И то, что не горит
Один из самых известных путей заставить автомобили «дышать» без ущерба для природы – электрификацию оставим в стороне. Такие машины уже не кажутся пришельцами из фантастического фильма, даже на наших улицах встречаются гибридные «приусы» и «лексусы». Но вряд ли весь автопарк планеты перейдет на электротягу. Конструкторы ищут и иные пути…
ПЛЮС ГАЗИФИКАЦИЯ
Едва ли не самый доступный способ очистить выхлоп, при этом еще и сэкономив на топливе, – перевод двигателя на газ. Операция эта относительно простая и недорогая, но для начала надо выбрать, какой газ использовать.
Метан (он же болотный или рудничный газ) чаще применяют в грузовых машинах и автобусах. Его плотность почти в тысячу раз меньше, чем у бензина, поэтому метан хранят и транспортируют под давлением 200–250 атм в тяжелых толстостенных баллонах. На дорогах не редкость грузовики, у которых под кузовом целая батарея красных «торпед» с запасом газа. Сейчас для облегчения конструкции стали использовать новые материалы. Например, фирма «Скания» делает версию автобуса «Омни линк», в моторе которого сгорает именно метан (ЗР, 2006, № 2), его запас возят на крыше. Там четыре алюминиево-композитных баллона по 320 литров каждый. Но даже новые материалы не спасли машину от тучности – емкости весят около 675 кг, да 200 кг добавляет запас газа. Выхлоп 310-сильного мотора чище, чем по нормам Евро V для дизелей, при том, что природный газ примерно втрое дешевле бензина!
Однако неудобство хранения сильно ограничивает применение метана в качестве топлива. Тем не менее инженеры предпринимают попытки установить резервуары высокого давления в легковой автомобиль. Например, ВАЗ показал прототип «Приоры» с четырьмя баллонами под днищем багажника. Запаса хватает примерно на 330 км пути, еще около 170 км можно проехать на бензине (ЗР, 2007, № 10).
Правда, легковые автомобили на метане нечасто доходят до серийного производства, хотя такие примеры есть. Гораздо проще использовать другой газ – пропан-бутан (его еще называют сжиженным нефтяным или попутным). Стоит несколько дороже, но его можно транспортировать и хранить при ощутимо меньшем давлении – около 15 атм. Поэтому баллоны гораздо проще и дешевле. Для работы мотора на пропан-бутане нужен всего один редуктор (в нем газ переходит из жидкого состояния в газообразное), в то время как для метана – два (высокого и низкого давления). Двигатель, работающий на попутном газе, выбрасывает в атмосферу примерно вдвое меньше вредных веществ, чем бензиновый собрат, «заточенный» под Евро IV.
Некоторые ученые ищут применение попутному газу не в двигателе внутреннего сгорания, а в… паровом! Правда, сейчас такие машины строят лишь для специальных соревнований. Скажем, в Англии создали автомобиль «Инспирейшн» (вдохновение). В его моторе пропан разогревает парогенератор, откуда пар под давлением около 40 атм поступает в двухступенчатую турбину. Не усмехайтесь – паровик развивает внушительную мощность: около 300 л.с.! Быть может, «вдохновленный» британец когда-нибудь откроет новую перспективу для паромобиля?
ВЫПИТЬ И ЗАКУСИТЬ
Все большую популярность завоевывают машины с моторами «Био Пауэр», работающими на спирте! Точнее, на биоэтаноле, смеси бензина со спиртом. Соотношение компонентов отражено в маркировке топлива: смесь Е85 содержит 85% спирта и 15% бензина. Вообще-то, в бак можно заливать и чистый спирт, но для холодного пуска обычного мотора нужны еще легкие фракции бензина.
Над такими двигателями активно работают «Рено», СААБ, «Вольво» и многие другие. Помимо снижения токсичности выхлопа, алкогольное горючее имеет еще одно достоинство – горит при более низкой, чем бензин, температуре и не склонно к самовоспламенению. Это существенно снижает нагрузки на детали, повышает ресурс. Разумеется, у спиртобензиновой смеси есть и минусы. Например, резиновые шланги и манжеты не выдерживают длительного контакта с алкоголем. Требует доработки и система впрыска – например, в нее добавляют датчик, контролирующий состав топлива.
Некоторые фирмы предлагают использовать для очистки выхлопа органику. Причем самую разнообразную, начиная от растений и заканчивая… павшими животными. Например, уже сейчас в Европе используют технологию «Блютек» – вместе с дизельным топливом в нейтрализатор попадает присадка «Ад-блю» на основе мочевины. Благодаря ей в сочетании с сажевым фильтром и накопительным нейтрализатором удалось снизить содержание угарного газа в выхлопе почти на 80% и уменьшить на 20–30% расход топлива.
Еще недавно многие конструкторы прочили большое будущее «биодизелю», сжигающему рапсовое масло. Аргументы в пользу «органической солярки» казались весомыми: при сгорании рапс выделяет ту самую углекислоту, которую поглощает при жизни, а сеять и собирать его можно ежегодно в огромных количествах. Однако моторы, работающие на таком топливе, не вписываются в нормы Евро IV. Помимо этого, рапсовое масло может провоцировать загрязнение форсунок, растворяя отложения обычной солярки в топливных магистралях. В общем-то, рапс вряд ли заменит нефтепродукты (в том числе по экономическим причинам), но попытки использовать органику в качестве горючего не прекратили.
Скажем, одно из наиболее перспективных направлений – топливо «Санфьюэл», над которым работают нефтяные гиганты «Бритиш Петролеум» и «Шелл». Процесс приготовления «солнечного топлива» довольно сложен, но в основе лежит разложение органики (опять же, практически любой) в специальном реакторе. Полученный газ подвергают обратному синтезу, получая жидкое топливо. В зависимости от длительности процесса и применяемых катализаторов можно изготовить как солярку без примесей серы, так и бензин. Другую разновидность «солнечного» горючего получают по схожей технологии, но при этом сжигают не органические ткани, а природный газ – метан. Во избежание путаницы его назвали немного иначе – «Синфьюэл».
Еще один вид топлива – водород. Над адаптацией моторов к этому газу работают несколько фирм. Пожалуй, наибольших успехов на этом поприще добились специалисты БМВ, которые создали «Гидроген-7» – гибридный вариант представительской «семерки». Они приспособили 6-литровый 260-сильный 12-цилиндровый двигатель для работы как на бензине, так и на водороде. В систему впуска встроили дополнительную газовую магистраль, доработали программу управления клапанами и фазами газораспределения «Дабл Ванос» и «Вэлвтроник». Чтобы добиться на одной заправке 700-километрового запаса хода, 74-литровый бензобак дополнили резервуаром с двойными стенками, вмещающим 8 кг жидкого водорода (теплоизоляция баллона позволяет хранить его при температуре –250° С). По заверениям баварцев, они готовы к серийному производству, но останавливает отсутствие развитой сети водородных заправок. В перспективе проект многообещающий, ведь из выхлопной трубы идет почти чистый водяной пар.
ОТКУДА ДРОВИШКИ?
Рассказывая об альтернативных видах топлива, производители, как правило, многословно вещают о достоинствах и перспективах. Мало кто говорит, сколько вреда наносит само производство или добыча горючего. Скажем, попутный газ – составляющая нефти, а именно от ее использования мы и пытаемся уйти. Запасы метана хоть и велики, но не безграничны. Кстати, для его синтеза порой предлагают совершенно неожиданные методы. Например, использовать брожение в ферментаторе некой бактериальной закваски. Производство получается чистым, но на получение 100 кубометров газа уходит до двух недель – где уж говорить о промышленных объемах! Водород тоже «на земле не валяется», для его выделения нужна энергия.
«Химический» вариант «Синфьюэл» получают, сжигая все тот же метан. Биологический «Санфьюэл», конечно, чище, но и его «рецептура» предусматривает процесс горения, а значит выделение угарного газа, пусть и в минимальном количестве. А рост производства биоэтанола привел к неожиданным последствиям. Его ведь чаще всего делают из кукурузы или сахарного тростника. Значит, неизбежны подвижки на рынке сельхозпродукции. Так, в США уже сейчас ощутимо выросли цены на мясо и курятину – домашних птиц и животных кормят, в том числе, кукурузой, чье зерно заметно подорожало.
Может, вернемся к чистопородным электромобилям? Но, подключая автомобиль с нулевым выхлопом к розетке, стоит задуматься: откуда берется электроэнергия? Строительство плотин для ГЭС, выбросы ТЭЦ, риск аварий на АЭС совсем не способствуют улучшению экологической обстановки. По сути, единственный по-настоящему чистый автомобиль – на солнечных батареях. Вот только конструкторы пока не могут создать простой и дешевый вариант. Да и солнце в наших, например, широтах – не самый частый гость…
Сегодня не стоит отказываться ни от биоэтанола, ни от гибридов, ни от возможности снижения выбросов традиционных двигателей. Что будет в баках автомобилей лет через 20–30? Похоже, прогресс в этой области сейчас лишь набирает обороты, причем быстро. Возможно, оптимизируют производство уже существующего горючего. Не исключено, что создадут нечто новое. Ведь и бензин когда-то был в диковинку.
Альтернативное топливо очищает выхлоп, но «нагружает» экологию на стадии производства или добычи.