Мир без бензина. К 2011 году мир достигнет пика добычи нефти, после чего, как считают эксперты, ее добыча начнет падать. Впрочем, диктатура нефти и зависимость от стран и режимов, ее добывающих, и так уже стала невыносима для многих развитых стран. Не случайно новым министром энергетики США станет Нобелевский лауреат Стивен Чу, занимающийся вопросами биотоплива. Сегодня перед учеными стоит вполне конкретная задача: создание двигателей на альтернативном топливе. Каковы перспективы — выяснял The New Times
Перед традиционным январским автошоу в Детройте автомобильные компании всего мира анонсируют свои новейшие разработки. В этот раз в фокусе внимания оказались заряжаемые гибридные автомобили (plugin hybrids), которые имеют два двигателя — бензиновый и электрический, причем при повседневной езде используется только электрический, а когда заряд аккумуляторной батареи в дальних поездках заканчивается, в действие идет бензиновый двигатель. 13 декабря такой автомобиль под названием BlueZero E-Cell Plus анонсировала компания Mercedes-Benz, а 16 декабря свою разработку презентовал китайский производитель BYD Auto. Но заряжаемые гибриды — это только часть общего движения автомобильной индустрии в сторону избавления от диктатуры бензина. Ученые и инженеры исследуют применение биодизеля, водородных топливных элементов и даже такие необычные технологии, как производство топлива с помощью генетически модифицированных бактерий.
Когда закончится нефть?
В 1956 году американский геолог Кинг Хабберт заметил, что добычу нефти в заданном регионе можно предсказать на основе графика разведки месторождений. Пик добычи наступает через некоторое время после пика разведки, причем этот временной интервал можно рассчитать на основе математической модели, которую назвали «кривой Хабберта». Хабберт правильно предсказал, что добыча нефти в США достигнет пика в 1970 году, через 12 лет после пика разведки в 1958 году. Также Хабберт предсказал, что добыча нефти во всем мире достигнет пика в 2000 году. Но тут он ошибся, возможно, изза последствий нефтяного эмбарго ОПЕК в 1973 и 1979 годах. Сегодня эксперты называют другую дату: 2011 год.
Спирт, водоросли и бактерии
Одним из кандидатов на заменители бензина является этанол, попросту — спирт. Обычный бензиновый двигатель может выдержать до 10% спирта в смеси с бензином, но для повышения «градуса» двигатель необходимо модифицировать. Такие автомобили стали популярны в Бразилии, где выпустили более 4,5 млн автомобилей, работающих на чистом спирте. Это связано с тем, что Бразилия является крупнейшим производителем сахарного тростника, из которого легко получать спирт. К сожалению, для повсеместного использования в качестве топлива этанол неэкономичен, так как на него тратится кукуруза или сахарный тростник, которые лучше употреблять в пищу. По этой же причине не получил особенного распространения так называемый биодизель, топливо, которое можно добыть из растительных масел. Тем не менее разработки продолжаются, ученые нашли способ получать топливо из водорослей и даже из масла, использованного в ресторанах. В ход идет биотехнология: в начале 2008 года ученые из Калифорнийского университета в ЛосАнджелесе создали генетически модифицированные бактерии, которые производят бутанол — спирт, который в качестве горючего лучше этанола. Бутанол меньше испаряется, производит больше тепла и не повреждает двигатели коррозией.
Другим кандидатом на замену бензину уже несколько десятилетий являются топливные элементы на основе водорода, который можно получать из воды. Идея довольно проста: в топливном элементе водород реагирует с кислородом, производя электричество, которое питает электромотор. Единственный продукт отхода в таком процессе — водяной пар. В начале 1990 годов ученые смогли повысить эффективность этой технологии в 10 раз, после чего Daimler-Benz, Ford, General Motors (GM) и Toyota объявили о планах по разработке таких автомобилей. Однако выяснилось, что водородные автомобили стоят чересчур
дорого, а легкий газ водород трудно держать в контейнерах без утечек. Чтобы довести водородные автомобили «до ума» и построить для них инфраструктуру, уйдет не менее 20–30 лет. Но главная проблема — это производство водорода, который сейчас в основном получают из природного газа. Чтобы получать водород из воды с помощью процесса, который называется электролизом, необходимо электричество. Тогда почему бы не использовать электричество напрямую, сохраняя его в аккумуляторных батареях?
GM vs штат Калифорния
Первым массовым электромобилем на заряжаемых аккумуляторных батареях стал General Motors EV1. Его прототип под названием Impact был представлен в 1990 году на автошоу в Лос-Анджелесе для поддержания престижа компании. GM не собиралась всерьез продвигать электромобили, так как они конкурировали с основным источником дохода компании — обычными автомобилями. Но тут вмешалось правительство штата Калифорния, которое решило заставить все автомобильные компании, продающие свои машины в штате, увеличить производство электромобилей.
GM пришлось выпускать EV1, одновременно сражаясь в суде против калифорнийского закона, обязующего GM это делать. Несмотря на низкую скорость и малый (до 150 км) пробег между подзарядками, электромобиль оказался популярен, на него образовалась очередь. EV1 приобрели многие голливудские кинозвезды, включая Тома Хэнкса и Дэнни Де Вито.
Тем не менее в 1999 году штат Калифорния уступил компании General Motors, которая прекратила производство EV1, после чего отозвала и просто уничтожила все проданные машины под предлогом небезопасности их батарей. GM утверждает, что они потратили около $1 млрд на EV1, но согласно расследованию журналистки Шерри Бошерт из этих денег только $350 млн были потрачены на производство автомобиля, остальные $650 млн ушли на борьбу против калифорнийского закона.
Нашествие гибридов
Эпопея EV1 и других не прошла зря: она подтолкнула развитие ключевой технологии — аккумуляторных батарей. Ранние электромобили использовали большие и тяжелые свинцово-кислотные аккумуляторы, но в конце 1990-х годов тот же EV1 перешел на более эффективные никельметаллогидридные аккумуляторы, которые увеличили пробег автомобиля на одной зарядке в полтора раза. После того как General Motors похоронила EV1, эти же батареи стала использовать Toyota для своего гибридного автомобиля Prius, который стал очень популярен, особенно в Калифорнии. Удалось не только продать более миллиона Toyota Prius, но и стать благодаря этой машине самым крупным производителем автомобилей в мире, переплюнув General “ Motors.
В отличие от электромобилей у гибридных автомашин установлены два двигателя — бензиновый и электрический. Бензиновый мотор во время езды подзаряжает батарею через так называемые регенеративные тормоза. Гибриды есть нескольких типов: у одних бензиновый и электрический двигатель работают одновременно, экономя топливо на скоростной дороге, а у других электромотор работает на низких скоростях на городских улицах, а на шоссе идет в ход бензин.
Снова в игре
Ранние гибриды просто экономили топливо и были избавлены от недостатков электромобилей — ограниченной скорости и дальности. Но их уровень экономии не позволял надеяться на свободу от бензина, так как аккумулятор заряжался только через регенеративные тормоза, а не от электросети. Следующим шагом в наши дни стали заряжаемые гибриды (plug-in hybrids), первой серьезной ласточкой из которых стал Chevrolet Volt — новый автомобиль неожиданно вернувшейся в игру General Motors. Эта машина, массовый выпуск которой намечен на 2010 год, позволяет заряжать батарею и от сети, и от бензинового мотора. При этом одного заряда батареи хватает на 60 км, после чего включается бензиновый двигатель. Большинство водителей живут в пределах 30 км от места работы, поэтому если заряжать батарею от сети каждый вечер, то бензиновый двигатель будет нужен только для дальних поездок. Если же автопроизводители перейдут на еще более экономичные литиевые аккумуляторы (которые используются в анонсированном недавно «мерседесе»), то в мировом масштабе расход бензина можно будет сократить в несколько раз.
Мечты сбываются?
Ученые, инженеры, инвесторы и «зеленые» активисты рисуют картину будущего мира, в котором у всех будут заряжаемые гибриды, а электричество для них будет производиться большой распространенной сетью ветряных и солнечных электростанций. Небольшое количество топлива для дальних поездок будет состоять преимущественно из биодизеля и этанола. Возможно, дозреет и технология автомобилей на водородных топливных элементах. Прекратятся войны за нефть. Для человечества настанет новая эпоха — мир без бензина.