После выхода в свет статьи академика В.Ф.Цыбулькина «Автотранспорт сегодня и завтра» в «Севастопольскую Академию Наук» поступили обращения от граждан с просьбой к автору продолжить эту тему и подробнее рассказать: «о завтрашних автомобилях, так как из разноречивой информации в Интернете трудно сделать однозначные выводы». Автор продолжает раскрывать эту тему.
В сегодняшнем мире технологии развиваются быстро, но закономерно. Главное – это качественная научная аналитика, чтобы не пойти по «тупиковому» пути.
Как в недавних фантастических фильмах – США, Испания, другие страны уже начали производство летающих автомобилей. Toyota презентуетсвой летающий автомобиль на Олимпиаде в 2020 году.
Мне довелось несколько десятилетий своей жизни отдать автотранспортной сфере, и я всегда был склонен к инновационным решениям возникающих проблем. Учитывая потенциал развития возобновляемой энергетики и озвученные сегодня планы на ближайшее будущее ведущими мировыми автопроизводителями, можно с высокой степенью вероятности говорить об автомобилях ближайших десятилетий.
Экологически грязные двигатели внутреннего сгорания работают с КПД 10-15%. Переходным этапом от них к электромобилям можно считать появление гибридных транспортных средств, работающих на газе/электричестве, КПД которых достигло 32%
Автомобилям с бензиновыми и дизельными двигателями, по всем прогнозам, осталось «жить» не более двух десятилетий.
Министр по делам окружающей среды Великобритании Майкл Гоув заявил, что правительство готовится принять запрет на их продажу с 2040 года, а в районах с наиболее грязным воздухом даже раньше.
Аналогичное решение обсуждается и в ряде других стран Европы, например, в Норвегии и Франции. По дорогам мира уже ездит более 2-х миллионов электромобилей, в Европе и США для них созданы и расширяются сети заправок.
Недостаток состоит в том, что их аккумуляторы пока служат всего 3–4 года и не обладают достаточной энергоемкостью. Сейчас начали использовать водородные топливные ячейки, способные служить не менее 10 лет и, практически, не нуждающиеся в обслуживании. При КПД 45%, они работают без вибраций и шума, а баллона размером со стандартный бензобак им хватает на то, чтобы проехать 500-600 км.
Абсолютная экологическая чистота – важнейший плюс водородных двигателей, единственный побочный продукт их работы – обычная вода, и нет никаких вредных выбросов.
Сегодня уже три фирмы серийно выпускают легковые автомобили на водородных топливных ячейках. По этой технологии топливо используется более эффективно: в результате электрохимической реакции в водородных топливных ячейках вырабатывается энергия, которая подается на электрический двигатель.
Первым автомобилем, работающим по этой технологии, был Hyundai ix 35 Fuel Cell, 2013 года. В 2014 году в Японии была выпущена Toyota Mirai, а в 2015 году – Honda Clarity.
Около 20-ти крупнейших мировых компаний в последние годы объявили о начале в ближайшее время выпуска аналогичных автомобилей. Совершенствование технологий позволило существенно удешевить производство. Согласно опубликованному в 2016 году исследованию Bloomberg New Energy Financeк 2040 году ежегодные продажи электромобилей, в том числе, с водородными ячейками, достигнут 35% от числа всех продаваемых машин. Этому немало будет способствовать снижение цен – по прогнозам уже к 2025 году стоимость таких машин сравняется со средней ценой обычных автомобилей.
Для проведения более качественной аналитики с более объективными выводами следует учитывать, что к 2040 году в мире автомобили на альтернативных источниках энергии, пожалуй, займут около 80% рынка. 7-10% автомобилей с двигателями внутреннего сгорания будут «доезжать» лишь в отсталых странах, но располагающих собственными углеводородами. Прогнозы крупных фирм – осторожны, показатели занижены, чтобы не «распугивать» сегодняшних покупателей автомашин с «классическими» грязными двигателями. Технологический прогресс происходит все быстрее. Именно поэтому Великобритания и другие страны с 2040 года запрещают двигатели внутреннего сгорания.Правда «жизнь» таким двигателям может продлить метод получения водорода путём установки в автомобиль специального устройства реформера, разлагающего поступающее в него из бака топливо(бензин, метанол и др), и выделяющего водород, на котором двигатели и будут чисто и эффективно работать.
Инновационные автомобили не только чище, но и потенциально выгоднее. Согласно подсчетам бывшего главного исследователя по вопросам альтернативной энергетики Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) Стива Хенча: «Использовать водород в качестве энергоносителя намного выгоднее, чем обычный бензин. Энергоемкость одного галлона (4,54 л) бензина и 1 кг водорода, эквивалентного ему по объему, почти одинакова: 130 против 130–140 мДж. Однако термодинамическая эффективность бензина – 20-25%, а водорода – более 60% , поэтому топливные ячейки в 2,5–3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. А значит, на том же объеме топлива водородные автомобили смогут ездить в 2,5–3 раза дольше».
В 2014 году в России появился производитель водородных топливных ячеек – «AT Energy».Компания поставляет аккумуляторные системы для дронов, в том числе военных. Её топливными элементами были, например, оснащены дроны компании «АФМ-Серверс»,снимавшие с воздуха Олимпиаду-2014 в Сочи. Основатель компании Д.Шапошников утверждает: «Оснащение дронов водородными элементами дает большой выигрыш по длительности полета, кроме того, они перестают зависеть от температуры воздуха».
Критики водородного проекта опасаются, что водород может быть взрывоопасным в результате сильного удара при ДТП. На что представители фирм Toyota и Honda отвечают, что в их моделях водород хранится в герметичных и ударопрочных контейнерах из углеволокна.
Губернатор Калифорнии А. Шварценеггер, активный сторонник перехода на чистую энергетику заправляет водородом свой электромобиль.
Актуален и вопрос развития необходимой инфраструктуры, требуется строительство множества водородных заправочных станций.
Но сегодня уже есть и более дешевая альтернатива, которую сейчас разрабатывает сразу несколько компаний, в частности один из лидеров по производству топливных ячеек – канадская фирма Ballard Power, разработавшая проект по заказу Министерства транспорта Китая:
Жидкий химический состав можно заливать в обычные бензохранилища, которыми оснащены АЗС, и заправлять им машину как бензином. В специальном реакторе из жидкости будет выделяться газообразный водород, поступающий в топливную ячейку.
Водородная энергетика уже давно успешно применяется в ракетостроении. Силовыми установками, работающими на водороде, оснащают, например, подводные лодки.
Агентство по природным ресурсам и энергетике Японии рассматривает развитие водородной промышленности как один из приоритетов, рассчитывая за три года довести число используемых домохозяйствами водородных электрогенераторов до 1,4 млн.
Кроме того, правительство Японии мотивирует промышленные компании использовать водород в качестве источника электроэнергии на заводах и фабриках. А организаторы летних Олимпийских игр 2020 года в Токио собираются превратить их в демонстрацию возможностей водородных двигателей. Ведь Япония не имеет природных запасов нефти и газа, зато обладает неограниченными объемами сырья для водорода в виде океанской воды.
Правительство Японии объявило об ожидаемом росте выпуска своих водородных автомобилей: 2020 год – 5 млн., 2030 год – 15 млн., а далее их выпуск будет определять рынок.
Katsuhiko Hirose (Toyota) выделил пять условий для реализации производства автомобиля на топливных элементах:
1.Снижение цены автомобиля;
2.Комфортабельный салон автомобиля;
3.Разумные цены на топливо;
4.Быстрое строительство сетей водородных заправочных станций; 5.Замораживание развития соперничающих устаревших технологий (Чтобы «нефтяные» олигархи не могли и дальше сдерживать серийный выпуск инновационных автомобилей, ради сверхприбыльной для них торговли бензином).
Таким образом, мы приходим к убеждению, что не рынок определяет направление развития техники. Какими бы ни были прекрасными и полезными новые товары, рынок не предоставляет им свободной возможности конкурентной торговли. Рынок, скорее всего это договоренность, сговор олигархов-продавцов на занятие определенного сегмента торговли. Казалось бы, бензиновый двигатель, имеющий КПД около 15% должен был бы давно уступить место тому же дизелю с КПД около 50%. Однако мы видим, что на рынке дизельные автомобили представлены не более чем на 10%.
Важно помнить, что приоритетыпроизводственного, а не только экспериментального использования водорода на автотранспорте принадлежат нашей Родине – Советскому Союзу.
Во время Великой отечественной войны в конце 1941 года, в блокадном Ленинграде, в полку аэростатного заграждения благодаря деятельности лейтенанта Бориса Шелищагрузовые автомобили, по причине отсутствия бензина, были переведены на водород и эффективно работали. Летом 28 июля 1943 года «водородному» лейтенанту было выдано:Авторское свидетельство № 64209.
В 1982 г. НПО Квантвпервые снабдил автомобиль «РАФ» водородным щелочным топливным элементом. В 2001 и 2003 гг. Уральский электрохимический комбинат, РКК «Энергия»и АвтоВАЗна автосалонах в Москве демонстрировали автомобиль «Лада» с электродвигателем и электрохимическим генератором «Фотон». В первой системе окислителем служил кислород, во второй – очищенный от CO2воздух, что существенно упростило конструкцию автомобиля. Однако и в том, и в другом случае использовался хранящийся в баллонах водород. На одной заправке эти автомобили могли проехать 300 км.
Так что для того, чтобы выйти на рынок автомобилей будущего и занять там достойное место у России есть все основания.
Из изложенного, можно сделать вывод:
Автомобили ближайших десятилетий, в большинстве своем, уже не будут ездить на двигателях внутреннего сгорания. Это будут электромобили на водороде. С ними будут конкурировать электромобили на постоянно совершенствующихся, инновационных энергоемких аккумуляторных батареях. Кроме этого, привычными станут и летающие автомобили.
Вице-президент «Севастопольской Академии Наук», президент «Севастопольской транспортной ассоциации» академик В.Ф.Цыбулькин