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.

В некоторых мегаполисах власти стараются перевести на альтернативное топливо в первую очередь городской транспорт. Баллоны с метаном прячут в горб на крыше.

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!

Многие европейцы давно осознали достоинства газифицированных машин.

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).

Адаптировать легковой автомобиль к езде на метане сложно. И все же попытки предпринимают. У «Опеля-Зафира CNG» четыре газовых баллона съедают часть багажника, зато выхлоп намного чище.

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?

Система «Блютек» с использованием аммиачной присадки «Ад-блю» позволяет современным грузовикам без проблем «вписываться» в экологические нормы Евро IV, а некоторые замахиваются и на Евро V.

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.

Топливо на основе спирта становится все более популярным. «Опель» подготовил «алковерсии» наиболее продаваемых моделей, «Вольво» сообщил, что любую модель тоже можно будет купить с мотором на биоэтаноле.

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.

Чтобы использовать биоэтанол, требуется небольшая модернизация. На примере «Вольво» видно: переделок не так уж много.

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.

В Европе всего несколько водородных заправок. Возможно, в скором времени их станет больше. Ведь что может быть экологичнее, чем топливо из воды, она же – в выхлопе!

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.

Тандем «Санфьюэл» и «Синфьюэл» выглядит многообещающим. Вот только наладить производство в промышленных масштабах пока не удается.

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».

Работая на водороде, 6-литровый мотор БМВ огромной мощностью не отличается – 260 л.с. Зато токсичных веществ в выхлопе почти нет.

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.