигает 91%.  Электротранспорт —  электропоезда, метрополитен, троллейбусы, трамваи уже имеют широкое распространение. В развитых странах на долю городского общественного электротранспорта приходится 50% перевозок.

У электромобилей кроме экологичности и высокой производительности также есть и другие значительные преимущества перед обычными автомобилями. Электроэнергия намного дешевле бензина, и поездки на электромобиле, по этой причине, обходятся выгоднее. Электромобиль более надежен, устройство электромобиля значительно проще. Электромобили реже ломаются, и требуют меньше времени на ремонт и техобслуживание. Они надежнее и проще в управлении, и, следовательно, более безопасны. Большим плюсом электромобилей, кроме отсутствия выхлопных газов, является то, что они почти бесшумны. К сожалению, они не решают проблему образования пыли, образующейся в результате трения шин о дорожное покрытие. Также надо заметить и то, что они не способны решить проблему загрязнения атмосферы углекислым газом, пока электроэнергия производится на традиционных тепловых электростанциях, сжигающих углеводороды. Но даже и в этом случае, электромобили гораздо лучше бензиновых автомобилей, так как не загрязняют воздух вблизи мест проживания человека.

Электромобили, водородный транспорт и биотопливо

Электротранспорт не является единственным видом альтернативного транспорта. На настоящий момент актуальны такие варианты, как водородный транспорт и транспорт работающий на биотопливе.

Водород пока остается дорогим в производстве. Автомобили с водородным двигателем стоят даже дороже чем электромобили, а инфраструктура водородных автозаправок очень слабо развита. Хотя для современных водородных автомобилей проблема взрывоопасности и пожароопасности незначительна, тем не менее, электромобили в этом отношении превосходят их.

Что касается этанола, биодизеля и других видов биотоплива, то хотя они экологически гораздо чище бензина, тем не менее, проблема загрязнения окружающей среды, в их случае, полностью  не решается. Биодизель также имеет недостаток в том, что у него есть срок хранения, и он может замерзать при низких температурах. Что касается альтернативных видов биотоплива, таких как, например, использование отработанного в пищевом производстве растительного масла и других подобных вариантов, то пока они еще находятся на стадии разработки и исследования. Также электромобили имеют те же преимущества перед автомобилями на биотопливе, что и перед бензиновыми. Это большая надежность, простота в обслуживании и ремонте, низкий уровень шума. Биотопливо имеет преимущество перед электротранспортом, в том, что не требует особых технических решений. Так переоборудовать обычный бензиновый двигатель под работу на биотопливе, задача гораздо более простая, чем создание полностью нового электромобиля.

Стоит упомянуть про электромобили работающие на солнечных батареях. Такие проекты постоянно создаются, но до массового использования пока далеко, в виду недостаточной мощности солнечных панелей, расположенных на ограниченном пространстве поверхности электромобиля. Это не является проблемой в случае водного транспорта, где достаточно места для размещения солнечных панелей. Так в 2015 году было запущено серийное производство яхты Solarwave, работающей на солнечных батареях.

История электромобилей

Конец 19-го и начало 20-го века

Первые прототипы электромобилей начали появляться вместе с изобретением электрического двигателя после 1828 года. В 1884 году, британец Томас Паркер создал вполне современно выглядевший электромобиль. В 1888 году немецкий изобретатель Андреас Флокен создал электромобиль Flocken Elektrowagen, который признается всеми, как первый настоящий электромобиль. В конце 19-го и начале 20-го века электромобили преобладали над бензиновыми автомобилями, так как могли обеспечить достаточный уровень комфорта и простоты эксплуатации, который не мог быть достигнут на бензиновых автомобилях того времени. На рубеже 20-го века численность электромобилей достигла 30 тысяч машин. В 1912 году по дорогам США ездило 38 843 электромобиля. Достижения в двигателях внутреннего сгорания в первом десятилетии 20-го века уменьшили относительные преимущества электромобиля. Более широкий диапазон бензиновых автомобилей, и быстрое время их заправки сделали их более популярными. В 1912 году Чарльз Кеттеринг (Charles Kettering) изобрел электрический стартер, благодаря которому стало проще заводить бензиновый двигатель, отпала необходимость заводить его вручную с помощью кривого стартера. Массовый выпуск Ford Model T на первой конвейерной линии, начатый в 1913 году Генри Фордом, окончательно добил рынок электромобилей, бензиновые автомобили стали стоить в два, в три раза дешевле электромобилей. Продажи электромобилей стали стремительно падать. В 1923 году одна из немногих оставшихся фирм  по производству электромобилей — Milburn, была куплена фирмой General Motors.

В Санкт-Петербурге в 1899 году был создан первый электрический русский омнибус на 17 пассажиров. Его автором был Ипполит Романов — русский дворянин и изобретатель. На омнибусе использовался свинцовый аккумулятор системы Бари, имевший 36 банок (вольтовых столбов) и он требовал подзарядки каждые 60 верст (~64 километра). Суммарная мощность составляла 14 л.с. Омнибус имел 9 градаций скорости от 1,6 до 37,4 км/час. Ипполит Романов также разработал схему городских маршрутов для этих прародителей современных троллейбусов и получил разрешение на работу. Однако найти необходимые средства не смог, поэтому проект не получил развития.

Электромобили возвращаются

General Motors EV1

В 1990-х годах в Калифорнии остро встал вопрос загазованности воздуха автомобилями. Калифорнийская фирма California Air Resources Board (CARB), являвшаяся «агентом правительства Калифорнии по чистому воздуху» начала требовать от  автопроизводителей, производство двигателей с более низким уровнем выхлопных газов. В 1990 году был издан закон, получивший название Zero Emission Vehicle (ZEV) Mandate, согласно которому к 1998 году, 2% транспортных средств продаваемых в Калифорнии должны были иметь нулевой уровень выхлопа, а к 2003 году их доля должна была составить 10%. В 1994 году 12 других штатов США также принимают California’s ZEV Mandate. Автопроизводителям не нравится этот закон, и они настроены против него. В 2002 году GM и DaimlerChrysler подают в суд на CARB с целью отмены ZEV Mandate  и выигрывают судебный процесс. Требование нулевого выброса выхлопа автомобилей заменяется требованием его более низкого уровня. В связи с требованием закона 1990-го года,  автопрозводители начали выпуск электромобилей. Был выпущен целый ряд моделей, среди них были  General Motors EV1 и S10EV, Honda EV Plus, Nissan Altra EV, Toyota RAV4 EV. По решению автопроизводителей электромобили можно было взять только в аренду, по истечении которой они должны были быть возвращены обратно. Всего, таким образом, было приобретено 5500 автомобилей. В 2002 году электромобили были отозваны с рынка, и как утверждается, большинство из них были уничтожены. Владельцы электромобилей протестовали и подавали в суд, но только Toyota приняла решение о продаже своих RAV4. Описание этих событий и их возможные причины  рассматриваются в популярном фильме «Кто убил электромобиль?» (Who killed electric car?), снятом в 2002 году.

Революция электромобилей в 21 веке

Tesla Model X

В 2003 году Илон Маск основал в Силиконовой долине компанию Tesla Motors, ориентированную на производство электромобилей и аккумуляторов, названную в честь всемирно известного физика Никола Теслы. Отношение к электромобилям в 21 веке постепенно меняется, из диковинных курьезов они превращаются в обычный повседневный транспорт.  В 2006 году Tesla Motors на Международном авто-шоу в Сан-Франциско демонстрирует свою модель электромобиля Tesla Roadster, не уступающего по ходовым качествам — динамике разгона и максимальной скорости, обычным автомобилям. Отношение автокомпаний к элеткромобилям начинает меняться. В 2008 году Tesla Motors начинает серийный выпуск электромобиля Tesla Roadster. В Tesla Roadster используются литий-ионные аккумуляторы, которых хватает на пробег без подзарядки до 300-400 км. Полная зарядка аккумуляторов составляет 3,5 часа.  Tesla Roadster разгоняется до 100 км/ч менее чем за 4 секунды, а максимальная скорость принудительно ограничена 201,1 км/ч.  Стоимость базовой модели — 109 000 долларов. За время выпуска Tesla Roadster с 2008 по 2012 было продано 2600 автомобилей. В 2009 году Tesla представляет седан Model S, который занимает высшее место в рейтинге автомобилей, составляемом компанией Consumer Reports и ведущими автомобильными журналистами. В этом же 2009 году поступает в продажу Mitsubishi i-MiEV и становится хитом продаж в 2010 году в Европе, Китае и Австралии, а в 2011 году — в США и других странах. В 2011 году Mitsubishi i-MiEV становится первым электромобилем, количество продаж которого превосходит 10 000 машин.

2010-й год

Nissan Leaf

В 2010 году количество электромобилей на дорогах всего мира достигает 25 000, что меньше чем было в США в 1912 году, но гораздо больше, чем всего несколько лет назад. В 2011 году  это количество утраивается, и число электромобилей достигает 80 000.

2012-й год

2012: Tesla представляет Model X, кроссовер на основе модели S.

2012: Tesla начинает создание Североамериканской сети станций зарядки (North American Supercharger network), которой, владельцы машин Tesla могут пользоваться бесплатно.

2012: На дорогах мира насчитывается примерно 200 000 электромобилей, в 2,5 раза больше чем в предыдущий год.

2013-й год

2013: Nissan LEAF стал первым автомобилем, проданным в количестве более 50 000 экземпляров.

2013: Nissan LEAF стал дешевле на 6000 долларов благодаря запуску производства в США (в штате Теннеси).

2013: Альянс Renault–Nissan продал более 100 000 гибридных автомобилей по всему миру, это впервые удалось сделать одной компании.

2013: На дорогах мира насчитывается примерно 405 000 электромобилей, в 2 раза больше чем в предыдущий год.

2014-й год

Гигафабрика Tesla

2014: На рынке представлено огромное количество 100% электрических и гибридных автомобилей, таких как: BMW i3, BMW i8, Bolloré Bluecar, BYD e6, BYD Qin, Cadillac ELR, Chevy Spark EV, Chevy Volt, Citroën Berlingo Électrique, Citroën C-Zero, Fiat 500e, Ford C-Max Energi, Ford Fusion Energi, Ford Focus Electric, Honda Accord Plug-in, Honda Fit EV, Kia Soul EV, Mercedes-Benz B-Class Electric, Mia Electric, Mitsubishi i-MiEV, Mitsubishi Outlander Plug-in, Nissan e-NV200, Nissan Leaf, Opel Ampera, Peugeot iOn, Peugeot Partner EV, Porsche Panamera S-E Hybrid, Renault Kangoo ZE, Renault Twizy, Renault Zoe, Smart Electric Drive, Tesla Model S, Tesla Model X, Toyota Prius Plug-in, Toyota RAV4 EV, Via Motors VTRUX SUV/Truck/Van, Volvo C30 Electric, Volvo V60 Plug-in, Volkswagen e-Golf, Volkswagen e-Up!, Volkswagen XL1, Wheego LiFE, Wheego Whip.

2014: Tesla объявила о планах построить «гигафабрику» аккумуляторных батарей для того, чтобы обеспечить выпуск достаточного количества батарей для выпускающихся и будущих транспортных средств.

2014: Tesla открывает свои патенты для всех, кто хочет использовать их «в духе доброй воли».

2014: Tesla объявила, что ее электромобиль 3-го поколения будет гораздо более доступным, и будет называться Tesla Model 3. Пробег на одном заряде составит более 320 километров, его ожидаемая цена будет примерно $30000, и он начнет выпускаться в 2017 году.

2014: Тесла начинает работать над производством модели X.

2014: Nissan LEAF стал первым автомобилем, проданным в количестве более 100 000  экземпляров

2015 — 2017-е года

К декабрю 2015 году продажи Nissan LEAF преодолевают отметку в 200 000 проданных автомобилей, что делает его самым продаваемым в мире электромобилем за всю историю. Tesla Model S преодолевает отметку в 100 000 проданных автомобилей, что делает его вторым продаваемым электромобилем в мире.

Model 3

Tesla Model 3 был представлен покупателям 31 марта 2016 года со стоимостью от 35 тыс. $. 7 апреля 2016 года Tesla сообщает о 325 000 заявок на автомобиль, что в три раза больше, чем 107 000 всех проданных Tesla Model S к концу 2015 года. Renault-Nissan достигает рубежа в 350 000 проданных электромобилей в августе 2016 года. К сентябрю 2016 года продано более 100 000 единиц электромобилей Renault. Общее число всех проданных легковых и грузовых электромобилей  достигло 2 000 000 проданных единиц к декабрю 2016 года. В декабре 2016 года компания Nissan сообщила, что к ноябрю 2016 года общая величина пробега всех проданных электромобилей Nissan LEAF достигла 3 миллиардов километров, что позволило предотвратить 500 000 тонн выбросов углекислого газа в атмосферу. Tesla также сообщила, что общий пробег всех проданных ею машин достиг 3 миллиардов километров к октябрю 2016 года. В декабре 2016 года Норвегия становится первой в мире страной с 5% электромобилей от общего числа всех автомобилей в стране.

В феврале 2017 года Consumer Reports называет Tesla лучшим американским автомобильным брендом, и он занимает 8-е место среди мировых автопроизводителей. Лидером рынка по количеству продаваемых машин является Nissan LEAF, второе место принадлежит Tesla Model S, а третье место занимает BMW i3.

Россия

Lada Ellada

В 2011 году российский АвтоВАЗ представил первый электромобиль собственного производства LADA Ellada. В декабре 2012 года объявлено, что около ста машин будут поставлены в Ставропольский край, где будут использоваться как такси, при этом администрация Ставрополья будет субсидировать таксопарку половину стоимости автомобиля. 22 января 2013 года АвтоВАЗ отгрузил первые пять электромобилей LADA Ellada из партии таксопарку в Кисловодске.

22 августа 2015 года компанией White Square Motors при государственной поддержке запущен проект российского серийного электромобиля SONA RR100. Выход на дороги пилотного образца ожидается уже в 2018 году.

Читать другие статьи в рубрике: электромобили

alternativnaya-energiya.ru

Альтернативные источники энергии и виды транспорта на нем 7 альтернативных видов топлива для автомобилей и других транспортных средств.

Автор: I_love_nature | Рубрика: Статьи и обзоры | 21 Май 2009

Из-за недавнего установления цены за галлон бензина в 4 доллара альтернативные виды топлива стали самым настоящим бумом. Наряду с уже изобретенным топливом на водородной основе, биодизельным топливом, электрическим и использующих сжатый воздух двигателями, современному индустриальному обществу будет тяжело создать следующее поколение транспортных средств, не потребляющих нефтепродукты. Эти совершенно новые, экологические, дружелюбно настроенные «колесницы» также заслуживают, по крайне мере, внимания и восторга, как и топливо, на основе которого они функционируют.

Двигатель, работающий на сжатом воздухе.

Возможно, что самой напрасно обнадеживающей альтернативой топлива из всех возможных является именно двигатель на сжатом воздухе. Воздух — все, что необходимо для того, чтобы заставить двигаться автомобиль, разработанный французскими инженерами, и который будет доступен американским водителям уже в 2010 году. Возможно, в это тяжело поверить, но этой маленькой машинке понадобится всего лишь сжатый воздух, чтобы совершить прогулку по городу со скоростью 35 км/час. (Если ваша совесть сможет простить вам использование нескольких капель топлива, тогда автомобиль сможет нагреть и сжать достаточное количество воздуха для увеличения скорости до 90 км/час.). Но самая лучшая новость, что машина будет продаваться по цене доступной практически каждому — 20 000 долларов.

Двигатель на растительном масле.

Защитники окружающей среды пребывали в восторге от идеи использования машинного двигателя, работающего на растительном масле, еще с тех пор, когда идея была впервые предложена, а сейчас мы уже можем наблюдать скачок из теории в реальную практику! Поклонники компании Volkswagen теперь имеют возможность водить машину с чистой совестью благодаря совершенно новому двигателю, работающему на биодизельном топливе, которым оснащена новая модель компании — «Жук» («Beetle»). Таким образом «Beetle» показывает принадлежность к парку автомобилей национального агентства по прокату автомобилей с биодизельными двигателями, чья штаб квартира расположена в Мауи.

Двигатели, работающие на топливе с водородной основой.

Перспектива оснащения машин водородными двигателями долгое время казалась привлекательной экологически дружелюбно настроенным мотоциклистам. И пока производители автомобилей пытаются преодолеть целый ряд технических трудностей (как увеличить процент эффективности хранения водорода в транспорте или как предотвратить его замерзание или возгорания), что не остановили их на пути к созданию эффективного топлива. Однако, суть в том, что эта модель является продуктом гиганта автомобильного рынка — компании Mercedes. Так что не ожидайте, что эта грушка будет столь же доступной, как и автомобили с двигателем на сжатом воздухе.

Этаноловые двигатели.

Многие из нас уже давно используют этанол в своих транспортных средствах, так как закон требует определенный процент его наличия в бензине, который мы покупаем. Но к 2010 году компания Suzuki Motors начнет продажу автомобилей полностью, на все 100 %, снабженных этаноловыми двигателями. Первой подобной машиной стал Седан E25, вышедший в продажу в марте этого года.

Вода. (Да, именно вода.)

Эта японская машина, названная Genepax, может проехать со скоростью приблизительно 80 км/час за один час времени при использовании одного литра воды как топливного ресурса. Автомобиль использует электроны водорода, выделяемые из воды, для производства электричества, которое, в свою очередь, питает электрический двигатель автомобиля. Для всех критиков, которые предполагали, что ни одна машина не сможет использовать в качестве топлива воду, Genepax является самым лучшим ответом.

Электрический двигатель.

Возникает такое ощущение, что такая машина может существовать разве что в фильме, но этот «фильм» очень даже управляем и реален благодаря своему происхождению, берущему свои истоки из человеческого начала. Внешний вил автомобиля напоминает космический двухместный корабль. Модель является детищем французского авто производителя Peugeot, который гордо представляет автомобиль, оснащенный огромными передними колесами, способными вращаться на разной скорости и оборачиваться на все 360 градусов. Однако, пока нет ни слова о том, когда или будет ли доступен данный автомобиль в продаже, хотя, думаю, что одного его существования уже достаточно для полного восхищения!

Топливные гранулы (Биомасса).

Если вы еще до сих пор не удивлены, что существуют автомобили, работающие на воздухе или воде, тогда эта модель точно вас заинтригует. Данная машина работает исключительно на топливных гранулах. Все верно — по существу это то самое вещество, которое могло бы быть сожженным в деревянной печи или походном костре, то, что приводит в действие автомобиль. Опилки, деревянная стружка — все это известно как биомасса, всеобъемлющий термин, относящийся к уже неживому биологическому материалу, который может быть использован в качестве топлива.

Репост:

Вконтакте

Twitter

Facebook

Google+

Pinterest

Следите за новостями альтернативной энергетики через Вконтакте:

www.cheburek.net