Альтернативные виды топлива

-Выбросы вредных веществ ниже, чем при использовании «нефтяного» горючего;

- Запасы сырья неограниченны;

Минусы:
-Высокие затраты энергии для производства горючего;

- Необходимы значительные вложения средств для создания предприятий по выпуску синтетического топлива и создание структуры накопления, поставки и подготовки сырья;

Газ.

На газе (светильном) поршневые двигатели внутреннего сгорания работали еще в доавтомобильную эпоху. Теперь для питания автомобильных двигателей используют два различных типа газообразного топлива - метан или пропан-бутановую смесь.

Сжатый газ.

Сжатый газ (метан, природный газ, биогаз) достаточно давно используется как горючее для ДВС. Метан - это тот самый природный газ, который по магистральным газопроводам поступает в крупные города и сгорает в конфорках бытовых газовых плит. Так как запасы метана практически неограниченны, он очень дешевый.

Возможно переоборудование для работы на метане практически любых бензиновых двигателей (карбюраторных, инжекторных) и даже дизельных (хотя объем доработок последних существенно выше и это не всегда экономически целесообразно). Кроме традиционной добычи газа, метан можно получать при переработке органических отходов (биогаз).
    Но при использовании метана в качестве моторного топлива возникает одна проблема - компактно его можно хранить только в сжатом виде под давлением в 250 атмосфер, для чего нужны очень прочные баллоны. Если делать их из стали, то придется возить с собой батарею баллонов весом до полутора тонн - такой балласт могут взять на борт только грузовики и автобусы, да и то ценой существенного уменьшения грузоподъемности. А ведь при малейших утечках есть еще и проблемы взрывобезопасности.

Сжиженный газ.

Этот вид моторного газообразного топлива распространен куда шире. Это пропан-бутановая смесь - сопутствующий газ, который получают при добыче и переработке нефти (продукты стабилизации газового конденсата, попутный газ при добыче нефти и природный газ (при его переработке).

    Пропан-бутан можно хранить в сжиженном виде под давлением в 16 атмосфер, а стальной баллон емкостью 50-80 л, который вполне подойдет для обычного легкового автомобиля, весит не более 40-70 килограммов.

    Как и дизельное топливо, пропан-бутановая смесь бывает летней и зимней, и вызвано это разделение тоже особенностями сезонной эксплуатации. Дело в том, что пропан испаряется при -45°С, а бутан - при -0,5°С. Летом смесь на 75% состоит из бутана, а на 25% - из пропана, и при низких температурах она просто не сможет перейти в газообразное состояние. Поэтому зимний состав пропан-бутановой смеси содержит 75% пропана и 25% бутана.

    Запуск карбюраторного двигателя на газе возможен и при отрицательных температурах. Однако специалисты рекомендуют при температуре воздуха ниже +5°С пускать двигатель на бензине и переходить на газ спустя некоторое время. Кроме того, даже летом нужно давать двигателю хоть иногда поработать на бензине - для промывки карбюратора. Если этого периодически не делать, то его жиклеры забиваются смолами и грязью, которые неизбежно сопровождают плохо очищенный отечественный газ.

    Кстати, в соответствии с сезонной сортностью немного изменяется и антидетонационная стойкость газовой смеси. Пропан имеет октановое число 110, а бутан - 95, поэтому октановое число пропан-бутана может варьироваться от 99 до 106.

    Еще одним видом сжиженного газа является диметиловый эфир, который, в ближайшие годы, может стать основной альтернативой дизельному топливу.

    Диметилэфир - это сжиженный газ, который вырабатывается из природного метана. Он характеризуется высоким цетановым числом (55-60 против 40-55 у нефтяного дизельного топлива) и полным отсутствием сажи в выхлопе.

    Для использования этого вида топлива не придется создавать новую инфраструктуру АЗС - достаточно сделать их двухтопливными, а на машину поставить комплект газовой аппаратуры. Кстати, эфир вдвое дешевле солярки, но расход его вдвое выше.

Плюсы и минусы сжатого газа.

Плюсы:

-Значительные запасы и возможность получения из возобновляемых источников;

-Меньше токсичность выхлопных газов;

- Конструктивные изменения в бензиновых автомобилях незначительные, но больше, чем при переоборудовании на сжиженный газ;

Минусы:

-Большие, тяжелые и дорогостоящие газовые баллоны;

- Более высокая по сравнению с преоборудованием на сжиженный газ стоимость работы;

- При транспортировке природного газа возможны его утечки;

Плюсы и минусы сжиженный газ.

Плюсы:

-Цены ниже, чем на бензин (но выше, чем на сжатый газ);

- Возможно переоборудование практически любых бензиновых двигателей внутреннего сгорания;
-Наличие дополнительной топливной системы;

- Меньше токсичность отработавших газов;

Минусы:

- При температуре ниже 0°С (т. е. зимой) необходим запуск и прогрев на бензине;

- Дополнительные расходы на установку и обслуживание;

Водород

Тезис "водород - топливо будущего" звучит всё чаще. Большинство крупных автопроизводителей проводит опыты с топливными элементами. Такие экспериментальные автомобили в большом количестве мелькают на выставках.

    На данный момент существуют два вида применения водорода в автомобилях. Первый - это топливные элементы.

Ещё один путь внедрения водорода на автотранспорте - сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.
    BMW и Mazda предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными ныне двухтопливными машинами "бензин/газ"). Кроме того, перевод на водород обычных ДВС (при соответствующих настройках) не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы.

Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси. И сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь.

    Физические свойства водорода существенно отличаются от таковых у бензина. Над системами питания немцам и японцам пришлось поломать голову. Но результат того стоил. Показанные BMW и Mazda водородные автомобили сочетают привычную для владельцев обычных авто высокую динамику с нулевым выхлопом.

    А главное - они куда лучше приспособлены к массовому производству, чем "ультраинновационные" машины на топливных элементах. Как и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет, создателям машин с водородным ДВС нужно было сперва решить, каким способом хранить водород в автомобиле.

    Самый перспективный вариант - металл-гидриды - ёмкости со специальными сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании. Так достигается самая высокая безопасность хранения и самая высокая плотность упаковки топлива. Но это и самый хлопотный, и дальний по срокам массовой реализации вариант.

Ближе к серийному производству топливные системы с баками, в которых водород хранится в газообразном виде под высоким давлением (300-350 атмосфер), либо в жидком виде, при сравнительно невысоком давлении, но низкой (253 градуса Цельсия ниже нуля) температуре. Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором - мощнейшая теплоизоляция (рис.3.).

Рис.3. Автомобиль оснащенный водородом

Первый вариант более опасен, но зато в таком баке водород может сохраняться долго. Во втором случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный автомобиль на стоянку не поставишь. Точнее, поставишь, но водород хоть медленно, но будет нагреваться. Давление вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать дорогое топливо в атмосферу.

    Mazda выбрала вариант с баком высокого давления, BMW - с жидким водородом.

 Немцы понимают все недостатки своей схемы, но сейчас BMW уже экспериментирует с необычной системой хранения, которую будет ставить на следующие свои водородные машины. Пока автомобиль эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается жидкий воздух и закачивается в промежуток между стенками водородного бака и внешней теплоизоляцией. В таком баке водород почти не нагревается, пока испаряется жидкий воздух во внешней "рубашке". С таким устройством, говорят в BMW, водород в бездействующей машине может сохраняться почти без потерь примерно 12 дней.

         Итак, BMW и Mazda нанесли двойной удар по стану сторонников топливных элементов. Хотя стоимость последних постоянно снижается, а технологии совершенствуются, не исключено, что именно серийные ДВС на водороде откроют новую эру на дорогах планеты. Вот прогноз баварцев.

В последующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во всех западноевропейских столицах, а также на самых крупных трансъевропейских магистралях.

До 2010 года первые двухтопливные авто появятся в магазинах. В 2015-м на дорогах их будет уже несколько тысяч. В 2025 году четверть мирового автопарка будет питаться водородом. Какую пропорцию среди водородных машин составят машины с ДВС и авто на топливных элементах - деликатные немцы уточнять не стали.

Электричество

С первой половины XIX века стало широко использоваться преимущество электропривода автомобилей на базе заряжаемых батарей: никаких вибраций, выхлопных газов, теоретический коэффициент полезного действия почти 90 процентов в сравнении с 25 процентами у двигателя внутреннего сгорания.

    Первоначально усилия были направлены на поиски альтернативного источника тяговой силы для сильно шумящих и дымящих железнодорожных локомотивов, но уже скоро эксперименты сосредоточились на автомобилях. Первый экземпляр электродвигателя для легкого электромобиля построен англичанином Старлеем в 1888 году. Однако удовлетворительные результаты были получены Жанто и Раффордом лишь в 1893 году. Они построили автомобиль, в задней части которого находились две батареи емкостью 200 ампер-часов каждая и общим весом 420 кг. Мощность двигателя составляла 2,5 кВт при 1300 об/мин.

    Истинной причиной прекращения экспериментов с электроприводом в 1910 году стала невозможность решения основной проблемы электроавтомобиля - ограниченного запаса хода, а вовсе не быстрый прогресс двигателя внутреннего сгорания. Да и поиск других источников тяговой силы не казался актуальным.

    Что касается скорости, то здесь электромобили достигли заметных результатов. В 1897 году английский электротандем Gladiator Pinganet преодолел один километр с ходу за 1 минуту 46 сек., а отрезок в пять миль - за 8 минут 56 сек. В 1894 году пять электромобилей были заявлены на гонки Париж-Руан.

    Несомненно, выдающимся достижением этого типа двигателя было то, что в 1899 году Камилл Женатзи в ожесточенном единоборстве с другим электромобилем, управляемым Шасслу-Лаба, впервые преодолел рубеж скорости 100 км/час, показав среднюю скорость 105,904 км/час.

    Автомобиль Женатзи имел обтекаемую форму, что было одной из предпосылок этого рекорда. Но конструктор кузова, вероятно, забыл о водителе, который по пояс высовывался из автомобиля.

    Мировой рекорд скорости был последним славным событием в истории электромобиля, так как относительная дороговизна и ограниченность запаса хода перевесили его теоретические достоинства. Это были практически те же возражения, которые и сегодня высказываются против производства аккумуляторных автомобилей: одна модель еще не может стать альтернативой бензиновому автомобилю. Большого успеха внутри страны и за рубежом в 1895-1909 годы добилась французская компания "Кригер" - наиболее крупный производитель электромобилей, которая была представлена дочерними компаниями в Англии - British Electromobil, в Германии - Namag и СТАЕ - в Италии.
    Запас хода модели 1897 года - при максимальной скорости до 24 км/час и весе 1100 кг (из них батареи весили лишь 350 кг) - составлял примерно 60 км.

    Спустя два года появился еще более мощный автомобиль с двумя двигателями по 6 л.с., способный пройти 90 км без подзарядки батарей. Большой успех электромобили имели в США, где в 1888 году Фред М. Кимбелл изготовил первый экземпляр этого типа автомобилей. Компания Electric Carriage And Wagon в Филадельфии первой начала их серийное производство и в 1897 году снабдила Нью-Йорк несколькими электротакси. К 1912 году насчитывалось 20 тысяч легковых автомобилей с электроприводом. Но интересы и потребителей, и производителей все больше склонялись в пользу двигателя внутреннего сгорания. Только он давал возможность осуществлять длительные поездки.

Компания Бэйкер начала производить автомобили с электроприводом в 1897 году, но после слияния в 1914 году с компанией Paуx и Ланг отказалась от их производства. В изображенной здесь модели 1902 года Voiturette, которая имела длину примерно 2,4 м, конструкторы Бэйкер использовали прогрессивные технические новинки. Запас хода этой модели был очень ограничен, так как батареи необходимо было подзаряжать каждые 6-8 часов. На основе этой модели был разработан вариант со стреловидной формой корпуса для спортивных гонок - так называемая Торпедо Кид, которая выиграла несколько национальных гонок.

Чем привлекателен электромобиль, наверно, представляет каждый. Тем не менее мы еще раз напомним об этом. В первую очередь, он почти не дает выброса вредных веществ. Ядовитых газов, попадающих в атмосферу при зарядке и разрядке аккумуляторных батарей, несравненно меньше, чем при работе двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Чтобы отапливать электромобили зимой, на них устанавливают автономные обогреватели, потребляющие бензин или дизельное топливо. Но они, понятно, не загрязняют атмосферу так сильно, как ДВС.