Что и почём можно залить в бак? Этот вопрос никогда не перестанет волновать любого автомобилиста. А ведь кроме двух старых как мир продуктов перегонки нефти — бензина и солярки — есть множество других видов топлива. Правда, широкого распространения они до сих пор не получили, несмотря на некоторые очевидные достоинства. Попробуем разобраться почему.
На голубом газу
Итак, начнем с того, что уже давно опробовано на практике, — с газа. Кто же не знает, что на автомобили можно устанавливать газобаллонное оборудование (ГБО)? Однако газ для авто бывает разный, и оборудование тоже.
Наиболее распространенным вариантом является сжиженный углеводородный (нефтяной) газ, или попросту пропан-бутан. Его можно использовать в обычном бензиновом двигателе, требуется установить под капот лишь несколько небольших дополнительных агрегатов. Ну и, конечно, приткнуть куда-то весьма объемистый баллон. Цена вопроса — около 350 долларов (наиболее продвинутая версия ГБО обойдется в 500), которые, впрочем, легко окупятся при больших пробегах автомобиля, учитывая, что газ на российском рынке почти вдвое дешевле бензина.
Немаловажно знать, правда, что на литре газа ваша машина пройдет путь, на 15—20% меньший, чем на литре бензина. Но при этом мотор будет работать ровнее и тише, поскольку газ сгорает в цилиндрах медленнее, чем бензин. И, кстати, не оставляет нагара. К достоинствам пропан-бутана относится также его экологичность: выхлопы автомобиля, ездящего на газу, содержат гораздо меньше вредных веществ, чем бензиновые. Кроме того, использование такого топлива способствует решению проблемы утилизации попутного нефтяного газа, из которого оно производится. То есть чем больше машин перейдет на газ, тем меньше факелов на нефтяных месторождениях будут зазря подогревать атмосферу Земли. К недостаткам газового топлива можно отнести некоторое снижение мощности двигателя и повышенный износ деталей блока цилиндров из-за того, что температура сгорания газа выше, чем бензина.
Другой вариант использования газового топлива более сложный. Это переход на компримированный (сжатый) природный газ метан. Здесь уже требуется переделка всего двигателя, а точнее — просто другой движок. И толстостенные баллоны, поскольку этот газ находится под очень большим давлением. Такая система редко применяется на легковых авто — это в основном удел грузовиков и общественного транспорта.
Газ используется как автомобильное топливо очень давно, однако, несмотря на все его достоинства и технические наработки (например, пять поколений «пропанового» ГБО), большого распространения на авторынке так и не получил. Во всем мире газ потребляют не более 1% автомобилей.
Периодически разные страны принимают программы по «газификации» автопарка, но успехи, как правило, скромные. Недавно Германия поставила себе задачу к 2021 году довести число «газомобилей» до 1 миллиона, что составит 4% от общего числа авто.
Это довольно амбициозная цель, учитывая, что сейчас в стране их в 10 раз меньше. Но шансы на успех есть: оптимизм вселяет уже тот факт, что Германия является лидером в Европе по числу газозаправочных станций — их там почти тысяча. А ведь доступность заправки — это залог успеха в таком деле, как переход на новое топливо!
На расщепленной воде
Еще более эффективным топливом является другой газ — водород. И запасы его практически безграничны: ведь, как известно, из него и кислорода «сделана» вся наша вода. Но вот беда: добывать водород из воды — дело сложное и затратное.
Производится он методом электролиза с использованием дорогостоящих катализаторов из платины и иридия. Лишь в конце 2015 года американские ученые из Стэнфордского университета создали более дешевую установку на базе оксида железа и никеля. Может быть, расщеплять воду в промышленных масштабах наконец-то станет выгодно. Ведь до сих пор на добывание из нее водорода уходило больше энергии, чем он мог дать при сгорании. Поэтому сейчас водород получают в основном из метана или из угля, которые и сами по себе неплохие энергоносители.
В любом случае добывать водород — это только полдела. Нужно еще грамотно и безопасно получать энергию из этого чрезвычайно летучего и взрывоопасного газа. В принципе, можно впрыскивать его непосредственно в цилиндры двигателя, вместе с парами бензина или вовсе без них. Такая схема используется в автомобилях BMW Hydrogen, Mazda RX8, «водородных» моделях Mercedes и Opel (все они выпускаются малыми партиями). Причем большинство таких машин заправляются сжатым газом, и лишь некоторые производители (BMW) делают ставку на сжиженный водород.
Однако использование водорода в обычном ДВС либо снижает его мощность, либо сопряжено с перенастройкой системы зажигания, в результате чего повышается температура в цилиндрах. А это, в свою очередь, ведет к ускорению износа деталей двигателя. Кроме того, водород обладает очень высокой летучестью: он умудряется испаряться из закрытых баллонов и проникать сквозь патрубки. А при смешивании с кислородом образует «гремучую смесь», так что водородные двигатели потенциально очень взрывоопасны.
Учитывая эти факторы, многие эксперты считают более перспективными разработки так называемых топливных элементов (или ячеек — Fuel Cell) — установок, преобразующих энергию химической реакции в электричество. Это, по сути, те же гальванические элементы, только подпитываемые извне веществами, участвующими в реакции.
В нашем случае это водород и кислород, которые подаются, соответственно, на анод и катод, соединяясь в воду и вырабатывая электричество. Этот процесс еще называют «холодным горением» — в нем энергия не расходуется на выделение тепла.
Топливные ячейки ставят под капотом своих самых футуристических моделей компании Toyota, Honda и Mazda. Так, недавно Toyota представила публике свою новую FCV Plus, которая может работать на чистом водороде. Ну а в нашей стране опытный образец водородного движка был смонтирован еще в далеком 1982 году на РАФ (был такой советский микроавтобус) и в 2003 году на ВАЗ-2131 (пятидверной «Ниве»). Правда, дальше опытов у нас, как водится, дело не пошло, тогда как японцы вовсю запускают свои FC в серию.
По мере того как автомобили с водородными двигателями получают распространение, расширяется и сеть водородных заправок. В Японии, США и некоторых странах ЕС реализуются программы «Водородное шоссе», предусматривающие создание водородной инфраструктуры вдоль отдельных магистралей.
И все же пока даже в самых развитых странах человек, покупающий «водородный автомобиль», должен сознавать, что он сильно переплачивает «за прогресс» (такие авто стоят не меньше 50 тысяч долларов) и вынужден привязывать все свои маршруты к «водородному шоссе». Проходить «точку невозврата» к заправке не рекомендуется, так как залить водород из канистры невозможно.
Впрочем, есть и другой вариант «доставки» водорода к топливной ячейке — в составе метанола, древесного спирта. В этом случае нужно возить с собой не взрывоопасные баллоны, а бак со спиртом. Из него в топливном элементе выделяется водород, а кислород заимствуется из воздуха, и получается то же самое электричество. Правда, эта технология еще толком не коммерциализирована.
Залить в бак или выпить?
Есть машины, которые употребляют то, что запрещено их водителям, — спирт. Биоэтанол, добываемый из сельскохозяйственных культур, содержащих большой процент сахара, получил уже довольно широкое распространение в качестве топлива. В Бразилии, являющейся мировым лидером по производству биоэтанола, его гонят из сахарного тростника, а в США, занимающих второе место, — из кукурузы. Этанол, как правило, добавляют в бензин в определенных пропорциях (от 5% до 85%), что позволяет удешевить топливо, снизить его расход и вредные выбросы. Использование топлива с определенной долей этанола требует соответственной переделки двигателя, однако существуют и «всеядные» автомобили, которые могут ездить на любой смеси бензина с этанолом: на них, как правило, красуется надпись FlexFuel — «гибкий выбор топлива».
Есть также «сельскохозяйственная» замена для дизельного топлива — это биодизель, изготовляемый из масличных культур — сои, рапса, подсолнуха. Он обладает теми же достоинствами по сравнению с углеводородным аналогом, что и биоэтанол.
В принципе, можно перевести на биотопливо хоть весь мировой автопарк — это не нанесет ущерба экономике, а природе принесет пользу. Вот только чем будут питаться люди, если все сельхозугодия будут заняты выращиванием «топливных культур»?
Отчасти ситуацию может спасти использование синтетического биотоплива (как ни парадоксально звучит это словосочетание) — диметилового эфира (ДМЭ). Это горючее вещество, получаемое из целлюлозной биомассы, с очень хорошими топливными характеристиками и низким уровнем вредных выбросов (отвечает требованиям «Евро-5»). На ДМЭ делает ставку в своих разработках, в частности, концерн Volvo.
На дровах
Для определенного типа ДВС «подкидывать дровишки» — вовсе не метафора, а нормальный процесс заправки. Речь идет о машинах с газогенератором — дополнительным агрегатом с трубой. В этой чудо-печке действительно горят (точнее, тлеют) дрова, брикеты или уголь, но сгорают как бы не до конца: выделяющийся из них газ еще обладает горючестью, и он-то дожигается в двигателе, приводя в движение автомобиль.
Такие машины, кстати, вовсю выпускали в нашей стране в середине 30-х годов прошлого века (ЗИС-13, ЗИС-21, ГАЗ-42), их с успехом использовали во время войны в условиях нехватки бензина. Сейчас этот тип двигателя не вызывает особого энтузиазма у автопроизводителей ввиду громоздкости его конструкции и необходимости возить с собой поленницу дров или вагончик угля.
Заправка-розетка
Конечно, не забудем упомянуть и электромобили. Многие считают, что будущее именно за этим видом транспорта. Он-де экологически безвреден, и особая заправочная инфраструктура ему не нужна — достаточно простой розетки. И сегодня уже каждый уважающий себя автоконцерн выпускает по несколько моделей электрокаров или гибридов. Есть даже компания, специализирующаяся исключительно на электромобилях, — Tesla Motors, созданная небезызвестным миллиардером-новатором Илоном Маском.
И все же преимущества электромобилей далеко не бесспорны. Во-первых, они все еще слишком дороги, поскольку дорогими остаются их огромные аккумуляторы. Во-вторых, безвредность этих машин весьма относительна, опять же, из-за аккумулятора: он представляет собой настоящую «экологическую бомбу», которая при аварии или неграмотной утилизации грозит серьезным загрязнением окружающей среды. Кроме того, заправка такого автомобиля — дело очень долгое, особенно если использовать обычную розетку. Специализированные «электрозаправки» ускоряют процесс, но их пока мало. И, конечно, аккумуляторы не любят мороз, поэтому, например, в нашей стране широкое распространение электромобилей маловероятно.
И немного экзотики
За недолгий автомобильный век человечество успело наработать немало экзотических «топливных» решений. Например, использование сжатого воздуха для приведения в движение поршней двигателя. Это абсолютно безопасно, поскольку под капотом ничего не горит, не взрывается и нет ядовитых газов. Но насколько эффективно — вопрос. Ведь сжатый воздух поступает из компрессора, который, в свою очередь, потребляет электричество. А это значит, что нужны, опять же, громоздкие и дорогие аккумуляторы.
Правда, воздух в этой схеме можно заменить азотом. Он хранится в сжиженном виде, а поступая в двигатель, переходит в летучее состояние, сильно расширяясь и приводя в движение поршни. Совсем недорого и тоже никакого загрязнения окружающей среды! Вот только хранится сжиженный азот под очень большим давлением, что делает заправку «азотомобиля» технически сложным и опасным процессом. Да и заправочная инфраструктура обойдется недешево.
Наконец, на новом витке истории человеческая мысль вновь возвращается к паровой машине. Только теперь она работает не на угле, а на атомной энергии. Американская компания Laser Power Systems работает над проектом, предполагающим использование в качестве энергоносителя тория — вещества с низкой радиоактивностью, нескольких граммов которого хватит, чтобы обеспечить автомобиль энергией «пожизненно». Принцип работы очень прост: ториевый лазер кипятит воду, а пар приводит в действие серию мини-турбин. Но вот вопрос: насколько безопасно размещать под капотом АЭС в миниатюре?
* * *
Мы рассмотрели, конечно, далеко не все альтернативные виды автомобильного топлива. Однако уже напрашивается вполне очевидный вывод: какими бы достоинствами ни обладали те или иные варианты, их судьба определяется конкурентоспособностью по сравнению с его величеством бензином, а также дороговизной внедрения — ценой новых автомобилей, переделки двигателя, строительства заправочной сети и т. д. Немаловажную роль играет также фактор безопасности. И надо заметить, что в нынешних условиях низких цен на нефть привлекательность любых альтернатив обычной бензоколонки резко упала.
Самые крутые суперкары социалистических стран