100 великих рекордов в мире автомобилей - Зигуненко Станислав Николаевич

Рабочая группа компании Motive из провинции Альберта, Канада, уже строила прототипы для многих ведущих производителей. Модель Switch заявлена как чистый электромобиль, но может быть превращена и в гибрид. Впервые в мире на их электромобиле будет установлена шестиступенчатая коробка передач.

Концерн Tata – крупнейшее индийское предприятие, ставшее владельцем компаний Tetley Teas, Jaguar и Land Rover, – недавно объявил о выпуске самого дешевого в мире автомобиля стоимостью всего в 2500 долларов. Теперь он обещает выпустить на рынок электрический микроавтомобильчик, а также гибрид с пробегом порядка 300 км.

Алюминиевые авто – самые легкие

Разговоры об электромобилях, как сообщалось ранее, ведутся уже давно – более 100 лет. В самом деле: первый российский самодвижущийся экипаж, сделанный в 1899 году, был именно электрическим. Но массовым электромобиль пока не стал. Почему?

Его «ахиллесова пята» известна: непомерно тяжелые батареи свинцовых аккумуляторов не могут обеспечить сколько-нибудь приличных ходовых характеристик. И экологичность такого авто тоже не очевидна: для зарядки аккумуляторов приходится пользоваться энергией ТЭЦ, на которых сжигается уголь, загрязняющий атмосферу еще больше, нежели выхлопные газы бензинового двигателя.

Но вот проблема вроде бы сдвинулась с мертвой точки. Теперь электродвигатель такой машины может получать энергию от химических источников энергии наподобие тех, что используются в транзисторных приемниках, плеерах, некоторых игрушках. Однако одно дело – питать карманный приемник, и совсем другое – автомобиль: последнему нужны батареи особые.

Наиболее перспективны топливные элементы. В них, как и в обычных батарейках, для выработки энергии используется окислительно-восстановительная реакция, сопровождающаяся, как известно из учебника химии, передачей электронов от атомов одного вещества (восстановителя) к атомам другого (окислителя). На практике такую реакцию проводят как бы в два приема. На аноде восстановитель отдает свои электроны, то есть окисляется, а на катоде окислитель эти электроны принимает, то есть восстанавливается. Сами же электроны, пробегая от анода к катоду через внешнюю цепь, заодно выполняют полезную работу.

Процесс этот, конечно, не бесконечен: и окислитель, и восстановитель постепенно расходуются, в результате чего отработавшую свое батарейку приходится выбрасывать. Но в принципе если в зону реакции подавать все новые порции восстановителя и окислителя, батарея будет функционировать уж если не вечно, то очень долго.

Именно так и работают топливные элементы. Причем с окислителем для них проблемы нет – окружающий воздух, как известно, на двадцать с лишним процентов состоит из кислорода. Что же касается восстановителя, то его приходится возить с собой. И вот тут возникают проблемы.

Наилучшим восстановителем по праву считается водород. За ним идут некоторые щелочные и щелочноземельные металлы. Но баллон с водородом небезопасен, при аварии может случиться взрыв. Щелочные и щелочноземельные металлы тоже имеют свойство окисляться на воздухе с выделением большого количества тепла.

Наилучшим во многих отношениях восстановителем показал себя алюминий. Покрытый плотной пленкой оксида, он не окисляется на воздухе, сравнительно дешев и нетоксичен, а электролитом может служить водный раствор кислоты, щелочи или даже соли.

С точки зрения дешевизны и удобства эксплуатации, инженеры ныне отдают предпочтение щелочному электролиту, хотя у него тоже есть недостатки. Щелочь разъедает анод, даже когда топливный элемент не работает, поэтому оснащенный им электромобиль лучше всего использовать круглосуточно, иначе всякий раз щелочь надо сливать.

Но эти минусы – мелочь по сравнению с теми преимуществами, которые сулит авто с топливными элементами.

В самом деле: перезарядка элементов не требует электросети – нужно просто вынуть старые алюминиевые пластины и поменять их на новые. Как показывает практика, это дело 15 минут. Еще проще и быстрее производится слив-залив электролита, причем отработанный можно восстанавливать. Весит агрегат «электродвигатель – топливные элементы» не больше, чем обычный бензиновый двигатель и заполненный бак, и уж, конечно, значительно меньше, чем свинцовые аккумуляторы. А заправляться нужно не чаще, чем бензином.

Единственный крупный недостаток топливных элементов сегодня – существуют они лишь в единичных экземплярах. Не торопятся промышленники пока с их внедрением. Нефти на Земле, дескать, еще много, а парниковый эффект еще не так опасен, чтобы спешно отказываться от ДВС. Но дело к тому все равно идет – первые автомобили на топливных элементах уже появились на испытательных трассах…

Так, на сегодня самый скоростной водородный автомобиль Ford Fucion Hyrogen 999 разработан инженерами компании специально для рекорда в г. Аллан Парк, штат Мичиган, США… Топливные элементы мощностью 400 кВт поставила компания Ballard, электродвигатель – университет штата Огайо. В итоге на трассе в Бонневиле автомобиль под управлением Рика Бернса достиг скорости 333,6 км/ч.

На самом ядовитом топливе

Вообще-то гидразин и его производные – очень сильные яды. Но поскольку это еще и высококалорийное топливо, способное храниться очень долго без особых критичных условий содержания, а в сочетании с определенным окислителем еще и самовоспламеняющееся, то некоторые ракетчики, как наши, так и зарубежные, применяют его в военных разработках. Их не смущает даже то, что от паров соединений гидразина человека не способен защитить даже противогаз обычного типа.

И вдруг эту самую «гадость» сотрудники компании Daihatsu совместно с японским Национальным институтом передовых прикладных наук и технологий (AIST) решили использовать как топливо в автомобиле. Почему? Оказывается, хитрые японцы разработали новый класс топливных элементов, не нуждающихся в платиновых катализаторах и весьма эффективно работающих на гидразине.

Сокращенно такой элемент называется DHFC. Топливом для него служит гидразин гидрат (N2H4H2O), довольно широко применяемый в химической промышленности. Выхлоп же нового топливного элемента представляет собой воду и азот.

Причем если обычные топливные элементы работают, когда через их мембраны проходят протоны, то в новом устройстве DHFC реакцию обеспечивают бегущие сквозь мембрану анионы (ОН-). Благодаря такой «химии» в качестве катализаторов в новом устройстве удалось применить кобальт и никель – куда более дешевые материалы, чем драгоценная платина.

Как сообщает пресс-релиз Daihatsu, обычно в блоке топливных элементов, работающих на водороде, содержится примерно 100 г платины. Стоит такое количество драгметалла – несколько тысяч долларов. В итоге топливная батарея может стоить в 2–3 раза дороже самого автомобиля. Отсутствие же платины в новом аппарате, наряду с другими хитростями (недорогими материалами для сепаратора, корпуса и прочих деталей), позволило сделать новый топливный элемент сравнительно дешевым.

Но вот как быть с безопасностью? Ведь не будем забывать, что гидразин – сильнейший яд. И что будет с водителем, пассажирами да и окружающими, если при аварии на дороге бак с гидразином даст течь?..

Можете не переживать. Японцы решили и эту проблему. Специалисты Daihatsu придумали специальный бак, наполненный гранулированным полимером, содержащим карбонильную группу. При заправке бака гидразин гидрат вступает в реакцию с полимером. Происходит дегидратация топлива, и гидразин оказывается химически связан. Теперь внутри емкости он образует твердый гидразон, который совершенно безопасен в хранении и которому не страшно разрушение бака в случае аварии. А вода, входившая в состав гидразин гидрата, при заправке из этого самого бака откачивается.