Об экологически незапятнанных автомобилях заговорили еще в 70-х годах. Но тернистый путь от идеи к реальному макету начался еще позднее и длится до сего времени.

АВТОВАЗ, будучи наикрупнейшим российским автоконцерном, не остается в стороне от глобальных тенденций. В этом году на 5-ый Столичном международном автомобильном салоне ВАЗ представил принципно новейшую разработку электромобиля на топливных элементах, концепт, затрагивающий не внешнюю сторону, а меняющий саму сущность автомобиля в дальнейшем.

Подробнее о вазовской новинке "Лада-Антэл" ведает советник вице-президента по техническому развитию Жора Мирзоев, который является управляющим этого проекта.

- Жора Константинович, в чем заключается принципная новизна "Лада-Антэл", каковы механизмы работы применяемых топливных частей?

- На автомобиле находятся баллоны с водородом и кислородом. В особом химическом генераторе меж водородом и кислородом происходит хим реакция при температуре около 100 градусов, в итоге чего делается электричество, а в качестве "выхлопа" появляется вода. Вот основной принцип энергоустановки. Водород, определяющий пробег автомобиля, находится под давлением 290 атмосфер, и машина может пройти 250 км. Весь этот комплекс установлен на электромобиль, сделанный на базе ВАЗ-2131 пару лет вспять.

В первый раз у нас в стране таковой генератор был сотворен для галлактических целей, а именно для "лунной" программки и для "Бурана". Разработка энергоустановки велась вместе с Уральским химическим комбинатом и Ракетно-космической компанией "Энергия" г. Цариц. Необходимо увидеть, что бензиновый двигатель имеет коэффициент полезного деяния около 30 процентов, а новенькая энергоустановка на топливных элементах - вдвое больше. Другими словами если перевести на хоть какое условное горючее, то выходит, что эта энергоустановка полностью экологически незапятнанная и растрачивает вдвое меньше горючего.

- Чем можно успокоить будущих покупателей, ведь содержание кислорода и водорода совместно небезопасно?

- Не опаснее, чем содержание паров бензина с воздухом. Когда в первый раз появились авто на бензине, тоже страшились, что машины начнут взрываться. Но этого не происходит. Естественно, мы в предстоящем будем перебегать с кислорода на воздух. Тут тоже свои трудности: кислорода в воздухе содержится всего 20 процентов, и чтоб получить таковой же эффект как при чистом кислороде, необходимо в 5 раз больше воздуха. В таком случае будет нужно ставить компрессор, который будет закачивать воздух в энергоустановку. Но даже если перейти с кислорода на воздух и бросить один незапятнанный водород на борту автомобиля, появляется другой вопрос. Где взять водород для заправки ? По всей видимости, 1-ое время придется устанавливать прямо на борту таковой генератор, который будет производить водород из бензина.

- История электромобилей началась еще 20 годов назад, с какими неуввязками пришлось столкнуться?

- В конце 70-х начали серьезно думать об экологически неопасных автомобилях - появилась мысль перевести машины на электротягу. Необходимы были аккумуляторные батареи, но оказалось, что мир не может сделать батареи, которые могли бы иметь довольно высшую удельную энергоемкость. А чтоб зарядить батареи, в отличие от заполнения бака бензином, нужно несколько часов. Тогда бы приходилось заряжаться ночкой, но если все бы стали заряжаться ночкой, не хватило бы электрических станций. Заморочек была масс, и интерес начал равномерно гаснуть. И исключительно в 90-х годах эта мысль возродилась и началась работа по топливным батареям. Сейчас уже задачка стояла научиться производить электричество из уже узнаваемых видов горючего.

- Какие перспективы у этого автомобиля в Рф?

- Показ "Лада-Антэл" на автомобильном салоне нужен, чтоб привлечь внимание инвесторов и правительства. Ведь создание экологических автомобилей должно стать гос политикой, а не политикой 1-го только Волжского автозавода. К тому же издержки очень огромные - приблизительно 1 млрд рублей в год в течение пяти-шести лет. "Лада-Антэл" может стать реальным, потребляющим вдвое меньше горючего, неопасным и экологически незапятнанным автомобилем. О том, как близко водородные машины приблизились к реальной жизни, можно судить по Бмв 745h. Буковка h - это хим символ водорода. Бмв 745h оснащается восьмицилиндровым движком на водороде. Как и предшественник, 745hL, он может работать как на бензине, так и на водороде. Движок объемом 4,4 литра развивает 135 кВт (184 л.с.), наибольшая скорость равна 215 км/ч. Припаса водородного горючего хватает для преодоления 300 км, если добавить к этому 650 км, которые можно проехать, заправив полный бак бензина, получаем практически 1000 км - очень благопристойную цифру. Компания Бмв представила новый экспериментальный автомобиль 750hL с движком на водородном горючем. Таким топливом (водород+кислород) обычно заправляют ракеты. Разработчиков завлекла экологичность мотора - он выделяет только водяной пар. Машина была продемонстрирована в Лос-Анджелесе - одном из самых задымленных городов США. По воззрению профессионалов, удалось сделать принципиальный шаг к переходу на "безбензиновые" движки. Компания Бмв будет продолжать тестирование новых автомобилей в собственном исследовательском центре в Калифорнии. Движки на водороде не только лишь экологичны, да и очень экономны. На модели 750hL установлен 12-цилиндровый движок, разгоняющий машину до 141 миль в час. Водянистый водород закачивается в особый бак и позволяет автомобилю проехать без дозаправки около 200 миль. Меж тем, некие специалисты скептически относятся к оснащению автомобиля таким взрывоопасным дополнением. К тому же, на сей день нет дешевенькой и надежной технологии производства водорода, что воздействует на потребительскую привлекательность машины.

Как сообщается, в серийное создание машина пойдет только лет через 10, но Бмв уповает запустить модели серии 7 на водородном горючем ранее. Основной задачей считается создание нужной инфраструктуры и изобретения надежного метода хранения такового горючего "на борту". Водород можно создавать из воды методом электролиза либо получать его из попутного нефтяного газа. В любом случае это горючее будет стоить пока существенно больше, чем бензин. Что касается цены самой машины, то Бмв 750 на водородном горючем сравнима по стоимости с обыкновенной версией - она стоит около $93 тыщ. Водород пробуют использовать и другие автоконцерны. Дженерал моторс применяет его в топливных элементах для выработки электричества. Honda и Тоета разработали гибридные модели, в каких водородные движки смешиваются с электронными. Форд, GM и DaimlerChrysler AG планируют представить собственные версии схожих машин в 2003 году. Тоета через два года планирует начать серийное создание авто движков на водороде. Один из таких автомобилей, который пока носит обозначение FCHV-4, уже проходит тесты на улицах Токио. Уже в 2003 году начнется продажа ограниченной партии FCHV-4 (Full Cell Hybrid Vehicle). Сколько будет стоить этот уникальный автомобиль, пока не сообщается. Понятно только, что мощность мотора составляет 107 л.с., а наибольшая скорость FCHV-4 равна 150 км/час.

Удельная масса водорода невелика, а вот его перспективы в автомобилестроении расцениваются как очень приличные. Топливный кризис 70-х годов принудил многие авто компании заного посмотреть на другие виды горючего. Тогда и был отмечен 1-ый всплеск энтузиазма к водороду. А что, этот "кандидат" смотрелся полностью многообещающе. Водорода на Земле — море. В прямом смысле слова, ведь его можно получать из воды… Но скоро кризис пошел на убыль, нефтепроводы заработали на полную мощность, а водородные трудности были, на 1-ый взор, отодвинуты в далекие углы академических лабораторий. Но прошло 20 лет, и сейчас эти исследования, похоже, обрели 2-ое дыхание — они оказались созвучны современным "экологическим" настроениям. Вправду: сжигаем водород — получаем воду. Как ни посмотри — полностью нейтральный и безобидный продукт.Как обычно, в новеньком и многообещающем деле огромное количество вариантов. Единообразие придет позже, а пока выбор достаточно велик. Самое обычное – заместо бензобака расположить на автомобиле баллоны со сжатым водородом. Подходящая аппаратура уже существует – ведь в мире много автомобилей работает на сжатом газе. Правда, природном, но приспособить эти устройства относительно просто. Естественно, и сам движок придется переделывать, но об этом чуток позднее.

Таковой путь, хотя и кажется обычным, все-же маловероятен. Тяжело представить водителя, который добровольно согласится возить емкости со сжатым до 200 кгс/см2 водородом, к тому же способным каверзно просачиваться через мелкие неплотности топливной аппаратуры.

В чем намного превосходит природный газ, состоящий из более "томных и неуклюжих" молекул и поэтому наименее склонный к утечкам. А еще каждый, непременно, припомнит "гремучий газ" – взрывоопасную смесь водорода с кислородом в объемном соотношении 2:1. Менее многообещающим смотрится и сжиженный водород. Кому захочется иметь дело с топливом, которое необходимо хранить при –253°С? И на какие технические ухищрения придется идти конструкторам, чтоб поддерживать таковой холод сколько-либо долгое время? Итак, этот вариант пока тоже отпадает. К счастью, еще есть одна возможность – гидриды. Напомним, что атомы металлов размещаются в определенном порядке, их "построение" именуют кристаллической решеткой. Итак вот, некие металлы и сплавы способны "расположить" меж своими атомами и атомы водорода. Такие "общества" и именуют гидридами.

Не вдаваясь в подробности, заметим, что емкость подобного "хранилища" (при равном объеме устройства) впятеро выше, чем у баллона со сжатым газом, и практически в два раза – чем у дьюара со сжиженным. Исследователи напористо отыскивают более походящие сплавы, но уже понятно, что лучшей основой для их является титан. Гидридные накопители штука достаточно непростая, и, естественно, они не состоят из цельного кусочка металла, а больше напоминают губку со обилием каналов – для скорого поглощения и выделения водорода. Последнее происходит при нагреве гидридов, а источник тепла на автомобиле длительно находить не надо – скажем, для этой цели полностью подходят жаркие выхлопные газы. Еще одна принципиальная черта гидридов – они стократ безопаснее других методов хранения водорода. Правда, для авто транспорта емкость и у их маловата, а вес и сложность устройства, напротив, значительны.

Резонно задать вопрос: если хранение вызывает такие трудности, нельзя ли получать водород конкретно на автомобиле? Оказывается, можно. Самым многообещающим считается метод, при котором сырьем служит метанол, либо, по старенькой русской систематизации, метиловый спирт – "младший братец" известного всем этилового. Родственничек-то, правда, с нравом – ядовит, но это если его пить, а вообще-то он применяется достаточно обширно – даже заходит в состав большинства авто жидкостей для мытья стекол. Итак, бак автомобиля – на самом деле, полностью обыденный – заполняют легкой жидкостью с резким спиртовым запахом. Отсюда она попадает в реактор (не пугайтесь, не ядерный, а хим), испаряется и в присутствии катализатора реагирует с водяным паром, выделяя водород и двуокись углерода. Горючее получено, осталось его использовать. Кстати, можно провести реакцию другим методом, тогда вторым из товаров окажется не СО2, а СО (тот, с которым борются экологи); смесь последнего с водородом получила заглавие синтез-газ. Так как Н2 и СО горючи, их можно совместно конкретно спаливать в цилиндрах бензинового двигателя. Подобные опыты проводились во огромном количестве лабораторий, в том числе и у нас в НАМИ.

ЖЕЧЬ Либо НЕ ЖЕЧЬ?

Более чем столетняя традиция тс с моторами внутреннего сгорания фактически совершенно точно решает этот вопрос в пользу первого варианта. Таковой путь сулит определенные выгоды – увеличивается действенный КПД мотора, единственным прямым продуктом реакции является водяной пар, и даже оксидов азота (они образуются при высочайшей температуре из кислорода и азота воздуха) выбрасывается в атмосферу в 4–5 раз меньше (данные НАМИ), чем при езде на бензине.

Определенную опасность представляют вспышки "гремучего газа" в коллекторе в момент открытия впускного клапана. Чтоб избежать этого, инженеры в 70-е годы подразумевали подавать водород конкретно в камеру сгорания. На чертежах тех лет несложно увидеть дополнительный канал в головке блока цилиндров и небольшой клапан, управляющий поступлением водорода. Позже выяснилось, что делему можно решить по-другому – скажем, впрыскивать в рабочую смесь воду либо обеспечить рециркуляцию отработавших газов (тоже, на самом деле, водяного пара). К преимуществам водорода как моторного горючего следует отнести его высшую детонационную стойкость, что позволяет приметно прирастить степень сжатия и давление наддува. Эти меры подымут эффективную мощность мотора (при "бензиновых" степенях сжатия из-за наименьшего коэффициента заполнения мощность мотора на водороде оказывается схема реактора.

Проводились опыты и по использованию водорода в... дизеле. Правда, в газодизельном цикле маленькая порция водянистого горючего подавалась в цилиндр, чтоб инициировать начало горения. Дизелю водород тоже пошел бы на пользу – с ним выбросы сажи и жестких частиц сводятся практически к нулю. На 1-ый взор, добавить к тому, что сказано, как бы нечего, если не погружаться в рассуждения о том, что лучше спаливать: незапятнанный водород, синтез-газ либо их различные консистенции с бензином, метанолом, соляркой... Но, оказывается, не все спецы мыслят настолько прямолинейно. Некие, раз ступив на путь исследовательских работ в области химии водорода, уже и слышать не желают о движках внутреннего сгорания. И вот, благодаря усилиям конструкторов на сцене возникает новое необычное устройство, позволяющее при реакции водорода с кислородом получить электронную энергию конкретно!

Многие, возможно, помнят школьные опыты по электролизу: в воду опускают два электрода, подводят определенное напряжение, и на одном из их начинает выделяться водород, а на другом – кислород. Тут же все происходит с точностью до напротив. Водород в чем либо сродни металлам, и его атом просто теряет собственный единственный электрон. В устройстве, получившем заглавие водородный топливный элемент, реакция водорода с кислородом происходит в несколько стадий. Сначала водород обязан пройти через ионообменную мембрану, которая свободно пропускает только протоны – лишенные электрона атомы водорода (Н+), а совсем не его молекулы Н2. Электроны при всем этом остаются на отрицательном электроде (он же – платиновый катализатор). Пройдя через мембрану, водород вновь получает собственный электрон – в момент реакции с кислородом воздуха, на положительном (и тоже платиновом) электроде. Электроны же обязаны идти "кружным методом", через электронную цепь, производя при всем этом полезную работу. Ну вот, осталось подключить электродвигатель, блок управления и... батарею аккумов. Последняя, естественно, меньше, чем в электромобилях, и служит для приведения всего устройства в рабочее состояние, также сглаживает пиковые нагрузки на топливный элемент и сохраняет энергию при торможении. Бывалые экземпляры тс с таковой страшенной по трудности силовой установкой уже бегают по полигонам многих забугорных авто концернов, а "Тойота" даже представила свою модель FCEV (электромобиль с топливными элементами) на Токийском автомобильном салоне в конце прошедшего года. Занимаются этой темой и "Mercedes", и америкосы, но более активны жители страны восходящего солнца. По правде говоря, пока сложность и цена таких автомобилей неоднократно превосходят их эффективность, но, как знать, в дальнейшем ситуация может поменяться. Молвят, что в Стране восходящего солнца часто проводят конкурсы на тс с более сложными преобразованиями энергии. Пару лет вспять в таком соревновании одолел некоторый энтузиаст, придумавший... велик. Вращение педалей этого замудренного устройства приводило к трению 2-ух брусочков, которые, нагреваясь, кипятили воду. Маленькая паровая машина крутила генератор, а колеса приводились в действие электромотором. Что самое необычное, этот велик был способен двигаться (правда, очень неторопливо)! Жюри такая конструкция показалась просто уникальной.