На автомобильном салоне в славном городе Нью-Йорке собравшееся жюри объявило самым экологически чистым автомобилем 2016 года Toyota Mirai. Это разработка японских инженеров в качестве топлива использует водород. По результатам голосования модель заняла первое место. Для специалистов в этом событии нет ничего удивительного, ведь компания Тойота уже давно активно разрабатывает машины, работающие на альтернативных источниках топлива.
Водородный автомобиль Toyota Mirai создан с использованием уникальных технологий и заслужил по праву считаться самым экологически чистым автомобилем в мире. Японские инженеры далеко продвинулись в разработке гибридных машин. Каждая новая модель избавляется от недостатков предшественницы и становится лучше.
Автомобиль Toyota Mirai представлен широкой публике в 2013 году в рамках Токийского автомобильного салона. Машина является гибридным автомобилем, работающим на водородном топливе. Продажи машины начались в 2014 году. Машина во время работы силовой установки не выделяет в окружающую среду вредные вещества. Из выхлопной трубы выходит водяной пар.
Разработка компании Тойота считается удачной и конкурентоспособной. В основе создания автомобиля лежат уникальные инженерные решения и разработки. Внешний вид автомобиля привлекает к себе внимание футуристическим дизайном.
Перечень стран, где начались продажи автомобиля в прошлом году ещё мал. В скором времени компания планирует значительно расширить зону продаж водородного автомобиля в мире.
Осторожные японцы занимали выжидательную позицию к увеличению объёма производства Toyota Mirai. Высокий интерес к автомобилю и положительные отзывы критиков заставили руководство компании форсировать расширение зоны продаж.
Согласно данным Международной организации автопроизводителей OICA в 2014 году количество эксплуатируемых легковых автомобилей в мире равнялось 907 миллионов 20 тысяч единиц.
Один автомобиль в среднем за год поглощает до 4 тонн кислорода, выбрасывает в атмосферу до 800 кг угарного газа и 40 кг оксида азота. В мире ежегодно по вине легковых автомобилей сгорает 3 миллиарда 628 миллионов тонн кислорода.
В атмосферу машины за год выбрасывают в мире 725 миллионов тонн угарного газа и 36 миллионов тонн оксида азота (согласно расчётам сайта ). Это чудовищные цифры и не удивительно, что производители автомобилей активно занимаются снижением уровня вредных выбросов в выхлопных газах.
Экологические требования к современному автомобилю являются в настоящее время приоритетными. Экологическая безопасность - это свойство автомобиля снижать негативные последствия влияния эксплуатации автомобиля на участников движения и окружающую среду. Она направлена на снижение токсичности отработанных газов, уменьшение шума, снижение радиопомех при движении автомобиля.
Несмотря на многочисленные попытки заменить двигатель внутреннего сгорания каким-либо другим, не выделяющим токсичные вещества, альтернативы ему пока нет. А если принципиально новый двигатель и появится, то переналадка производства для его крупносерийного выпуска потребует грандиозных капиталовложений и произойдет далеко не сразу. Вместе с тем уже сейчас человечество подошло к той черте, когда без экологически чистого автомобиля просто не обойтись. И выход пока видится один - надо если не полностью исключить, то во всяком случае свести к минимуму вредные выбросы ДВС.
Вредные выбросы и их воздействие на живую природу
Как образуются доставляющие всем столько хлопот вредные вещества в отработавших газах? Известно, что топливо сгорает в камере при взаимодействии с кислородом воздуха. Этот процесс сопровождается интенсивным выделением тепла, которое и преобразуется в работу. Теоретически для сгорания 1 кг бензина требуется 14,7 кг воздуха, однако на практике этого количества оказывается недостаточно. Дело в том, что воспламенение и сгорание бензино-воздушной смеси (ее еще называют горючей) длится тысячные доли секунды, и к такому быстрому процессу она недостаточно хорошо подготовлена. В смеси остаются газы от предыдущего цикла, препятствующие доступу кислорода к частицам топлива; кроме того, не удается добиться ее идеального перемешивания по объему цилиндра, особенно у непрогретого двигателя и на переходных режимах. В результате не все топливо окисляется до конечных продуктов, и для нормального протекания процесса сгорания его приходится добавлять. Если в горючей смеси количество топлива больше расчетного, смесь называется богатой, если меньше - бедной. При средних нагрузках главное внимание обращается на экономичность, поэтому в камеру сгорания подается несколько обедненная смесь. При небольшом обогащении смеси скорость ее сгорания увеличивается, в камере развиваются более высокие температура и давление. Для максимальных нагрузок или резкого перехода с малой нагрузки на большую требуется богатая смесь. Большое количество топлива подается в цилиндры и при пуске холодного двигателя, когда горючую смесь образуют только самые легкие фракции топлива. В этих случаях из-за недостатка кислорода топливо сгорает не полностью. Двигатель хотя и развивает большую мощность, но работает не экономично и выбрасывает в атмосферу токсичные продукты неполного сгорания.
Наиболее токсичными компонентами отработавших газов бензиновых двигателей являются: оксид углерода (СО), оксиды азота (NОx), углеводороды (СnHm), а в случае применения этилированного бензина - свинец. Состав выбросов дизельных двигателей отличается от бензиновых. В дизельном двигателе происходит более полное сгорание топлива. При этом образуется меньше окиси углерода и несгоревших углеводородов. Но, вместе с этим, за счет избытка воздуха в дизеле образуется большее количество оксидов азота. Дизельные двигатели, кроме всего прочего, выбрасывают твердые частицы (сажу). Сажа, содержащаяся в выхлопе, нетоксична, но она адсорбирует на поверхности своих частиц канцерогенные углеводороды. При сгорании низкокачественного дизельного топлива, содержащего серу, образуется сернистый ангидрид.
Как же эти вредные компоненты воздействуют на человека и окружающую среду? В обычных условиях СО- бесцветный газ без запаха, он легче воздуха и поэтому может легко распространятся в атмосфере. При действии на человека СО вызывает головную боль, головокружение, быструю утомляемость, раздражительность, сонливость, боли в области сердца. Оксид азота NO - бесцветный газ, диоксид азота NO 2 - газ красно-бурого цвета с характерным запахом. Оксиды азота при попадании в организм человека соединяются с водой. При этом они образуют в дыхательных путях соединения азотной и азотистой кислоты. Оксиды азота раздражающе действуют на слизистые оболочки глаз, носа, рта. Воздействие NO 2 cпособствует развитию заболеваний легких. Некоторые углеводороды СН являются сильнейшими канцерогенными веществами (например бензапирен), переносчиками которых могут быть частички сажи, содержащиеся в отработавших газах.
В скопившихся над асфальтом облаках СН и NOx под воздействием света происходят химические реакции. Разложение оксидов азота приводит к образованию озона. Вообще-то озон не стоек и быстро распадается, но только не в присутствии углеводородов (СН) - они замедляют процесс распада озона, и он активно вступает в реакции с частичками влаги и другими соединениями. Образуется стойкое облако мутного смога. Озон разъедает глаза и легкие, а выбросы NОх участвуют в формировании кислотных дождей.
В случае применения этилированных бензинов около 50% свинца осаждается в виде нагара на деталях двигателя и в выхлопной трубе, остаток уходит в атмосферу. Свинец присутствует в отработавших газах в виде мельчайших частиц размером 1-5 мкм, которые долго сохраняются в атмосфере. Концентрация свинца в атмосфере придорожной полосы в 2-20 раз больше, чем в других местах. Присутствие свинца в воздухе вызывает серьезные поражения органов пищеварения, центральной и периферической нервной системы. Воздействие свинца на кровь проявляется в снижении количества гемоглобина и разрушении эритроцитов.
Первыми тревогу забили в США и в Японии, где проблема загазованости в крупных городах встала особенно остро. Были законодательно утверждены требования по токсичности выхлопов новых автомобилей, которые периодически пересматривались и ужесточались. Вскоре аналогичные законы были приняты и в странах Европы.
При современном уровне развития техники наиболее эффективным способом снижения токсичности выхлопа является нейтрализация токсичных компонентов отработавших газов с использованием химических реакций окисления и (или) восстановления. С этой целью в выпускную систему двигателя устанавливают специальный термический реактор (нейтрализатор).
Устройство и принцип действия каталитических нейтрализаторов
На современных автомобилях для снижения выбросов вредных веществ устанавливаются трехкомпонентные каталитические нейтрализаторы. Трехкомпонентными их называют потому, что они нейтрализуют три вредных составляющих выхлопных газов: СО, СН и NO. Трехкомпонентный каталитический нейтрализатор представляет собой корпус из нержавеющей стали, включенный в систему выпуска до глушителя. В корпусе располагается блок носителя с многочисленными продольными порами, покрытыми тончайшим слоем вещества катализатора, которое само не вступает в химические реакции, но одним своим присутствием ускоряет их течение. В качестве катализатора используется платина и палладий, которые способствуют окислению СО и СН, а родий ”борется” с NOx. В результате реакций в нейтрализаторе токсичные соединения CO, CH и NOx окисляются или восстанавливаются до углекислого газа СО 2 , азота N 2 и воды Н 2 О.
Как правило, носителем в нейтрализаторе служит спецкерамика -монолит со множеством продольных сот-ячеек, на которые нанесена специальная шероховатая подложка. Это позволяет максимально увеличить эффективную площадь контакта каталитического покрытия с выхлопными газами - до величин около 20 тыс.кв.м. Причем вес благородных металлов, нанесенных на подложку на этой огромной площади, составляет всего 2-3 грамма. Керамика сделана достаточно огнеупорной – выдерживает температуру до 800-850°С. Но все равно при неисправности системы питания и длительной работе на переобогащенной рабочей смеси монолит может не выдержать и оплавиться - и тогда каталитический нейтрализатор выйдет из строя. Впрочем, все шире в качестве носителей каталитического слоя используются тончайшие металлические соты. Это позволяет увеличить площадь рабочей поверхности, получить меньшее противодавление, ускорить разогрев каталитического нейтрализатора до рабочей температуры и, главное, расширить температурный диапазон до 1000-1050°С.
На первый взгляд может показаться, что установка катализатора решает все экологические проблемы. Однако, температура, при которой катализатор начинает действовать (температура активации), находится в пределах 250–350°С. Время же, необходимое для разогрева, может достигать нескольких минут и зависит от типа автомобиля, способа его эксплуатации и температуры воздуха. Холодный катализатор практически неэффективен – следовательно, необходимо уменьшить время достижения температуры активации. Проблему частично решили, приблизив нейтрализатор к выпускному коллектору (такое сочетание часто называют катколлектором). Кроме этого, коллектор изготавливают из тонкостенных стальных труб вместо массивных чугунных и дополнительно утепляют, уменьшив тем самым тепловые потери. Другой способ быстро прогреть нейтрализатор – подать в отработавшие газы дополнительную порцию воздуха и одновременно обогатить смесь. Топливо догорает уже на выпуске, температура выхлопных газов растет, и нейтрализатор быстрее выходит на рабочий режим. Иногда нейтрализатор разогревают электрическим термоэлементом, однако это влечет дополнительные энергозатраты.
Обратная связь
Трехкомпонентный нейтрализатор наиболее эффективен при определенном составе отработавших газов. Это значит, что нужно очень точно выдерживать состав горючей смеси возле так называемого стехиометрического отношения воздух/ топливо, значение которого лежит в узких пределах 14,5- 14,7. Если горючая смесь будет богаче, то упадет эффективность нейтрализации СО и СН, если беднее- NOx. Поддерживать стехиометрический состав горючей смеси можно было только одним способом- управлять смесеобразованием, немедленно получая информацию о процессе сгорания, то есть, организовав обратную связь.
Для этого в выпускной коллектор поместили специально разработанный кислородный датчик- так называемый лямбда-зонд. Он вступает с раскаленными выхлопными газами в электрохимическую реакцию и выдает сигнал, уровень которого зависит от количества кислорода в выхлопе. Если кислорода осталось много- значит, смесь слишком бедная, если мало- богатая. А по результатам мгновенного анализа, которым занимается электроника, можно быстро корректировать состав смеси в ту или иную сторону. Напряжение на выходе кислородного датчика принимает два уровня. Если смесь бедная, то низковольтный сигнал дает команду на обогащение топливной смеси, и наоборот. На современных нейтрализаторах устанавливается два кислородных датчика. Первый определяет качество смеси- богатая или бедная. Другой, установленный за нейтрализатором, отслеживает эффективность нейтрализации.
Дальнейшим развитием систем коррекции являются адаптивные системы с возможностью «самообучения» в процессе эксплуатации. Суть работы таких систем заключается в том, что по мере изменения характеристик различных систем и компонентов двигателя в процессе эксплуатации (например, загрязнение форсунок, уменьшение компрессии, подсос воздуха) в специальной области памяти блока управления накапливаются «поправочные коэффициенты», используемые процессором при расчете длительности времени впрыска на различных установившихся режимах. Это позволяет поддерживать стехиометрический состав смеси даже при значительных отклонениях в состоянии системы.
Нейтрализация отработавших газов в выпускной системе дизельных двигателей
Сравнительно небольшое содержание вредных компонентов в отработавших газах дизелей не требовало в прошлом установки специальных устройств. Однако ужесточение норм токсичности (Евро-3 и Евро-4) коснулось и их. Основные претензии к дизелям экологи предъявляют из-за содержания частиц сажи и окиси азота (NOx) в выхлопе. Поэтому и на дизелях появились системы снижения токсичности выхлопа, включающие рециркуляцию отработавших газов, каталитический нейтрализатор и специальный сажевый фильтр.
Система рециркуляции выхлопных газов (ЕGR) применяется на бензиновых, дизельных и газовых двигателях. Предназначена для снижения токсичности отработавших газов (главным образом содержания оксидов азота NOx) в режимах прогрева и резкого ускорения двигателя, который на данных режимах работает на обогащённой топливной смеси. Часть отработавших газов попадает в обратно в цилиндры, что вызывает снижение максимальной температуры горения и, как следствие, уменьшение выбросов оксидов азота, образующихся при высоких температурах и являющихся одними из самых токсичных веществ. Система EGR не используется на холостых оборотах (прогретый двигатель), на холодном двигателе и при полностью открытой заслонке. Работа системы вызывает снижение эффективной мощности двигателя.
Сажевые фильтры изготавливают в виде пористого фильтрующего материала из карбида кремния. В конструкциях прошлых лет фильтры периодически очищали от накопившейся сажи отработавшими газами, температуру которых для этого повышали путем обогащения смеси. Очистка фильтра происходила по команде блока управления после каждых 400-500 км пробега автомобиля. Однако в этом случае резко увеличиваются выбросы других вредных веществ. Поэтому современный сажевый фильтр чаще всего работает в паре с окислительным нейтрализатором, который восстанавливает NОx до NO 2 и одновременно дожигает сажу, причем при более низких температурах – около 250°С.
В фильтрах нового поколения общий принцип остался прежним: задержать и уничтожить. Но как добиться нужной для сгорания частиц сажи температуры? Во-первых, фильтр разместили сразу за выпускным коллектором. Во-вторых, через каждые 300-500 км пробега контроллер включает режим многофазного впрыска, увеличивая количество поступающего в цилиндр топлива. И, наконец, главное: поверхность фильтрующего элемента покрыта тонким слоем катализатора, который дополнительно повышает температуру выхлопных газов до необходимых 560-600°С. Фильтрующий элемент состоит, как правило, из керамической (карбид кремния) микропористой губки. Толщина стенок между ее каналами не превышает 0,4 мм, так что фильтрующая поверхность очень большая. Иногда эту «губку» делают из сверхтонкого стального волокна, также покрытого катализатором. Набивка настолько плотная, что задерживает до 80% частиц размером 20-100 нм. Новые фильтры стали активно участвовать в управлении работой двигателя. Ведь режим обогащения включается по сигналу от датчиков давления, установленных на входе и выходе фильтра. Когда разность показаний становится значительной, компьютер воспринимает это как признак закупоренности «губки» сажей. А выжигание контролируют с помощью датчика температуры.
Яркий пример современного механизма очистки выхлопа дизелей – электронная система управления дизельным двигателем EDС (electronic diesel control), разработанная компанией Bosch. Ее конструкция включает в себя многокомпонентную систему выпуска отработавших газов, в которой предусмотрено семь датчиков – два лямбда-зонда, два температурных, два давления и один уровня сажи в выхлопе, а также три очистительных элемента – каталитический нейтрализатор, катализатор-накопитель и сажевый фильтр накопительного типа. Датчики в системе выхлопа позволили оптимизировать процессы смесеобразования и сгорания. Кстати, для этого под контроль «мозгу» EDС передали и многие системы двигателя – топливо- и воздухоподачи, рециркуляции отработавших газов, электронную дроссельную заслонку и турбонаддув. С помощью датчиков давления на входе и выходе из сажевого фильтра EDС контролирует степень его загрязнения. Эффективность работы катализаторов оценивается по показаниям двух лямбда-зондов (на входе и выходе). Корректировка работы систем двигателя осуществляется на основании показаний лямбда-зондов, датчиков температуры и уровня сажи на выходе. Каталитический нейтрализатор «перерабатывает» токсичные составляющие выхлопа – NO, NO 2 , CO, CН – в нетоксичные и малотоксичные соединения – H 2 O, N 2 , CO 2 , а катализатор-накопитель выполняет функции дополнительной очистки от окиси азота (NO 2) и предварительной – от частиц сажи.
Основные правила эксплуатации автомобиля с каталитическим нейтрализатором
Для обеспечения эффективной работы нейтрализатора необходимо использовать только качественное неэтилированное топливо, так как содержащийся в бензине тетраэтилсвинец необратимо “отравляет” каталитическую поверхность.
Во время и после работы двигателя корпус нейтрализатора имеет достаточно высокую температуру. В связи с этим, во избежание пожара, не следует парковать автомобиль над легко воспламеняющимися предметами, например сухими листьями, травой, бумагой и т.д.
Следует соблюдать основные правила, приведенные в инструкции по эксплуатации автомобилей. Они направлены на предупреждение ситуации, когда в нейтрализатор может попасть значительное количество несгоревшего топлива. В этом случае возможная вспышка может привести к его разрушению.
Присоединение России к Женевской конвенции привело к тому, что в стране были введены нормативные акты, которые установили стандарты на выброс вредных веществ, содержащихся в выхлопных газах и попадающих в воздух. В этих документах четко прописаны статьи, в которых указывается на то, что в эксплуатации должны находиться только те автомобили, которые полностью соответствуют европейским стандартам относительно выбросов вредных веществ.
Экологические классы автомобилей
После проведения огромного количества лабораторных исследований были получены данные, говорящие о том, что в течение года среднестатистический автомобиль потребляет из окружающей среды почти 4 тонны кислорода, а после переработки в воздух выбрасываются следующие вещества:
- угарный газ - около 800 кг;
- углероды - 200 кг;
- оксиды азота - 40 кг.
Если взять во внимание статистику, что количество автомобилей с каждым днем увеличивается, то можно только догадываться, чем это грозит окружающей среде. Экологические службы давно уже стали уделять этому вопросу особое внимание. Понятно, что запретить эксплуатацию автомобилей невозможно, поэтому было решено разработать нормы, регламентирующие регуляцию выбросов вредных веществ с выхлопами. Выполнять их обязали всех производителей автомобилей.
Что такое экологический класс автомобиля?
Это понятие подразумевает разделение всех существующих автомобилей на отдельные категории. Отнесение к той или иной категории осуществляется в зависимости от содержания вредных веществ в отработанных газах. Также важен уровень вредности от испарений топлива, которое используется для конкретного автомобиля.
К вредным испарениям относятся:
- СО - оксид углерода;
- NO - оксид азота;
- углеводороды;
- твердые вещества мелких фракций;
Внимание! Отношение автомобиля к экологическому классу определяется на стадии прохождения таможенного контроля, когда автомобиль пересекает границу Российской Федерации. Пометка экологического класса ставится в техническом паспорте, идущем вместе с автомобилем.
Классификация автомобилей по стандартам
Евро-1 - это один из самых первых стандартов, который осуществляет контроль количества вредных компонентов, содержащихся в отработанных газах. Он применялся только по отношению к транспортным средствам, оборудованным бензиновым типом двигателя. Стандарт регулировал количество оксидов углерода, азота и углеводорода в выхлопах. Поскольку это был самый первый стандарт, он считается самым лояльным по отношению к транспорту, но и одновременно с этим достаточно жестоким к окружающей среде.
Евро-2 - это уже усовершенствованный стандарт, в котором говорится о снижении содержания вредных веществ в отработанных газах в 3 раза. На территории Российской Федерации он вступил в свою законную силу в 2005 году. Полное применение началось только с 2006 года.
Евро-3 - в данном стандарте говориться о регуляции содержания негативных компонентов в отработанных газах транспортного средства оборудованных не только бензиновым, но и дизельным двигателем. Норма Евро-3 имеет еще большие требования к выхлопам. По сравнению с предыдущими стандартами предусматривается снижение почти на 40%.
Евро-4 - этот стандарт стал, активно применяться на территории Европы с 2005 года. На территории России он начал действовать только с 2010 года. Согласно ему, снижение состава негативных компонентов в отработанных газах должно быть на 40% по сравнению с предыдущим стандартом.
Евро-5 - это один из самых популярных стандартов, который применяется в наше время. Он стал обязательным с 2008 года. Ему должны соответствовать все новые автомобили с высокой грузоподъемностью, реализация которых проводится на территории Евросоюза. Соответствие легкового транспорта этим нормам стало требоваться с 2009 года. На территории России нормы ввели с 2015 года.
Как узнать к какому классу относится автомобиль?
Существует три самых верных способа, благодаря которым можно узнать принадлежность транспортного средства к экологическому классу:
- анализ ПТС автомобиля - вполне возможно, что там есть отметка, указывающая на определенный стандарт;
- поиск в таблице Росстандарта;
- запрос через базу данных в режиме онлайн, указав только VIN.
Экологический класс в ПТС
В первую очередь узнать какому именно стандарту отвечают выхлопы автомобиля можно с помощью ПТС. Это паспорт транспортного средства, содержащий основные технические данные. Если это документ нового типа, то узнать нужную информацию можно в графе 13. Чаще всего класс пишется словами.
В том случае, когда документ не нового образца, то данное примечание может быть в графе «Дополнительные пометки».
Внимание! Если в ПТС не нашлось ответа на этот вопрос, то отыскать информацию можно в таблице Росстандарта.
Экологический класс в таблице Росстандарта
Ведомство, занимающееся сертификацией транспортных средств, в соответствии со специальными стандартами Российской Федерации, разработало специальную таблицу, при помощи которой можно узнать, к какому экологическому классу относится автомобиль.
К основным критериям, которые учитываются при определении класса автомобиля, относится год производства и страна производитель. В список производителей входят не только страны Европы, но и располагающиеся за её пределами. При составлении таблицы учитывались не только требования ЕЭК ООН, но и другие нормы которые используются на территории других стран-производителей.
Удивительно то, что российские ведомства разрабатывают данную таблицу, но наша страна в списке отсутствует. Причиной этому является то, что все вышеуказанные критерии были введены в действие на территории страны недавно. Именно поэтому не совсем корректно сравнивать автомобили старого производства и выпущенных сначала 2000-х годов с автомобилями европейского производства, отвечающих всем необходимым нормам.
Если после того, как вы узнали класс автомобиля по таблице, остались любые непонятные моменты или вопросы, то дополнительно можно узнать по VIN коду.
Совет! Найти идентификатор можно в разных местах в зависимости от производителя: на двигателе, кузовной стойке рядом с сиденьем водителя, на торпедо со стороны водителя, под обшивкой пола или дверных порогах и всегда в ПТС.
Узнать экологический класс с помощью VIN
Узнать о классе транспортного средства можно по VIN коду на специальном сайте Росстандарта. На интернет странице ведомства для этого есть специальный онлайн сервис. Именно через него можно сделать соответствующий запрос.
У этого способа есть свое одно самое большое достоинство - это точность полученного результата. В определенную графу вводится номер VIN и отправляется запрос. После распознания идентификатора выдается результат, в котором описываются следующие данные:
- марка автомобиля;
- тип транспорта;
- номер одобрения;
- дата выпуска документа и срок его действия;
- тип экологического класса.
Внимание! Узнать нужную информацию возможно только в том случае, если данный VIN есть в базе Росстандарта. Вполне возможна ситуация, когда его там нет. В таком случае владельцу транспортного средства придется самостоятельно обращаться в соответствующее ведомство.
Заключение
Введение в силу специальных экологических норм относительно содержания определенных вредных компонентов, содержащихся в отработанных автомобилем газах, дало возможность провести разделение машин по экологическим классам. В том случае, когда состав негативных веществ в выхлопах очень высокий, владельцу автомобиля придется оплатить транспортный сбор и пошлину, величина которых зависит от класса.
Более подробную информацию о новом экологическом классе Евро-5 узнаем в следующем видео:
Многие годы исследователи бьются над поиском альтернативы бензину как основному типа топлива для автотранспорта. Экологические и ресурсные причины нет смысла перечислять - о токсичности выхлопных газов не говорит только ленивый. Решение проблемы ученые находят в самых, порой, необычных видах топлива. Recycle выбрал наиболее интересные идеи, бросающие вызов топливной гегемонии бензина.
Биодизель на растительных маслах
Биодизель - разновидность биотоплива на основе растительных масел, которая применяется как в чистом виде, так и в качестве различных смесей с дизельным топливом. Идея применения растительного масла в качестве топлива принадлежит еще Рудольфу Дизелю, который в 1895 году создал первый дизельный двигатель для работы на растительном масле.
Как правило, для получения биодизеля используют рапсовое, подсолнечное и соевое масла. Разумеется, сами по себе растительные масла в качестве топлива в бензобак не заливаются. В растительном масле содержатся жиры — эфиры жирных кислот с глицерином. В процессе получения «биосоляры» эфиры глицерина разрушают и заменяют глицерин (он выделяется как побочный продукт) на более простые спирты — метанол и, реже, этанол. Это и становится компонентом биодизеля.
Во многих европейских странах, а также в США, Японии и Бразилии, биодизель уже стал неплохой альтернативой обычному бензину. Так, в Германии рапсовый метиловый эфир продается уже более чем на 800 заправочных станциях. В июле 2010 года в странах Евросоюза работали 245 заводов по производству биодизеля суммарной мощностью 22 млн тонн. Аналитики компании Oil World прогнозируют, что к 2020 г. доля биодизеля в структуре потребляемого моторного топлива в Бразилии, Европе, Китае и Индии составит 20%.
Биодизель — экологичное топливо для транспорта: в сравнении с обычным дизельным топливом он почти не содержит серы и при этом подвергается практически полному биологическому распаду. В почве или в воде микроорганизмы за 28 дней перерабатывают 99% биодизеля — это минимизирует степень загрязнения рек и озёр.
Сжатый воздух
Модели пневмоавтомобилей — машин, ездящих на сжатом воздухе — выпущены уже несколькими компаниями. Инженеры Peugeot в свое время произвели фурор в автомобильной индустрии, заявив о создании гибрида, у которого в помощь к двигателю внутреннего сгорания добавляется энергия сжатого воздуха. Французские инженеры рассчитывали, что такая разработка поможет малолитражкам сократить расход топлива до 3 л на 100 км. Специалисты Peugeot утверждают, что в городе пневмогибрид может до 80% времени передвигаться на сжатом воздухе, не создав ни миллиграмма вредных выбросов.
Принцип работы «воздухомобиля» довольно прост: в движение машину приводит не сгорающая в цилиндрах мотора бензиновая смесь, а мощный поток воздуха из баллона (давление в баллоне — около 300 атмосфер). Пневматический мотор конвертирует энергию сжатого воздуха во вращение полуосей.
К сожалению, машины целиком на сжатом воздухе или air-гибриды создаются, в основном, мизерными партиями — для работы в специфических условиях и на ограниченном пространстве (например, на производственных площадках, требующих максимального уровня пожарной безопасности). Хотя существуют некоторые модели и для «стандартных» покупателей.
Экологически чистый микрогрузовичок Gator от компании Engineair - первый в Австралии автомобиль на сжатом воздухе, поступивший в реальную коммерческую эксплуатацию. Его уже можно видеть на улицах Мельбурна. Грузоподъёмность - 500 кг, объём баллонов с воздухом - 105 литров. Пробег грузовичка на одной заправке - 16 км.
Продукты жизнедеятельности
До чего дошел прогресс — некоторым автомобилям для работы двигателя нужен не бензин, а попадающие в канализацию отходы жизнедеятельности человека. Такое чудо автопрома создали в Великобритании. На улицы Бристоля выкатили автомобиль, который использует в качестве топлива метан, выделенный из человеческих экскрементов. Прототипической моделью стал Volkswagen Beetle, а производитель машины VW Bio-Bug на инновационном топливе - компания GENeco. Установленный на кабриолете «Фольксваген» перерабатывающий фекалии двигатель позволил проехать 15 тысяч километров.
Изобретение GENeco поспешили назвать прорывом во внедрении энергосберегающих технологий и экологически чистого топлива. Обывателю идея кажется сюрреалистической, поэтому стоит разъяснить: в автомобиль загружается, конечно, уже переработанное топливо — в виде готового к использованию метана, полученного заблаговременно из отходов жизнедеятельности.
При этом двигатель VW Bio-Bug использует два вида топлива одновременно: машина стартует от бензина, но, как только двигатель прогревается, а автомобиль набирает определенную скорость, включается подача переработанного на заводах GENeco человеческого желудочного газа. Потребители могут даже не заметить разницы. Впрочем, остается главная маркетинговая проблема — человеческое негативное восприятие того сырья, из которого получают биогаз.
Солнечные батареи
Производство автомобилей, питающихся солнечной энергией — пожалуй, самое развитое направление автопрома, ориентированного на использование эко-топлива. Машины на солнечных батареях создаются по всему миру и в самых разных вариациях. Еще в 1982 году изобретатель Ханс Толструп на солнцемобиле «Quiet Achiever» («Тихий рекордсмен») пересёк Австралию с запада на восток (правда, со скоростью всего лишь 20 км в час).
В сентябре 2014 года автомобилю Stella на удалось проехать маршрут от Лос-Анджелеса до Сан-Франциско, а это 560 км. Солнцемобиль, разработанный группой из голландского Университета Эйндховена, оснащён панелями, собирающими солнечную энергию, и 60-килограммовым блоком батарей ёмкостью шесть киловатт-часов. Stella имеет среднюю скорость 70 км в час. При отсутствии солнечного света запаса батарей хватает на 600 км. В октябре 2014 года студенты из Эйндховена на своей чудо-машине приняли участие в World Solar Challenge — 3000-километровой ралли по Австралии для машин на солнечных батареях.
Самым скоростным электрокаром на солнечных батареях на данный момент является Sunswift, созданный командой студентов из австралийского Университета Нового Южного Уэльса. На испытаниях в августе 2014 года этот солнцемобиль на одном заряде аккумулятора преодолел 500 километров с потрясающей для такого транспорта средней скоростью 100 км в час.
Биодизель на кулинарных отходах
В 2011 году Министерство сельского хозяйства США вместе с Национальной лабораторией возобновляемых видов энергии проводило исследование альтернативных типов топлива. Одним из удивительных результатов стал вывод о перспективности использования биодизельного топлива на основе сырья животного происхождения. Биодизель из остатков жиров — технология еще не слишком развитая, но уже используемая в азиатских странах.
Каждый год в Японии после приготовления национального блюда, тэмпура, остается приблизительно 400 тысяч тонн использованного кулинарного жира. Раньше он перерабатывался в корм для животных, удобрения и мыло, однако в начале 1990-х годов экономные японцы нашли ему еще одно применение, наладив на его основе производство растительного дизельного топлива.
По сравнению с бензином такой нестандартный вид автозаправки выделяет в атмосферу меньшее количество окиси серы — главной причины кислотных дождей — и на две трети сокращает количество других ядовитых выбросов выхлопных газов. Чтобы сделать новое топливо более популярным, его производители придумали любопытную схему. Каждому, кто пришлет на завод по выработке РДТ десять партий пластмассовых бутылок с использованным кулинарном жиром, выделяется 3,3 квадратных метра леса в одной из японских префектур.
До России технология в таком объеме еще не дошла, а зря: ежегодное количество отходов российской пищевой промышленности составляет 14 млн тонн, что по своему энергетическому потенциалу эквивалентно 7 млн тонн нефти. В России пущенные на биодизель отходы закрыли бы потребность транспорта на 10 процентов.
Жидкий водород
Жидкий водород уже давно считается одним из главных видов топлива, способных бросить вызов бензину и дизелю. Транспортные средства на водородном топливе не являются редкостью, но в силу многих факторов так и не завоевали широкую популярность. Хотя в последнее время благодаря новой волне озабоченности «зелеными» технологиями идея водородного двигателя приобрела новых сторонников.
Сразу несколько крупных производителей сейчас имеют в своем модельном ряду машины с водородным двигателем. Один из самых известных примеров - BMW Hydrogen 7, автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который может работать и на бензине, и на жидком водороде. BMW Hydrogen 7 имеет бензиновый бак на 74 литра и резервуар для хранения 8 кг жидкого водорода.
Таким образом, автомобиль может использовать оба вида топлива во время одной поездки: переключение с одного типа горючего на другое происходит автоматически, при этом предпочтение отдается водороду. Таким же типом двигателя оснащен, например, гибридный водородно-бензиновый автомобиль Aston Martin Rapide S. В нем двигатель может работать на обоих видах топлива, а переключение между ними осуществляет интеллектуальная система оптимизации расхода и выбросов вредных веществ в атмосферу.
Водородное топливо собираются осваивать и другие авто-гиганты - Mazda, Nissan и Toyota.
Считается, что жидкий водород экологически безопасен, так как при горении в среде чистого кислорода не выделяет никаких загрязняющих веществ.
Зеленые водоросли
Водорослевое топливо — экзотичный способ получения энергии для автомобиля. Рассматривать водоросли в качестве биотоплива стали, прежде всего, в США и Японии.
Япония не обладает большим запасом плодородных земель для выращивания рапса или сорго (которые используются в других странах для получения биотоплива из растительных масел). Зато Страна Восходящего Солнца добывает огромное количество зеленых водорослей. Раньше их употребляли в пищу, а сейчас на их основе стали делать заправку для современных автомобилей. Не так давно в японском городе Фудзисава на улицах появился пассажирский автобус DeuSEL от компании Isuzu, который передвигается на топливе, часть которого получена на основе водорослей. Одним из главных элементов стала эвглена зеленая.
Сейчас «водорослевые» добавки составляют всего несколько процентов от общей массы топлива в транспортных баках, но в будущем азиатская компания-производитель обещает разработать двигатель, который позволит использовать биосоставляющую на все 100 процентов.
В США тоже плотно занялись вопросом биотоплива на базе водорослей. Сеть заправок Propel в Северной Калифорнии начала продажи биодизеля Soladiesel всем желающим. Топливо получают из водорослей путем их сбраживания и последующего выделения углеводородов. Изобретатели биотоплива обещают двадцатипроцентное уменьшение выбросов углекислоты и заметное снижение токсичности по другим показателям.
Концепты MDI.
Да и топливо для них гораздо дороже стоит, чем тот же 98-й бензин. Что же касается топлива, изготовленного на основе растительных масел и спирта,- хлеб у меня в городе подорожал на 25%, а мясо я вообще в последнее время не ем, результат как говориться "налицо" т.е. на живот...
А давайте, на минуточку отойдём от горючего топлива, и посмотрим на принцип работы обычного двигателя внутреннего сгорания(ДВС):
Горючее топливо попадает в камеру сгорания двигателя, там смешивается с воздухом, поджигается(или сдавливается), и образующийся в результате сгорания топлива газ, давит на поршни - и пошла реакция, как химики говорят.
Tata Air Car. CityCAT Family Car.
А теперь давайте заполним топливный бак автомобиля обычным воздухом. Только у бака увеличим толщину стен, и немного видоизменим его форму. Накачаем туда воздух под давлением и попробуем запустить двигатель... и о странно: двигатель начинает работать... сжатый воздух устремляется по металлическим трубкам в камеру сгорания(резиновым шлангам пришлось сказать "адью"!),- давит на поршни - и... пошла реакция. Скорость машины весом в 900 килограмм достигает 25-30км/час. Машина проезжает около 100 метров. и останавливается... В "бензобаке" кончился воздух!
Tata Air Car. CityCAT Taxi.
Это не проблема!
Ставим воздушный бак побольше, и выхлопную трубу вставляем в воздушный бак. Воздух выходящий из двигателя,- снова попадает в воздушный бак - правда давление в баке уже понизилось...
.jpg)
Tata Air Car. CityCAT Van.
Но и это не проблема!
Мы решили эту проблему так,- поставили вместо одного 4-х цилиндровых двигателя, два 2-х цилиндровых, и значительно облегчили машину, сделав её двухместной: вес 600 кг.
.jpg)
Tata Air Car. CityCAT Pick-Up.
Теперь один двигатель передаёт тягу А другой просто крутит генератор. Проблем это нам прибавило, но зато у нас теперь есть два генератора вместо одного. Правда второй помощнее первого. А зачем?
А затем что, один генератор даёт ток для обслуживания электрики авто. А другой генератор даёт энергию для работы воздушного насоса. Который снова загоняет прошедший через двигатель воздух, в воздушный бак, под тем же давлением что и вначале. Теперь машина стабильно движется со скоростью 50км/час.
Теперь чтобы увеличить скорость авто, надо закачать в воздушный бак воздух под ещё большим давлением. Я к сожалению не могу с точностью определить давление в воздушном баке(у меня нет соответствующего прибора), но не менее 10-ти атмосфер. Воздушный бак - это обычная система для заправки метаном. (Мы её зовём "акваланг для авто").
Как доставить поломанный автомобиль до СТО? Необходимо наличие двух машин и наличие фаркопа. Для его установки , на сайте http://фаркоп.рф. Здесь предсталвен огромный каталог фаркопов на разные модели автомобилей.
