Возможен ли экологически чистый автомобиль?
Э. Горлин, 18 лет. Старый Оскол
Ответ Луканина В. Н., ректора МАДИ, доктора технических наук
Рост автомобильных перевозок, увеличение общей численности автомобилей в городах и на дорогах приводят ко все возрастающему воздействию транспорта на окружающую среду.
Энергетика автомобиля сегодня базируется на поршневом двигателе внутреннего сгорания, и есть все основания полагать, что в ближайшие десятилетия этот тип энергетической установки сохранит свои позиции. Как известно, всю тепловую энергию, выделяющуюся при сгорании топлива, невозможно превратить в работу, а коэффициент полезного действия, равный единице, недостижим.
В нашей стране ДВС потребляют до 150 миллионов тонн всевозможных нефтепродуктов. Это предполагает выброс примерно 1013 МДж тепла в окружающую среду, то есть использование тепловых машин определяет довольно существенное подогревание окружающей среды.
Известно также, что продуктами полного сгорания в ДВС являются вода и углекислый газ. И здесь определенную опасность представляют выбросы углекислоты, которая способствует росту «парникового эффекта» и увеличению средней температуры атмосферы на Земле.
Однако процесс сгорания не всегда является полным. Чаще всего он идет с недостатком воздуха, что приводит к появлению в отработавших газах продуктов недогорания топлива: окиси углерода, углеводородов. Эти соединения токсичны. Токсичны оксиды азота, появляющиеся в камере сгорания при высоких температурах, когда кислород и азот воздуха начинают там реагировать между собой.
В карбюраторных двигателях, работающих на этилированном бензине, в отработавших газах содержатся токсичные свинцовистые соединения. В год их выбрасывается в атмосферу более 8 тысяч тонн.
В дизелях из-за плохого смесеобразования среди продуктов неполного сгорания содержится сажа. Кроме того, в камеру сгорания попадает смазка, то есть в реакции горения участвуют очень сложные углеводороды и химические соединения. По этой причине в отработавших газах содержатся еще и канцерогенные, например бензапирен, соединения.
В рамках конкурса на экологически чистый конкурентоспособный автомобиль в нашей стране на базе МАДИ был организован в 1988 году смотр технических идей и проектов, в котором могли принимать участие как научные, конструкторские творческие коллективы, так и отдельные граждане СССР и стран—членов СЭВ.
На конкурс принимались любые технические идеи и предложения по проектам создания экологически чистого магистрального автопоезда, городского автобуса, легкового автомобиля особо малого класса, их агрегатов и систем.
Итоги конкурса «Экологически чистый автомобиль» показали большое разнообразие (более 350) технических идей и проектов. Большую часть составляли проекты, поступившие из организаций,. профессионально связанных с автомобильной проблематикой. Кроме того, в связи с расширяющейся конверсией проявили определенный интерес и предприятия оборонной промышленности. Но главным итогом является создание банка данных технических идей и проектов автотранспортных средств, на основе которого формируется государственная научно-техническая программа «Высокоскоростной экологически чистый автомобиль».
Однако экологический эффект будет невелик, как показал анализ идей. Поэтому нужно определить оптимальную с точки зрения экологии структуру парка автомобилей нашей страны по качественным и количественным показателям. Каждый автомобильный завод страны в силах разработать модификацию своего автомобиля, удовлетворяющего экологическим качествам 2000 года. Тем более, что качества экологически чистого автомобиля определены: прежде всего это максимальная топливная экономичность, предельно достижимая в 2000 году, максимальный коэффициент полезного действия автомобиля во всех режимах работы, а также сведение на нет нормируемых сегодня выбросов, ликвидация выбросов сажи в дизелях, уменьшение расхода материалов, металла на производство, ремонт и обслуживание автомобилей, увеличение доли алюминия и пластмасс. Стали известны и пределы акустических характеристик для экологически чистых автомобилей.
Целесообразно принять предложения автомобильного завода имени Ленинского комсомола по созданию экологически чистого легкового автомобиля среднего класса. Необходимо поддержать идею завода имени Лихачева, который является лауреатом, получившим премию НТО AT и ДХ за создание проекта экологически чистой силовой установки.
Таким образом, программа приобретает практическое значение, и это позволяет надеяться, что мы сможем реально воздействовать на структуру нашего парка, уже начиная с 2000 года.
Хотелось бы подчеркнуть несколько идей, одобренных на конкурсе и касающихся энергетической установки. Во-первых, для уменьшения отвода тепла в охлажденную среду нужно покрыть стенки камеры сгорания, а также все трубопроводы, связанные с использованием энергии отработавших газов, керамическими материалами. По нашим оценкам, это приведет к ликвидации системы охлаждения в новом двигателе вообще или существенно уменьшит затраты на ее работу, к тому же повысит энергию отработавших газов, которую предлагается срабатывать в двух ступенях утилизации газовой и паровой турбины. В двигателе будет использоваться наддув. В системе топливоподачи прогрессивна идея гидравлического аккумулятора с форсунками микропроцессорного управления. Сажевые фильтры должны снизить выбросы сажи.
Базовый рабочий процесс рассчитывается на создание газовой модификации с использованием добавки чистого метанола. Решение этой задачи применительно к большинству заводов позволит практически вовлечь в топливный баланс местные источники топлива. Автомобиль сможет работать, используя топливо региона.
От редакции
Последним словом в разработке экологически чистого автомобиля в СССР стала марка «компакт» с бензо-водородным двигателем, привлекшая к себе внимание солидных инофирм на международных выставках.
На Западе многие годы разрабатывается качественно иное направление идеи экологически чистого автомобиля — электромобиль на солнечных батареях.
Это отнюдь не сенсация. Еще 150 лет назад французский ученый Беккерель открыл явление фотовольтажа, сконструировал первую примитивную солнечную батарею и прочил ей великое будущее в повседневной жизни человека. В 1900 году Альберт Эйнштейн продолжил эти изыскания, а в 50-х годах был открыт мощный вольтовый поток силикона.
Нефтяное эмбарго арабских стран в 1973 году подтолкнуло Запад к поиску альтернативных видов энергии. Вскоре появились первые солнечные батареи, а в июле 1984 года в книге рекордов Гиннесса появилась запись о первом в мире гоночном автомобиле на солнечных батареях, созданном американцами Девидсоном и Иохансеном. В том же году состоялся и первый трансамериканский пробег «феникса» — он прошел 2400 миль за 45 дней. Теперь солнечные ралли — уже международная традиция.
Преимущества солнечного электромобиля очевидны: электромотор его работает от постоянно самовозобновляющегося вида энергии даже в дождь и ночью; хорошая аэродинамика, маневренность, минимальный вес и рентабельность; экологически абсолютно чист; теоретически не имеет пределов скорости; максимальный комфорт в салоне.
«Солнечные» гонщики разных стран удивляют мир и дизайном своих автомобилей, и его ценой — от пяти тысяч долларов (Пакистан) до нескольких миллионов (США). Цена зависит и от стоимости самих солнечных батарей, которая снизилась от первоначальной в тысячу до пяти долларов за один ватт вырабатываемой ими электроэнергии. Солнечные батареи гоночного электро мобиля современного типа дают около пяти тысяч ватт в час.
Разумеется, солнечные электромобили — пока что дорогая альтернатива бензиновым, но это — дело времени. Апробированы уже несколько поколений семейных солнечных электромобилей, и люди охотно покупают их. Разрабатываются соответственные модели для большегрузных перевозок, сельскохозяйственных и других работ. За ними — будущее мирового автопарка.
В 1990 году предполагается солнечное ралли «Париж — Москва».