Вокруг автомобилей на альтернативном топливе немало легенд. Так, рассказывают, что один харьковский изобретатель построил автомобиль, который заправлялся водой, и при этом прекрасно ездил. Или, что один французский изобретатель изобрёл двигатель, который работал почти без топлива, расходуя лишь небольшие количества металла в качестве катализатора, но злые нефтяные магнаты, которым изобретение грозило разорением, наняли для его устранения киллеров, а все материалы разработок таинственным образом исчезли...

Но даже если обратиться к более проверенным и массовым попыткам перевода автомобилей на альтернативное топливо, то и здесь можно насчитать очень большое число самых разнообразных вариантов.

Подавляющее большинство автомобилей до сих пор - это автомобили с двигателями внутреннего сгорания, работающими на бензине или дизельном топливе, получаемых из нефти. Однако резкое подорожание нефти в последнее время в сочетании с озабоченностью ростом вредных выбросов, которые производят автомобили, загрязняя атмосферу (особенно остро эта проблема стоит в крупных городах) привела к мысли правительства многих стран и автомобильные компании искать замену традиционному топливу. В связи с этим в последнее время тема об альтернативных видах топлива стала очень модной и эти самые автомобили на альтернативном топливе появляются всё в больших и больших количествах. На самом деле их "альтернативность" не так уж и велика, т. к. в большинстве случаев получается тот же автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, работающих на тех же принципах, только топливо представляет собой не бензин, полученный из нефти, а скажем, этанол или что-то в этом роде.
С другой стороны, альтернативные бензиновым и вообще автомобилям с ДВС автомобили появились ещё очень давно. Более того, эти "альтернативные" автомобили появились раньше и были исторически первыми. Это были автомобили, во-первых, автомобили с паровым двигателем, а во-вторых, электромобили.
Что же остаётся ещё? Оказывается, можно придумать ещё немало вариантов.
Вот, например, автомобиль, придуманный одним французским изобретателем, который работает на воздухе:
Воздух этот, правда, заранее должен быть сжат и охлаждён до -100°С, и, как ни странно, запаса сжатого воздуха хватает для езды в течение 4х часов со скоростью 50-60 км/час.
А в солнечной Австралии уже который год подряд проходят гонки на автомобилях с солнечными батареями. Машины, подобные этой, соревнуются в гонке по пустыне через всю Австралию и иногда им удаётся развить скорость свыше 100 км/час.
Машин с газовыми турбинами вместо двигателей внутреннего сгорания немного. Советский танк Т-80 - один из них. Мощность двигателя легко позволяет 42-тонному танку совершать такие прыжки:
Нижнее фото - гиробус, который когда-то ездил по улицам Бельгии. Идея подобных ему машин в том, чтобы использовать запасённую кинетическую энергию заранее раскрученного маховика. Хотя гиробусы в Бельгии и были выведены из эксплуатации, разработки в этом направлении продолжаются. Особым образом сконструированный маховик сегодня позволяет запасать достаточно энергии, сохраняя её при этом почти без потерь на месяцы и даже на годы!
Автомобили с паровым двигателем
Автомобили с паровым двигателем появились в 19 веке, и, к моменту, когда начали выпускаться автомобили, работающие на бензине, они уже были рапространены. Вот такой автомобиль образца 1884 г. был недавно выставлен на аукцион, и, что интересно, до сих пор находится во вполне рабочем состоянии!
Но на самом деле первые паровые автомобили появились ещё намного раньше! Считается, что первый паровой автомобиль был построен ещё в 1769 г. французом по фамилии Кюньо (более, чем за 100 лет до первых автомобилей с ДВС, которые пявились только в 80-е годы 19 в.). Вот как выглядел этот автомобиль (кстати, он до сих пор хранится во французском музее):Первый автомобиль, так называемая малая телега Кюньо, развивал на дороге скорость 4,5 км/ч, но только в течение 12 мин, поскольку на большее не хватало ни воды, ни пара. Необходимо было наполнить котел водой и вновь разжечь под ним костер, так как у первого автомобиля отсутствовала даже топка. Несмотря на свои недостатки, телега так понравилась военному министру, что он приказал тотчас же приступить к постройке улучшенного и увеличенного экземпляра, который можно было бы изготовлять в больших количествах для использования в войсках для транспортировки пушек. Кюньо построил новый, больший по размерам экзмепляр, котёл в котором уже имел собственную топку. Однако во время демонстрации у машины заклинило механизм управления, и машина, поехав не в ту сторону, врезалась в кирпичную стену, развалив её, а паровой котёл вдобавок взорвался...
В 19 в. паровые автомобили получают распространение.
Паровой автомобиль 19 в. Интересно, что человек, управлявший автомобилем, назывался водителем, а человек, стоящий сзади, который разжигал паровой котёл, - шофёромПаровые омнибусы стали использоваться для перевозки пассажиров на большие расстояния. Но несмотря на все усовершенствования, паровые автомобили до конца 19 в. оставались весьма неудобными для эксплуатации.

После появления автомобилей с ДВС паровые автомобили некоторое время всё ещё превосходили их по своим характеристикам. Например, в 1906 году на парвром автомобиле был установлен рекорд скорости 205,44 км/ч, автомобили, работающие на бензине, тогда могли ездить существенно медленнее. Кстати, современный рекорд скорости для паровых автомобилей - 234,33 км/ч, он был установлен в 1985 году.

Однако, с постепенным совершенствованием двигателей внутреннего сгорания и автомобилей, которые их использовали, паровые автомобили были постепенно вытеснены. Они оказались сложнее, дороже и менее экономичными. К началу 1920-х годов паровые автомобили практически полностью проиграли соревнование.

Однако, история паровых автомобилей на этом не закончилась. У них остались почитатели и энтузиасты, которые продолжали совершенствовать узлы паровых автомобилей и смогли решить некоторые присущие этим машинам проблемы. Удалось, например, значительно сократить время запуска двигателя - если прежде для того, чтобы "развести пары", требовалось значительное время, то теперь время ожидания сократилось до 40-60 секунд. В 30-е и 40-е в Европе продолжали выпускать грузовики и автобусы, имеющие паровые двигатели. От бензиновых вариантов их отличала завидная плавность хода (машине с паровым двигателем не нужна коробка передач) и малошумность.

В США энтузиастом постройки паровых автомобилей был Абнер Добль. Он использовал в своей машине жидкое топливо (керосин), в отличие от европейских машин, которые работали на угле. Ему удалось значительно упростить процесс запуска двигателя, внедрить в машине разнообразные автоматические регуляторы и т. д. Управлять машиной Добля было легко и приятно, машина быстро разгонялась, имела высокую скорость - до 130 км/час, при этом двигалась исключительно плавно и бесшумно. Главным недостатком машины, в которой Добль, стремящийся к совершенству, использовал самые дорогие и качественные детали, была её огромная цена.

Машина Добля

В 50-е в СССР задумались над проблемой обеспечения транспортом районов, в которых в то время существовали некоторые трудности с доставкой жидкого топлива. Был разработан паровой грузовик НАМИ-012, который развивал скорость 45 км в час, брал в кузов 6 тонн груза и имел запас хода до 80 км на одной заправке, а позже и полноприводный паровой тягач НАМИ-018, который использовался для вывоза брёвен на лесозаготовках. Эти грузовики могли запросто работать на дровах, угле или торфе.
Советский паровой грузовик НАМИ-012




Электромобили

Электромобили также появились существенно раньше автомобилей, работающих на бензине. Время появления первого электромобиля -1841 г. В конце 19 - начале 20 в. электромобили также были достаточно широко распространены. Не шумящие и не дымящие, в отличие от бензиновых или паровых машин, электромобили пользовались популярностью у аристократии.
В самом конце 19 в. вот этот электромобиль установил рекорд скорости для автомобилей, впервые превысив рубеж 100 км/час.

До сегодняшнего момента электромобили выпускались и использовались то тут, то там, периодически возникали разговоры об их преимуществах и необходимости внедрения, однако проблемы, присущие электромобилям, в полной мере так и не решены до сих пор.

Главная проблема электромобилей - малый запас хода от одной подзарядки аккумуляторов. Несмотря на то, что за прошедший с начала 20 в. период характеристики аккумуляторов были существенно улучшены, электромобили по этому параметру всё же не могут пока конкурировать с автомобилями, работающими на бензине. Кроме того, существует проблема утилизации аккумуляторов, в состав которых часто входят вредные компоненты.
Несмотря на это, многие автопроизводители полны энтузиазма в отношении того, что в самое ближайшее время мы станем свидетелями бума в распространении электромобилей. Практически все известные компании, такие, как "Дженерал Моторс", "Тойота", "Рено", "Опель" и т. д. и т. п., внесли в свои планы на ближайшие годы развёртывание или расширение серийного производства электромобилей.
Кроме того, многие из них планируют существенно расширить производство гибридных автомобилей, таких, как этот Toyota Prius:


Гибридные автомобили смогут ездить как в режиме обычного бензинового автомобиля, так и в режиме электромобиля.
Автомобили на "традиционном" альтернативном топливе
Постоянно усиливающаяся проблема с ростом цен на топливо и загрязнением окружающей среды заставляет производителей активнее разрабатывать силовые установки, работающие на альтернативном топливе. Среди этих этих разработок уже выделились достаточно "традиционные" направления. Среди них:

1) "Биоэтанол". Ну, это обычный этиловый спирт, а "био" - потому, что его производят из растительного сырья. Этот вид топлива в двигателях внутреннего сгорания пробовали применять ещё в конце 19 века. Однако тогда этанол не выдержал конкуренции с бензином - он даёт меньше энергии при сгорании, а значит - уменьшается мощность двигателя. Сейчас к идее вернулись, отчасти благодаря постоянно дорожающей нефти, отчасти ради заботы об окружающей среде - в отличие от бензина, автомобили, работающие на этаноле, своими выбросами куда менее вредят атмосфере.

Однако, помимо меньшей энергоёмкости, ещё одной проблемой являются затраты на производство этанола. Сейчас этанол в тех странах, где пытаются на него переходить, получают из зерна или сахарной свеклы, т. е. пищевых продуктов. И растительного сырья нужно много - так, например, одна заправка спортивного автомобиля может съесть до 250 кг. кукурузы. На фоне подступающего мирового продовольственного кризиса планы США по производству биотоплива из растительного сырья (а там на этанол пускают уже где-то 25% выращиваемой кукурузы) многие подвергли резкой критике. Ринулись переходить на альтернативное топливо и в Швеции - компания Saab недавно продала уже стотысячный автомобиль, работающий на этаноле.

2) "Биодизель". Ещё одна разновидность топлива из растительного сырья, возможность использования которого использовали ещё в начале 20 века. Наиболее предпочтительным сырьём для производства этого вида топлива является рапс, можно использовать также сою, хлопок и т. п.

3) Природный газ. В общем-то, этот вид топлива уже давно используется в качестве "альтернативного" и в настоящее время газ является самым популярным альтернативным топливом. Газ дешевле и запасов его в мире больше, машины, работающие на природном газе, меньше загрязняют окружающую среду, однако за счёт того, что для хранения газа нужны тяжёлые и прочные баллоны, для небольших автомобилей использование газа не очень выгодно.

4) Водород. У этого вида топлива как альтернативы традиционному в будущем очень много сторонников. Использование водорода в качестве топлива, с одной стороны, достаточно привлекательный вариант - он при сгорании совершенно не загрязняет атмосферу, не выбрасывая, в отличие от других "альтернативных топлив", даже углекислого газа, вызывающего парниковый эффект. Кроме того, его энергия сгорания весьма высока. Автомобили, работающие на водороде, уже выпущены, и ряд корпораций планирует выпустить ещё больше автомобилей, работающих на водороде, в ближайшее время.

Автомобиль фирмы "Пежо", работающий на водороде
Однако, есть немало проблем. Во-первых, водород очень взрывоопасен, и хранить его неудобно и дорого. Во-вторых, само получение водорода требует затрат энергии, и имеет смысл, очевидно, только в том случае, если для его получения будет использоваться "даровая" энергия ветра или Солнца, иначе никакого выигрыша с точки зрения охраны окружающей среды получено не будет. В-третьих, переоборудование автомобиля для работы на водороде приведёт к усложению и утяжелению конструкции.

В конструктивном плане есть два варианта получения энергии из водорода - это использование т. н. топливных элементов, либо использование водорода в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. У обоих вариантов есть плюсы и минусы, сторонники и противники.

Этот автомобиль, выпущенный компанией "Вольво", может работать аж на 5 различных видах топлива. Это биоэтанольная смесь E85, сжатый природный газ, биогаз, бензин и газовая смесь Hythane (10% водорода и 90% природного газа метана)


Водородный транспорт
Водородная энергетика




Энергетические кризисы, возникающие при малейшей заминке на рынке продажи традиционного топлива, стимулируют поиск наиболее эффективных заменителей газа или нефти. По мнению большинства ученых, занимающихся поиском альтернативных энергоносителей, одним из перспективнейших направлений развития современной энергетики является попытка замены углеводного топлива на водород - наиболее распространенный в природе химический элемент.

За проведения подобной модернизации выступают и экологи, поскольку продукт распада водородного топлива (вода) относится к абсолютно безвредным химическим соединениям, чего не скажешь о привычных углеводах, горение которых сопровождается выделение в атмосферу целого «букета» вредных веществ. Доступность водорода, содержащегося и в воде, и воздухе, и даже в разряженном космическом пространстве, делает водородную энергетику чрезвычайно популярной с точки зрения крупного бизнеса (затраты на добычу энергоносителя практически нулевые, а прибыль можно извлекать буквально из воздуха).

В начале 21-го века серьезный бизнес открыто заявил о заинтересованности именно в водородной энергетике. Во второй половине «нулевых» США, Китай и страны ЕС инвестировали в производство водорода миллиарды долларов. Только один проект водородной электростанции «FutureGen» обошелся правительству США в 1,2 миллиарда долларов, а стоимость китайского аналога GreenGen оценивается в еще большую сумму. Кроме того, водородную энергетику развивают такие компании, как Sharp, Sanyo, Hitachi, Toyota, Panasonic, инвестирующие громадные суммы в производство бытовых энергоустановок.


Водородное топливо.

Одним из возможных способов использования энергии водорода является трансформация этого химического элемента в водородное топливо – сжиженную или газообразную смесь водорода и кислорода. Теплота горения подобного коктейля существенно выше теплоты окисления смеси бензина (природного газа) и воздуха. Кроме того, смешанный в определенных пропорциях водород и кислород детонирует в камере сгорания не хуже бензиновых паров. Распространение водородного топлива пока еще сдерживает высокая себестоимость конечного продукта и отсутствие развитой инфраструктуры (заправочные станции, заводы по производству, топливопроводы и прочее). Стоимость килограмма водородного топлива зависит от способа получения. Например:

- конверсия метана обходится в 2,5 доллара за кило топлива;

- классический электролиз воды приводит к затратам от 2 до 10 долларов за кило топлива (в зависимости от способа получения электроэнергии);

- высокотемпературная обработка угля в безвоздушном пространстве позволяет получать кило топлива по цене от 1,5 до 2 долларов.

Разумеется, при таком уровне развития технологии добычи водородного топлива оно не может конкурировать с традиционными энергоносителями. Однако современные технологии совершенствуются, что приводит к снижению себестоимости альтернативного горючего, а традиционные нефтепродукты только дорожают. Поэтому в ближайшем будущем либо бензин приблизится к цене водородного топлива, либо альтернативное горючее подешевеет до цены нефтепродуктов – в любом случае в выигрыше окажутся производители альтернативных энергоносителей.


Водородные автомобили

Гиганты автомобильной индустрии очень быстро отреагировали на перспективы трансформации энергоносителей. Попытки разработки «водородного» транспортного средства увенчались успехом еще в прошлом веке, а в первом десятилетии века нынешнего появились уже серийные образцы «водородных» автомобилей. По оценкам немецких футурологов из группы к середине 21 века доля привычных, бензиновых двигателей не превысит одной четверти, остальные агрегаты будут потреблять альтернативное топливо.

На сегодняшний день мировые автопроизводители могут предложить заинтересованным покупателям и «водородную» и «гибридную» (традиционный бензин плюс водород) схему силового агрегата. Лидирующие позиции в этом сегменте рынка занимают концерны Daimler, Honda, и симбиоз китайского Shanghai и немецкого VW. Именно эти производители предлагают автолюбителям готовые решения: BMW Hydrogen 7, Honda FCX, Mercedes F-Cell. Рассмотрим эти и другие решения подробнее.

1. Honda FCX – полноценный «водородный» автомобиль, развивающий скорость до 160 км/час и способный проехать более 500 километров на одной заправке. Емкость бака Honda FCX – более 5 килограмм сжиженного водорода. На сегодня обладателями этого технического чуда являются 200 счастливчиков, а готовность приобрести такой автомобиль выразили около 50 тысяч автолюбителей.



Силовыми агрегатами Honda FCX являются 3 электродвигателя, один вращает вал передней колесной пары, два других вмонтированы в задние колеса. Мощность «переднего» двигателя – 80 кВт. Мощность «задних» агрегатов – по 25 кВт каждый. Двигатели Honda FCX не испытывают проблем с пуском даже при чрезвычайно низких температурах (-30 по Цельсию).

Проект Honda FCX относится к комплексным решениям. Кроме транспортного средства компания Honda продает бытовую установку по добыче водородного топлива - Home Energy Station, вырабатывающую водород методом электролиза. Причем под водородное топливо расходуется только часть выработанного газа, оставшийся объем тратится на производство электроэнергии и обогрев жилища. В сутки Home Energy Station производит около 50 «кубов» альтернативного топлива.


2. Mercedes F-Cell является автомобилем из серии «B-class», оснащенным особым агрегатом, который разрабатывался в рамках проекта HYGENIUS. На сегодняшний день проект F-Cell проходит традиционные тесты, аналогичные испытаниям в полевых условиях «бензиновых» моделей. Инженеры концерна Mercedes заявили о решении проблемы «холодного пуска» двигателя и возможном завершении работ по оптимизации функционирования управления электродвигателем в скоростном режиме.
Mercedes F-Cell образца 2010 года оснащен электродвигателем F 600, мощность которого увеличилась до 115 лошадиных сил, а крутящий момент приближается к отметке 350 Нм. Кроме того, инженеры Mercedes добились 16-процентного сокращения потребления топлива по сравнению с моделями 2005 года. Теперь Mercedes F-Cell способен преодолеть более 400 километров всего на одной заправке «водородного» бака. Расходы на заправку «полного» бака не превышают стоимости 12 литров стандартного дизельного топлива. Автомобиль Mercedes F-Cell пока еще не поступил в продажу. Концерн Mercedes-Benz эксплуатирует модель F-Cell в рекламных целях, подогревая интерес к другим разработкам компании – автобусам из серии Citaro.



3. Проект Citaro ориентирован на выпуск общественного транспорта для крупных городов. На сегодня в мире существует около 40 действующих автобусов Mercedes Citaro. Мощность электродвигателя такого автобуса не превышает 250 кВат, что позволяет транспортировать пассажиров и багаж со скоростью 80 км/час. Расход составляет 25 кило на 100 километров. В баке бака Mercedes Citaro помещается 42 килограмма водородного топлива, что позволяет этому транспортному средству проехать 167 км без дозаправки. Автобусы Mercedes Citaro можно увидеть не только в крупных городах Европы – 3 автобуса закупил Китай (для пекинского общественного транспорта), а 1 автобус «заехал» в далекую Австралию.
4. BMW Hydrogen 7 –очередной вариант стандартной «семерки» BMW, оснащенный гибридным двигателем внутреннего сгорания. В качестве топливной смеси применяется бензин или водород. Двигатель Hydrogen является итогом двадцатилетней работы инженеров компании BMW. Этот агрегат способен «разогнать» стандартный BMW 7 до 230 км/час, а до первой сотни это авто «добегает» за 9,5 секунд.
Показатель потребление топлива у Hydrogen равняется 6,5 литрам бензина или 25 литров жидкого водорода на 100 километров пути. Емкость классического (бензинового) бака – 74 литра (хватает на 480 км). Емкость водородного бака – 8 килограмм. Именно этот элемент BMW Hydrogen 7 отличает данное авто от изделий конкурентов. Бак для водородного топлива позволяет сохранять этот летучий газ в сжиженном состоянии, поддерживая постоянную температуру в -253 градусов по Цельсию. Разумеется, такая схема хранения топлива чрезвычайно опасна, но концерн BMW утверждает, что его автомобиль Hydrogen 7 не опаснее классического бензинового варианта, а канадские аудиторы из Magna International подтверждают это заявление. Водородный бак для Hydrogen 7 прошел все тесты безопасности, и выдержал не только механическое воздействие, но и нагрев до температуры в 1000 градусов по Цельсию. К сегодняшнему дню реализовано более 100 автомобилей BMW Hydrogen 7
5. Аналогичный проект делает компания Mazda, решившая запустить в серию концепт RX-8 hydrogen – автомобиля с гибридным двигателем. Агрегат получил наименование Wankel и позволяет проехать до 100 километров пути на одной заправке водородным топливом или 550 км на бензине.
Емкость водородного бака составляет 2,4 кило. Первая партия RX-8 hydrogen была заказана Норвегией, закупившей более 30 автомобилей для проверки работоспособности национального проекта HyNor (водородные дороги Норвегии - hydrogen highway in Norway). Мощность водородной части двигателя RX-8 hydrogen в два раза ниже бензиновой – 109 против 192 «лошадок», но этих усилий с избытком хватает для достижения максимальной скорости в 170 км/час и разгона до 100 км/час 10 секунд.

Водородные заправочные станции. Водородные шоссе


Для представителей автомобильной индустрии ввод в эксплуатацию водородных двигателей является очередным этапом борьбы за благорасположение целевой аудитории потребителей. Практически все крупные корпорации уже имеют в своем модельном ряду «водородный» автомобиль и готовы наращивать производство подобных авто уже в ближайшем будущем. Представители энергетических компаний не разделяют подобного оптимизма. В последние десятилетия бензиновые колонки с трудом уступают место газозаправочным станциям.
Вероятно, поэтому производители водородных заправок ориентируют свою продукцию на бытовой рынок, предпочитая разрабатывать и продавать либо домашние, либо мобильные водородные заправочные станции. Подобную политику декларирует концерн Toyota, реализующий бытовую водородную установку всего за 4100 долларов США.
На промышленной основе водородные заправки строят только в США и Канаде. Именно в этих странах за последнее 2-3 года открылось более 200 заправок. Американское правительство реализует план оснащения водородными заправками крупных магистралей. Водородные шоссе появились в Калифорнии, Нью-Йорке (Hi Way Initiative), Иллинойсе (2H2), Флориде. Подобного размаха внедрения водородного топлива не наблюдается даже в Канаде (1 шоссе на 900 км- The Northern H) и Норвегии (система дорог HyNor, общей протяженностью в 500 км). Германия и скандинавские страны пока еще только собираются внедрять национальные проекты водородных магистралей (соответственно - Zero Regio и Scandinavian Hydrogen Highway Partnership).

Жителям нашего государства остается только завидовать иностранцам и удивляться нерасторопности отечественных энергетиков. Хотя проекты установки водородных двигателей на автомобили Lada 111 и «Нива» были реализованы еще в начале 21-го века.  

Cпортивный, мощный, красивый и подтянутый Porsche Cayenne 957 пропитан роскошью, а технические  характеристики удивляют своими возможностями. Этот люксовый автомобиль имеет стандартный набор: круиз-контроль, премиальная «музыка», различные системы пассивной и активной безопасности, полный электропакет, климатическая установка, штатная навигационная система и многое другое