Газ вместо бензина
Из всех ископаемых энергоносителей природный газ меньше всего загрязняет окружающую среду.
Главная трудность перехода на газ – это создание соответствующей инфраструктуры: заправочных станций, хранилищ топлива, системы подачи газа на заправки и так далее. Когда все "заточено" под бензин, трудно что-то менять по частям. Если менять – то всю систему, а это ведь приличные расходы.
Газовая промышленность Германии инвестирует в развитие газовых заправочных станций в общей сложности 250 миллионов евро. По всей Германии находятся в эксплуатации примерно 1000 газораздаточных колонок. На территории Германии зарегистрировано 45 000 автомобилей с газовым двигателем. По плану к 2012 году на германских улицах будут ездить 500 000 автомобилей на природном газе.
Энергетика растительных масел и спиртов
И теоретически, и практически доказано, что в двигатели автомобилей вполне можно заливать растительные масла – подсолнечное, хлопковое, соевое, льняное, пальмовое, арахисовое, сурепное и другие.
Их можно использовать в исходном виде или после химической обработки, а также в смеси с нефтяными топливами или спиртами.
Создавая дизельный двигатель 100 лет назад, Рудольф Дизель использовал арахисовое масло. И лишь позднее оно было заменено нефтепродуктами, которые сегодня так резко подорожали.
В смеси с нефтепродуктами рапсовое масло дает биодизель: чуть ли не лучшее горючее для моторов с самовоспламенением. В Германии работают около 1000 заправочных станций, где предлагается биодизель, который примерно на 20 % дешевле обычной нефтяной солярки.
Рапсовое масло используется и в чистом виде. В отличие от биодизеля чистое рапсовое масло не взрывоопасно, не ядовито, а его производство не дорого и не требует больших затрат электроэнергии – его получают вообще холодным давлением. Не надо для использования рапсового масла в чистом виде и двигатели переделывать. В любое время можно перейти с рапсового масла на обычное дизельное топливо.
В Германии даже разработан стандарт качества для рапсового масла, используемого в качестве горючего.
Правительство Германии поддерживает применение растительного масла в качестве топлива. Только на заправке машины рапсовым маслом можно сэкономить в Германии до полутора тысяч евро в год (с учётом затрат на дооборудование подогревателями) – написано на сайте фирмы, продающей такие устройства стоимостью до ста евро. Если вы переделаете на это масло и систему отопления дома, то вообще будете огромные деньги экономить.
Список жидкостей, которые могут сжигаться в моторах автомобилей, кажется бесконечным. Так, в Бразилии, машины заправляют спиртом, изготовленным из сахарного тростника. А некоторые немцы, вероятно, скоро перейдут на… молоко. Специалисты Научноисследовательского института биотехнологий при штутгартском университете разработали методику, с помощью которой отходы, появляющиеся в процессе изготовления сыра, могут быть переработаны в биологическое дизельное топливо. 10 миллионов тонн сыворотки, ежегодно спускаемой в канализацию, можно "пустить в дело".
Не в стороне и Россия. В Нижегородской области недавно (14–15 августа 2008) прошла Международная конференция "Биоэнергетические культуры XXI века", посвященная 120-летию со дня рождения Президента ВАСХНИЛ, академика Николая Вавилова. Прошла она в Большом Болдино, на базе хозяйства "Пушкинское".
Участники семинаров обсудили перспективы выращивания и использования рапса и топинамбура, а также перспективы использования биогазовых установок и использования биогаза в двигателях внутреннего сгорания и возможности применения биоэнергетических культур для производства биоэтанола (кукуруза на зерно, сахарное сорго). Тем более, что биодизель намного выгоднее бензинового двигателя.
Страсти по электромобилю
Первый электромобиль побежал в Англии в 1863 году – всего два года спустя после открытия Майклом Фарадеем закона электромагнитной индукции. К 1900 году в Америке было выпущено 1585 автомобилей на электротяге. А автомобилей с ЛВС (двигателем внутреннего сгорания) на всю Америку было 936.
Электромобиль проиграл автомобилю потому, что был громоздкой неуклюжей повозкой с огромными емкостями, наполненными соляной кислотой и погруженными в нее электродами. Для пробега в 50 км двухтонному электроэкипажу была необходима 1000-килограммовая батарея! К тому же из-за коррозии пластин их каждые два года приходилось менять.
Повысить автономный ход электромобиля можно было одним способом: наращивая размеры батареи аккумуляторов. А ДВС быстро прогрессировали: уменьшался их вес, размеры, мощность. Бензин стремительно дешевел. Изобретенный в 1912 году Чарльзом Кеттерингом электрический стартер существенно упростил запуск бензиновых двигателей.
Окончательно добил электромобили (а с ними и паромобили) Генри Форд. В 1912 году электромобиль стоил 1750 долларов, а автомобиль (превосходящий его по ряду параметров) – 650 долларов. По дорогам Америки побежали юркие "фордики", а электромобиль сохранился в трех, хорошо известных нам формах: троллейбуса, трамвая и электрички.
Новый виток интереса к электромобилю начался после энергетического кризиса 1973–1975 гг…
Грустная история ОПЕК
Организация стран-экспортеров нефти (ОПЕК) (Organization of Petroleum Exporting Countries, OPEC) была создана в 1960 Ираном, Ираком, Кувейтом, Саудовской Аравией и Венесуэлой для координации их отношений с западными нефтеперерабатывающими компаниями. Как международная экономическая организация ОПЕК зарегистрирован в ООН 6 сентября 1962. ОПЕК объединила 13 стран, которые контролировали примерно 80 % достоверных запасов, 60 % добычи и 90 % экспорта нефти в несоциалистических странах.
Чем ОПЕК и воспользовалась в 1973 году, во время очередной Арабо-Израильской войны. Запад поддерживал Израиль… демонстрируя солидарность в борьбе с Израилем и его союзниками, страны ОПЕК на некоторое время вообще прекратили им отгрузку нефти. Из-за "нефтяного шока" кризис 1973–1975 оказался самым тяжелым мировым экономическим кризисом за весь период после Второй мировой войны. Цены на нефть в 1973–1974 ОПЕК взлетели в 4 раза, в 1979 – еще в 2 раза. Бензин в США стоил 30 центов литр. За год цена поднялась до 1.2 доллара и продолжала расти. В моду вошли малолитражные автомобили, а бизнесмены и политики стали очень интересоваться элетромобилями. И водородом.
Электромобиль и водород
Химические источники тока известны достаточно давно. Самые лучшие из известных источников тока – это топливные элементы, изобретенные более полутора веков назад. Топливные элементы – это электрохимические устройства, которые получают электроэнергию за счет реакций взаимодействия водорода и кислорода. Единственным выбросом, образующимся в результате работы подобных двигателей, является вода.
По данным Центра технологий и политики в области национальной безопасности США, первые исследования по использованию водорода были начаты в 1944 году. Их курировало Министерство обороны США, которое было заинтересовано в создании водородного топлива для ракет. В 1950-е годы предпринимались попытки построить реактивные самолеты на водородных двигателях. В 1970-е годы такие же исследования стал проводить военно-морской флот США. Все эти эксперименты закончились неудачей, но в космосе топливные элементы применили на практике в рамках американской лунной программы. На долговременной орбитальной станции NASA Skylab (1973–1979 годы) они были едва ли не основными источниками энергии.
В наше время электромобиль стал реальностью потому, что топливные элементы постоянно совершенствуются, и их стало можно поставить в автомобиль.
Проблема водородного двигателя
Даже сегодня изготовление водородного топлива для автомобилей ныне в четыре раза дороже, чем производство автомобильного бензина. Кроме того, остается проблемой создание "водородной инфраструктуры" – сети заправочных станций и сервисных центров необходимых для обслуживания автомобилей работающих на водородном топливе. По оценкам Аргоннской национальной лаборатории, в масштабах США для этого требуется затратить более 600 млрд долл.
Означает ли это что водородное топливо НИКОГДА не станет экономичным? Конечно же, НЕТ!
Технологические и экологические препятствия использования водорода в качестве топлива – дело совершенно обычное для любого вида топлива. Похожие проблемы были у природного газа, бензина и солнечной энергии. С момента начала производства солнечных батарей до вывода их на уровень коммерческой окупаемости прошло более двух десятилетий.
В последние годы стоимость топливных элементов значительно снизилась. По оценкам Rocky Mountain Institute, в 1998 году, когда был создан первый современный топливный элемент, его себестоимость составляла несколько тысяч долларов на киловатт. Ныне она упала до 500…800 долл., а если будет начато массовое производство подобных устройств, то цена упадет до 50…100 долл. за киловатт.
Недавно во Франции Президент PSA Peugeot Сл1хоёп Жан-Мартин Фольц и исполнительный директор исследовательской организации CEA Ален Бюга представили публике первый в мире компактный водородный топливный элемент. При заправке 54 литров сжатого водорода он весит всего 5 кг и позволяет машине ехать на одной заправке 500 км.
Двигатели, созданные по этой технологии, позволяют создать полностью электрический автомобиль. Причем с такими качествами, что он может иметь успех не только у фанатов экологии, но и у обычных автовладельцев, глобальными проблемами не интересующихся. При этом все, что потребуется для его работы, – это чистый водород.
Существует проект израильских ученых, предусматривающий создание топливной системы для автомобиля, которая позволит вырабатывать водород прямо в авто. Такому автомобилю вообще не нужны зарядка и заправка.
"Водородный" автомобиль израильской компании Engineuity в качестве химических реагентов использует такие металлы как алюминий и цинк, которые входят в состав устройства, напоминающую длинную катушку. Бензобак в таком автомобиле заменен так называемым combustor Metal-Steam – полостью, выделяющей водород из нагретой воды.
Специалисты утверждают, что в течение следующих нескольких лет вполне реально поставить эту технологию на конвейер.
Сегодня специалисты Engineuity занимаются поиском инвесторов, на чьи средства через 3 года будет собраны их первые "водородные" автомобили. После прохождения соответствующих тестов и испытаний, планируется развернуть инфраструктуру (которая может вырасти вскоре по стоимости до нескольких миллиардов долларов). Ученые утверждают, что при условии создания этой инфраструктуры экологичные автомобили не предполагают быть очень дорогими по сравнению с бензиновыми аналогами.
Пока готовил эту книгу к изданию, появились сведения еще о трех проектах такого рода.
Гибридные автомобили
В конце 90-х годов прошлого века в мире появилось много так называемых гибридных автомобилей, где для создания тяги используются оба вида двигателей: ЛВС и электрический.
Толчком для их появления стало принятие в США Акта о чистом воздухе. Тогда сенаторы обязали автопроизводителей Америки к 1998 году довести выпуск абсолютно экологически чистых транспортных средств до 2 % от общего объема производства.
Таких машин выпущено уже не мало, есть они и в нашей стране. Например, Toyota Prius продается в России официально с 2004 года и имеет уже немало поклонников.
Гибридные автомобили действительно экономичней классических бензиновых, и спрос на них растет вместе с ценами на нефть. Почти все основные производители заявили подобные машины в своих модельных рядах на ближайшие годы.
В 2007 году и группа PSA Peugeot Citroän представила общественности экспериментальные модели Peugeot 307 и Citroän C4 с новым гибридным двигателем. Эффективность гибридных двигателей их модели очевидна. Приоритетным направлением работы группы станет снижение стоимости их производства и последующая установка на серийные модели.
Пока я готовил к изданию эту книгу, появились сведения еще о четырех модификациях гибридных автомобилей.
Водородная программа Запада
Подобные исследования ныне активно проводят многие автомобилестроительные компании. Honda Motor, General Motors, Ford Motor, Mazda, Toyota, DaimlerChrysler начали выпуск экспериментальных автомобилей, работающих на водородных двигателях (в США их называют "автомобили на топливных элементах" – fuel-cells cars).
Власти США создали ряд программ, поощряющих американцев пересаживаться на "экологические" автомобили: федеральные власти и власти некоторых штатов предоставляют им значительные налоговые льготы. Подобные усилия предпринимаются и на уровне отдельных штатов. Калифорния, в которой традиционно самые высокие цены на бензин в США, планирует в течение ближайших нескольких лет создать "водородные автомагистрали" – с сетью АЗС, на которых будет продаваться водородное топливо. Компаниям, создающим станции заправки альтернативным топливом, предоставляются льготы.
Американский Конгресс уже в ближайшие 5 лет намерен вложить в разработку технологий добычи и использования водорода более 3 млрд. долларов.
На сегодняшний день водородные двигатели и электрогенераторы уже готовы к запуску в массовое производство. Практически все нефтяные и энергетические транснациональные корпорации имеют многомиллионные водородные программы. Все мировые автомобильные гиганты имеют по несколько опытных образцов. General Motors, Ford, BMW, Toyota, DaimlerChrysler – все эти компании начали или начнут в ближайшие годы даже месяцы, серийное производство своих моделей на топливных элементах.
Единственная причина, по которой это не происходило раньше, – необходимость гигантских инвестиций для создания инфраструктуры, сопоставимой с нефтяной, а также наличие относительно дешевой нефти. Для того чтобы начался процесс перехода к водороду, нужен был лишь какой-то внешний толчок. Нынешний взлет цен на нефть, похоже, и стал таким толчком.
"Если нынешние тенденции сохранятся, миру необходимо будет инвестировать 16 трлн. долларов в течение ближайших трех десятилетий, чтобы обеспечить поддержание роста энергопотребления", – уверен исполнительный директор парижского бюро IEA (Международного энергетического агентства) Клод Мандила.
Текущий кризис показывает, насколько искусственно вздуты были цены на углеводородное топливо. Можно почти не сомневаться, что деньги теперь будут потрачены не на закупки нефти, а на создание водородной инфраструктуры и развитие других альтернативных источников энергии.
Видение перспективы
Правительство США полагает, что к 2020 году "водородные" автомобили станут ничем не хуже "бензиновых". Это касается качества машины, скорости движения, стоимости заправки и прочих показателей.
У этих сроков есть критики. Бывший помощник министра энергетики США Джозеф Ромм полагает, что полностью "водородные" автомобили достигнут качества Toyotbi Prius не раньше 2030 года. Он даже написал книгу "Водородное очковтирательство", посвященное вранью правительства и крупнейших корпораций.
Но даже если "водородные" машины станут не хуже бензиновых в 2030 году
• И даже в 2040
– это полное решение вопроса альтернативных источников энергии. Задолго до "исчерпания нефти".
Водород и сжиженный газ
О переходе на водородное топливо подумывают и в авиации.
В КБ Туполева полагают, что использование жидкого водорода позволяет существенно улучшить летнотехнические характеристики и создать самолеты со скоростями полета более 7.2 тыс. км/ч.
Уже проведены все необходимые испытания, а также проработана необходимая инфраструктура для перехода некоторых российских самолетов на криогенное водородное топливо. Первыми, скорее всего, могут стать самолеты Ту-334 и Ту-204.
Кроме того, перспективным в КБ Туполева считают разработку частного административного сверхзвукового самолета. У этого проекта уже есть имя. Скоро в небе могут появиться сверхзвуковые административные самолеты Ту-444. Самолет бизнес-класса Ту-444, презентация которого прошла недавно в Чехии, рассчитан на 6–8 пассажиров. Серийное производство Ту-444 начнется после того, как будут найдены необходимые для этого средства.
• Приятно, что тут во главе всех новаций российские авиакомпании.
Авиаконструкторы полагают, что у сверхзвуковых самолетов бизнес-класса большое будущее, даже несмотря на их высокую стоимость. Сверхзвуковой Ту-444 может стоить при серийном производстве примерно $50 млн.
Страсти по водороду
Переход на водородное топливо – это переход на ресурс, который очень широко распространен на Земле, в атмосфере и воде. Водород очень просто добывать, хранить и перевозить. Из водорода можно произвести в три раза больше энергии, чем из аналогичного количества бензина.
Есть конечно, и шипы у этой "розы". Добывать водород из воды очень дорого, поэтому в США 95 % водорода производятся из природного газа (метана). Это, в свою очередь, делает водородное топливо дороже, чем наиболее дешевый сегодня энергоноситель – природный газ. Джозеф Ромм прогнозирует, что если США перейдут на водородные автомобили, то вместо зависимости от поставщиков нефти Соединенные Штаты попадут в зависимость от поставщиков газа.
К тому же водород очень взрывоопасен, и требует особо внимательного обращения. В 2001 году Массачусетский технологический институт опубликовал результаты исследования, согласно которым хранение и транспортировка водородных автомобильных двигателей в сто раз дороже, чем их бензиновых аналогов.
Правда, по данным National Hydrogen Association, вероятность взрыва водорода не выше вероятности взрыва бензина. За последние три десятилетия на исследования в этой области государственные и частные организации США затратили более 15 млрд долл.
Опять про климат
Западный мир не был бы самим собой, если бы водородная программа не оценивалась бы с точки зрения изменения климата…
Группа американских учёных из Калифорнии утверждает, что в случае полной замены водородом всех других используемых ныне видов топлива от 10 до 20 % водорода (то есть не менее 60 миллионов тонн) будут попадать в атмосферу из-за утечки из труб, топливных терминалов, заводов и различных двигателей. Это в три раза больше, чем выделяется в атмосферу водорода сегодня.
Благодаря своей лёгкости, водород быстро поднимается в верхние слои атмосферы. В стратосфере он будет взаимодействовать с кислородом, образуя воду. Предполагаемое увлажнение стратосферы повлечет снижение её температуры приблизительно на 0,5 градуса Цельсия. Понижение температуры будет особенно заметно в области полюсов, где образуется большинство водяного пара. Это будет способствовать более позднему наступлению весны и накоплению снега и льда а полюсах.
• На этот раз, как видите, пугают ледниковым периодом.
А еще из-за водорода начнут расти озоновые дыры над полюсами – на 8 % над Северным и на 7 % – над Южным.
• Больше водорода – больше псориаза и опухолей!!!