Газ – альтернатива бензину и электромобилю

Сегодня многие автомобильные гиганты создают или уже создали электромобили и их модификации, названные гибридами.

Нынешний всплеск интереса к электромобилю является ответом на резкое подорожание нефти и продуктов ее переработки, на прогнозы ближайшего истощения мировых запасов нефти, на загазованность атмосферы городов продуктами выхлопа автомобиля, на угрозу глобального потепления климата Земли из‑за выбросов в атмосферу промышленных отходов, в том числе выхлопных газов автомобилей.

Электромобиль создавал впечатление решения этих проблем. Действительно, казалось, что нет ничего проще перей-ти на электрическую тягу, все элементы которой хорошо известны и отработаны в стационарных машинах; перейти на электрическую тягу и тем самым избавиться от нефтяной зависимости, ибо все перечисленные проблемы автомобиля были и есть следствием использования нефтяного топлива.

Так казалось, так виделось…

Сегодня, по прошествии десятилетия со времени появления первых электромобилей (первых – в наши дни, так как идея электромобиля имеет давнюю историю), все выглядит совсем не так просто и очевидно.

Во-первых, пришлось вспомнить, что автомобиль – изделие массового производства и переход на электрическую тягу потребует переделать коренным образом всю силовую его часть, а это будет стоить огромных затрат. Сказанное относится в полной мере к созданию новой инфраструктуры обслуживания электромобиля.

Во-вторых, сегодняшняя цена электромобиля (речь идет о легковом автомобиле, о грузовых пока даже не упоминают) – около 40 тысяч долларов США; в этой цене около 13 тысяч составляют затраты на аккумуляторные батареи. А их срок службы – семь лет. Через семь лет хозяин машины будет вынужден вложить в свой автомобиль еще 13 тысяч долларов.

В-третьих, электрическая энергия для перезарядки аккумуляторов берется из сети. Для того чтобы было что брать из сети, потребуется чуть ли не вдвое увеличить производство электроэнергии, и это тоже огромные затраты (ряд российских специалистов утверждает, что оте-чественная энергосистема пока не готова справиться с ростом нагрузки в случае массового перехода на электромобили).

В-четвертых, оказалось, что утилизация отработавших аккумуляторов представляет отдельную проблему, решение которой пока не видно. Здесь уместно заметить, что, кроме аккумуляторных батарей, могут быть использованы несколько других источников электричества, например топливные элементы, но до их практического применения настолько далеко, что не видно горизонта.

Тут перечислены основные проблемы, связанные с реализацией массового производства электромобилей.

Нет, я не против электромобиля. Более того, я считаю, что ему принадлежит будущее. Будущее, возможно, отдаленное.

Жить по средствам

Говорят, что политика – поиск возможного. То же самое можно сказать и о деятельности инженера, о его поиске приемлемых решений. Это поиск экономически оправданных решений, решений, соответствующих настоящему уровню техники.

Уважаемый читатель! Ты задумывался, почему произошел недавний экономический кризис, почему Греция оказалась перед дефолтом, почему то же самое угрожает Испании, Португалии и некоторым другим странам? Я открою тебе секрет: экономический кризис в этих странах произошел из‑за того, что они жили и хотят дальше жить не по средствам, жить шикарно, не задумываясь о том, что, откуда и почему берется, работать поменьше или вовсе не работать, ездить на дорогих автомобилях, в том числе на электромобилях. Оказалось, что это невозможно. Недавно Ангела Меркель, канцлер Германии, сказала об этом открыто: «Шикарная жизнь закончилась навсегда». Не будет у людей электромобиля. Это им сегодня не по карману.

Хочу привести мое доказательство этого утверждения. Появление электромобиля, его захват рынка угрожает производителю нефтяного топлива. Почему же не видно, чтобы этот торговец нефтяным топливом был обеспокоен деятельностью появившегося конкурента? Да потому, что он не видит в нем серьезного противника, не верит в широкое применение электромобиля.

Что же будет? Так и будем коптить небо выхлопами сгоревшего бензина и солярки?

Оказывается – нет. Есть альтернатива, она состоит в давно известном и широко применяемом в некоторых странах переводе автомобиля на питание горючим газом. Напомним свойства газа как топлива для автомобиля, благодаря которым мы (и не только мы) рассматриваем его как альтернативу продуктам из нефти и электромобилям.

Токсичность выхлопных газов при работе на газе на 90 процентов ниже токсичности выхлопных газов бензиновых двигателей.

Некоторые авторы считают, что недостаток газа состоит в том, что в выхлопных газах двигателя, работающего на газе, содержание парникового углекислого газа такое же, как его содержание в выхлопных газах автомобиля, работающего на бензине. Таким образом, утверждают эти авторы, угроза опасного изменения климата Земли из‑за парникового эффекта не уменьшается при переводе автомобилей на газ. Это мнение опровергается исследованиями, проведенными швейцарским научно-исследовательским институтом EMPA. В результате этих исследований показано, что содержание углекислого газа в выхлопных газах двигателя, работающего на газе, на 21 процент меньше, чем его содержание в выхлопе двигателя, работающего на бензине. При использовании непосредственного впрыска этот показатель составляет около 16 процентов. В дизелях этот показатель оказывается 12 процентов, а при установке в дизель катализатора этот показатель снижается до примерно 5 процентов. Таким образом, можно подвести неутешительный итог. В наибольшей степени за процесс изменения климата Земли ответственны самые распространенные на сегодняшний момент бензиновые двигатели, они составляют около 80 процентов всех автомобилей.

Двигатели, работающие на газе, позволяют добиваться более высоких мощностных и топливно-экономических показателей, чем у аналогичных бензиновых двигателей. Специально сконструированные газовые двигатели по удельным показателям мощности превосходят бензиновые, а по топливной экономичности близки к дизельным; при переходе с жидкого топлива на газообразное срок службы двигателя до капитального ремонта возрастает в полтора раза, а сроки смены масла увеличиваются в два раза…

Коэффициент полезного действия (КПД) газовых двигателей достигает 38‑40 процентов в широком диапазоне режимов. Для сравнения укажем, что КПД бензинового двигателя составляет лишь 30‑35 процентов и только на наиболее экономичных режимах работы.

Особенно усложнено приготовление смеси для бензиновых двигателей при низких температурах атмосферного воздуха вследствие того, что бензин в этих условиях плохо испаряется. При газовом топливе приготовление равномерной смеси не вызывает труда…

Использование газа в автомобильных двигателях;
• увеличивает срок службы свечей до 85 тысяч километров;
• нет испарения топлива, не образуются паровоздушные пробки в топливоподающей системе;
• улучшаются условия смазки трущейся пары гильза – поршневые кольца, так как газовое топливо не смывает масло со стен гильзы;
• уменьшается нагарообразование в головке блока и на поршнях.

Хватит ли газа?

Доказанные запасы газа в мире составляют около 173 триллионов кубических метров; если к ним прибавить еще и не открытые запасы, которые, по предварительным расчетам, составляют около 120 триллионов кубических метров, в сумме получается около 300 триллионов кубических метров.

Газовым топливом является также метан угольных пластов. Он содержится в угленосных отложениях и является причиной взрывов в угольных шахтах. Этот метан может добываться как самостоятельное ископаемое топливо и попутный продукт в процессе дегазации шахт. Его запасы оцениваются в 240 триллионов кубометров.

Источником газообразного топлива для автомобилей является также каменный уголь. Его разведанные запасы составляют около 1000 триллионов тонн, намного больше запасов нефти и природного газа вместе взятых. При сжигании каменного угля в атмосферу выбрасывается большое количество углекислого газа, сажи, золы и других отходов. Это обстоятельство существенно снижает ценность угля как топлива. Поэтому актуальна переработка угля в другие виды топлива (например, в горючий газ, среднетемпературный кокс и другие).

Нетрудно заметить, что в этом кратком обзоре ничего не говорится об огромных запасах горючего газа в сланцах и о появлении новой высокоэффективной технологии добычи газа из сланцев. Мы также не упомянули об открытых в последнее время месторождениях газа в Средиземном море вблизи от берегов Израиля, не упомянули о публикациях, в которых прогнозируются дальнейшие открытия крупных месторождений газа в Средиземном море.

Таким образом, мировые запасы газа таковы, что снимают остроту опасения о грядущем вскоре энергетическом кризисе.

Технология перевода автомобиля на газ отлично освоена, соответствующее оборудование выпускается серийно, так что нет проблем с его закупкой и применением.

Применяются два варианта технологий перевода на газ: так называемая универсальная система питания двигателя, при которой сохраняется система питания бензином и есть возможность легко
перейти с питания бензином на питание газом или обратно поворотом крана в кабине водителя. Стоимость применения универсальной системы в зависимости от примененного оборудования составляет от 130 до 400 долларов.

Более глубокое изменение конструкции двигателя, состоящее в увеличении степени сжатия до 11‑13. Это дает дополнительную экономию.

Специально поставленные опыты показали, что расход топлива на 100 километров при движении автомобиля, работающего на газе, со скоростями в пределах от 25 до 50 км/час в два раза меньше, чем у того же автомобиля в тех же условиях, работающего на бензине.

По действующим ценам на бензин и газ эксплуатация автомобиля на газе приносит около 40 процентов экономии.

Государственный подход

Перевод автотранспорта на питание газом – задача, непосильная отдельному собственнику автомобиля. Сомнительно, чтобы это было доступно даже крупной компании. Здесь требуется участие государства, что мы и наблюдаем в ряде стран, где имеются определенные успехи в этом деле.

Приоритетность природного газа как наиболее перспективного экологически чистого моторного топлива очевидна для многих стран мира. В Канаде, Новой Зеландии, Аргентине, Италии, Голландии, Франции и других странах успешно действуют национальные программы перевода автотранспорта, в первую очередь городского, на газомоторное топливо. Для этого разработана соответствующая нормативно-законодательная база: ценовая, налоговая, тарифная, кредитная. В результате налицо явный прогресс.

В Нидерландах более 50 процентов всего автотранспорта используют в качестве топлива газ, в Италии – более 20 процентов (около двух миллионов автомобилей). В Германии число автомобилей, использующих газ, достигает 500 тысяч, а в Японии – миллиона. 95 процентов автобусного парка Вены и 87 процентов парка Дании работают на газе. В Аргентине 1,2 миллиона машин используют в качестве топлива газ.

В странах Западной Европы для стимулирования газификации автотранспорта предусматривается существенное уменьшение налогов на автомобили, использующие газовое топливо. В среднем эта разница составляет полтора-два раза, кроме того, автовладельцы после конверсии автомобиля освобождаются от налоговых выплат на три года. С 1996 года в Великобритании и Франции существенно уменьшены налоги на автомобили, использующие газовое топливо. В Германии эта разница составляет полтора раза, в Нидерландах – 1,7 раза.