|
Arabic
Bengali
Chinese
English
French
German
Hebrew
Hindi
Italian
Japanese
Korean
Malay
Polish
Portuguese
Spanish
Turkish
Ukrainian
Vietnamese
ІСТОРІЯ ТЕХНІКИ, ТЕХНОЛОГІЇ, ПРЕДМЕТІВ НАВКОЛО НАС
Автомобілі на альтернативному паливі. Історія винаходу та виробництва
Довідник / Історія техніки, технології, предметів довкола нас На думку експертів, усіх відомих на Землі запасів нафти вистачить людству лише на п'ятдесят років. Бензин дорожчає, і щойно сьогодні не намагаються його замінити. І зрідженим природним газом, і всякого роду синтезованими газами і рідинами, зокрема спиртом, який женуть із різної сировини від тростини до апельсинових кірок. Майже всі ці види палива менш небезпечні для навколишнього середовища, ніж бензин, але вихлоп автомобіля все одно не стає нешкідливим. Кардинально вирішити проблему забруднення атмосфери автотранспортом міг би за певних умов електромобіль. Для цього екологічно чистими мають стати не лише експлуатація джерела його енергії, а й виготовлення цього джерела та навіть утилізація відходів. Поки ж цим вимогам зазвичай акумулятор, що застосовується в електромобілях, не відповідає. "І все ж таки, - як пише в журналі "Наука і життя" К. Климов, - в останні роки електромобіль застосовується набагато ширше. Завдяки розробкам найбільших автомобільних фірм світу недоліки акумулятора - вага, габарити, необхідність частих підзарядок - дещо зменшилися. Нещодавно, наприклад, німецька фірма BMW продемонструвала новий електромобіль на основі сірчано-натрієвого акумулятора.Для розгону цієї машини з місця до швидкості 96 кілометрів на годину потрібно, за твердженням фірми, всього 20 секунд, максимальна швидкість - 130 кілометрів на годину, а пробіг між підзарядками досягає 270 кілометрів. Але масового застосування в транспорті такий електромобіль не знайде, оскільки робоча температура сірчано-натрієвого акумулятора становить близько 350 градусів Цельсія. . "Електричних" машин на дорогах загального користування з кожним роком все більше, а повідомлення про нові розробки в цій галузі не сходять зі сторінок журналів та газет. Донедавна розвиток електромобілів стримувався низькими параметрами джерел струму. Багато років у цій якості служила традиційна свинцево-кислотна батарея. Крім інших серйозних недоліків, вона обмежувала пробіг машини до заряджання приблизно 150 кілометрами. В результаті модернізації батарею вдалося полегшити та замінити кислоту в рідкому вигляді на менш небезпечний гель. І все ж таки прориву на цьому напрямку чекати не доводиться, щільність "упаковки" енергії і потужність кислотних батарей майже досягли теоретичної межі. А ось замінивши свинець нікелем, вдалося створити цілу гаму нових акумуляторів - нікель-кадмієвих, нікель-водневих та нікель-цинкових. Вони вигідно відрізняються від свинцево-кислотних батарей. Їм притаманні довговічність, нечутливість до морозів, можливість швидкої підзарядки. Правда, вони дорожчі, і воду в деякі типи батарей все ж таки доводиться періодично доливати. Найбільш перспективними на сьогоднішній день визнаються нікель-металогідридні системи. Саме вони мають максимальні питомі показники, та й саморозряд прийнятний: п'ятдесят відсотків ємності на місяць. Відколи ці батареї вперше застосували в автомобілебудуванні, минуло шість років. За цей час експериментальні електромобілі пройшли дорогами мільйони кілометрів, довівши свою придатність до експлуатації при температурах від мінус двадцяти п'яти до плюс п'ятдесяти градусів. Ось що пише журнал "За кермом": "До очевидних плюсів нікель-металогідридних систем, насамперед, можна віднести збільшений майже вдвічі порівняно зі свинцевою кислотною батареєю пробіг до наступної підзарядки - до 250 кілометрів. А в 1996 році був зафіксований і рекорд : автомобіль "Солектрія-Санрайз", що приводиться в рух тільки електромотором на нікель-металогідридних батареях, подолав на "одному подиху" більше 600 кілометрів! ємності!В ході випробувань з'ясувалося, що нікель-металогідридні системи витримують більше 10 циклів зарядки-розрядки, що можна порівняти з пробігом 80 кілометрів. Все це покупцеві із задоволенням розкажуть, наприклад, в автосалонах фірми "Тойота" в США і тут же запропонують покататися на новозбудованому вседорожнику "RAV-4EV". Під підлогою його заховані 24 нікель-металогідридні батареї, які живлять електромотор потужністю 67 л. Цього вистачає для досить швидкого розгону (0-100 км/год – 18 секунд), а максимальну швидкість довелося обмежити 125 км/год. Сподобалося - "RAV-4EV" можна відразу купити за 42000 доларів. Щось не влаштовує? Не варто засмучуватися - адже вибір електромобілів "Тойотою" не обмежується. Тут і "Хонда-EV Плюс", і "Форд-Рейнджер EV", і "Нісан-Алтіма EV" - список можна продовжувати. Європейцям припали до душі "Пежо-106 Електрик" та "Сітроен-AX Електрик", а імпонувати модній молоді покликаний мікромобіль "Бомбардьє NV", за який просять чи не менше, ніж за деякі ВАЗи.
Електромобілі, крім іншого, дали життя новому, надзвичайно перспективному напрямку - так званим гібридним машинам. Гібридна схема - це поєднання двигуна, що працює на звичному паливі (бензині або газі, але частіше на солярці), та електромотора. Типовий представник саме цієї групи - "Тойота-Пріус" - один із найуспішніших з комерційної точки зору прикладів. Минулого року цій моделі надали перевагу більше десяти тисяч покупців, а таке, погодьтеся, вже дещо означає. У США, щоб стимулювати автоіндустрію до активного пошуку нових рішень, прийнятий закон, який наказує кожній фірмі до 2003 року мати у своїй програмі хоча б одну модель електромобіля. Інакше – заборона на торгівлю. Серед основних претендентів на титул "головного конкурента двигунам внутрішнього згоряння" сьогодні називають автомобілі з паливними елементами. Паливний елемент уперше побачив світ у 1839 році, коли англійський фізик Вільям Грув отримав струм у результаті електрохімічної реакції водню з киснем. Тему стали інтенсивно розробляти у 1960-ті та 1970-ті роки, коли двигуни з паливними елементами вперше застосували в космічній промисловості. Як зазвичай відбувається перетворення хімічної енергії палива на електричну на теплових електростанціях? Спочатку теплова енергія, що виділяється при горінні, перетворюється на кінетичну енергію пари. Потім енергія пари на роторі турбіни перетворюється на механічну енергію обертання. І, нарешті, в обмотках генератора механічна енергія стає електричною. На кожному етапі неминучі втрати. У паливному елементі хімічна енергія палива одразу трансформується на електричну. Паливний елемент, або електрохімічний генератор - це технічний пристрій, де протікає реакція окислення палива, в ході якої виробляється електроенергія. Паливом можуть бути водень, спирт, аміак і вуглеводні (природний газ, нафта), а окислювачем (горіння є реакція окислення) - кисень, азотна кислота та інших. Конструкція паливного елемента проста. Це посудина з електролітом (водним розчином кислоти або лугу), двома пористими електродами (анодом та катодом, як в акумуляторній батареї) та трубками для подачі палива (на анод) та окислювача (на катод). На аноді молекули водню розпадаються на атоми, які втрачають свої електрони, стають позитивними іонами та йдуть у електроліт. Анод, що втратив іони, набуває негативного заряду по відношенню до іншого електрода, і вільні електрони рухаються до останнього по зовнішньому ланцюгу. Там вони поєднуються з атомами кисню - утворюються негативні іони. Останні проходять через електроліт та з'єднуються з позитивними іонами водню. Так виникає замкнутий ланцюг, яким йде електричний струм, і паливний елемент стає електричним генератором. Крім електроенергії у ньому утворюється ще й побічний продукт – дистильована вода. Одиночний паливний елемент створює напругу близько 1,5 В. Щоб отримати вищу напругу, елементи послідовно з'єднують один з одним батареї.
Час безперервної роботи батареї залежить від запасів палива, окислювача та зносу (окислення) матеріалів електродів і становить діючих установках 1000 годин. Тому їх зараз використовують лише для електропостачання автономних споживачів, як-от глибоководні апарати або навколоземні космічні станції. Сьогодні найчастіше застосовують воднево-кисневі паливні елементи. Однак значно більш ефективні повітряно-алюмінієві паливні елементи, в яких катодом служить пориста вугільно-графітова пластина з киснем повітря, що надходить до нього, анодом - пластина з алюмінієвого сплаву. Окислення йде з коефіцієнтом корисної дії вісімдесят відсотків, і "згорілий" за кімнатної температури кілограм алюмінію здатний видати у зовнішній ланцюг приблизно стільки енергії, скільки дає кілограм кам'яного вугілля, згоряючи на повітрі при дуже високій температурі. "Достоинств у таких джерел електроенергії багато: і простота конструкції, і повна безпека експлуатації, і хороші питомі енергетичні характеристики, - пише у своїй статті в журналі "Наука і життя" К. Климов. - А недолік, в основному, один - дорожнеча анодного матеріалу, яка визначається головним чином енергоємністю процесу виробництва.Недолік цей повинен, однак, з часом зменшуватися, а завдяки останнім розробкам Інституту металургії імені А.А. . Фахівці інституту розробили новий та дуже ефективний метод так званих багатокомпонентних хімічних реакцій. У спеціально підібраному середовищі, що має одночасно іонну та електронну провідність, виникають при певній температурі множинні і рівномірно розподілені в об'ємі реактора мікроелектродні (так їх називають) електрохімічні реакції. З їх допомогою можна отримувати в чистому вигляді багато хто з відомих елементів, у тому числі метали, і зокрема - алюміній. Це роблять вже сьогодні, але поки що в лабораторних умовах, а як сировина використовують звичайну ґрунтову глину або будь-яку рудну сировину, що містить глинозем. Оксид алюмінію (основний компонент глинозему) переводять за допомогою хлористого кальцію в алюміній хлорид і відправляють в реактор. Туди надходять і пари металевого натрію, який отримують нагріванням соди з вугіллям. Таким чином, в реакторі утворюється розчин натрію, перемішаний з розплавом алюмінію, і створюються умови для одночасного виникнення множинних окислювально-відновних реакцій. Внаслідок цих реакцій і виходить рідкий алюміній. Деякі з таких реакцій йдуть із виділенням тепла, що, зрозуміло, знижує енергоємність процесу виробництва. Саме виробництво виявляється і простіше, і дешевше, ніж традиційний електроліз, і до того ж набагато чистіше екологічно". Якщо промисловості вдасться освоїти нову технологію отримання алюмінію, то і він і його сплави стануть набагато дешевшими. Це дозволить вирішити одразу два завдання. По-перше, прискорить вирішення проблеми автомобільного палива. По-друге, кузов автомобіля можна буде виробляти з легкого матеріалу, що не піддається корозії, що призведе до значного зниження його ваги. А зниження ваги автомобіля дозволить зменшити енерговитрати під час руху. Повітряно-алюмінієві паливні елементи вже сьогодні випускаються у багатьох країнах, зокрема й у Росії. Але особливий інтерес виявили до них японці. Вони виробляють їх по кілька десятків мільйонів на рік. Японці не приховують намірів незабаром налагодити випуск електромобілів на алюмінії. Одним із піонерів впровадження цієї технології в автомобілебудування вважається фірма "Мерседес-Бенц" (нині "Даймлер-Крайслер"). У 1994 році на базі фургона нею було збудовано прототип автомобіля з паливними елементами "Некар-1". Ще через два роки подібною силовою установкою оснастили пасажирський автомобіль V-класу. Новим щаблем стала прем'єра "Некара-3", який використовує як паливо метанол. Як пише журнал "За кермом": "Відмінна особливість цієї моделі - відсутність батарей для зберігання енергії. Процес у системі відбувається безпосередньо - при натисканні на педаль акселератора близько дев'яносто відсотків максимальної потужності доступне вже менш ніж через дві секунди. Як наслідок - гідна розгінна динаміка машини Що стосується палива, то застосування метанолу не вимагає будь-яких особливих заходів безпеки, а процес заправки автомобіля мало чим відрізняється від заповнення бака бензином.До речі, паливний бак "Некар-3" вміщує 38 літрів. палива, на якому машина здатна подолати 400 кілометрів, цей, здавалося б, уже непоганий результат побив "Некар-4" - наступний і, напевно, не останній прототип на шляху до масової продукції. Крім концерну "Даймлер-Крайслер", дослідження та розробку автомобілів з паливними елементами ведуть багато фірм - "Форд" і "Вольво", "Нісан" і "Рено", "Мазда"... І хоча доведеться ще вирішити масу проблем на шляху до серійного випуску таких машин, за прогнозами "Даймлер-Крайслер", тільки ця компанія зможе налагодити випуск від 40 до 100 тисяч штук автомобілів на паливних елементах вже в найближчі 4-5 років". Гі Негр, конструктор "Формули-1", заснував фірму MDI, де зайнявся створенням нового двигуна – гібридного. У ньому як паливо, зокрема, може виступати повітря! Негр вирішив відмовитись від класичної схеми, коли всі дії відбуваються в одному циліндрі. У нього використовується два: один об'ємом 270, а інший 755 кубічних сантиметрів. Циліндри з'єднані клапанами зі сферичною камерою 20 кубічних сантиметрів. При роботі двигуна на бензині в малому циліндрі відбувається всмоктування та стиск горючої суміші, яка потім виштовхується в камеру згоряння. Там вона підпалюється іскровим розрядом і згоряє при постійному обсязі (обидва клапани камери закриті). Потім відкривається клапан, що веде в циліндр розширення (великий). Така схема має ряд переваг. Фаза згоряння відокремлена від розширення і набагато триваліша, ніж у звичайному двигуні, тому новий мотор може працювати на гранично збіднених сумішах, що повільно горять, йому не потрібен глушник, а токсичність вихлопу порівняна зі звичайним міським повітрям. Працюючи на стиснутому повітрі процеси у двигуні мало змінюються. Здавалося, мети досягнуто, але Гі Негр взявся за новий двигун і новий автомобіль. Він назвав його TOP – "таксі з нульовим забрудненням". Така назва відображає концепцію: у цій машині не буде бензинового підживлення, тільки стиснене повітря. "Ще у проекті автомобіль викликав величезний інтерес не тільки у фахівців, - повідомляє журнал "За кермом", - а й у тих, хто владує. Так, у Мексиці парламентська комісія з транспорту зацікавилася розробками французьких інженерів, і після відвідування мексиканцями в 1997 році заводу в Бриньоле було підписано контракт про поступову заміну всіх 87 тисяч таксі Мехіко, найзагазованішої столиці у світі, машинами з чистим "видихом". Збирати "TOP-моделі" будуть на місці - французи збудують за океаном завод під ключ. Передбачимо заперечення: мовляв, щоб закачати в балони повітря, потрібна енергія, а електростанції - теж джерела забруднень. Автори проекту порахували кінцевий ККД у ланцюжку "нафтоперегінний завод - автомобіль" для бензинового, електричного та "повітряного" автомобіля: 9,4, 13,2 та 20 відсотків відповідно - "повітряник" лідирує з помітним відривом. Новий мотор багато в чому повторив уже обкатаний гібридний. Однак тепер поршні стали довше "зависати" в мертвих точках (80 відсотків часу) завдяки особливим муфтам, що прослизають, на колінчастому валу. У циліндр засмоктується не зовнішнє повітря, а частина вихлопу. Немає систем запалення, упорскування палива, бензобака. Зате під днищем акуратно розташувалися чотири карбонові (майже невагомі!) 50-літрові резервуари для стисненого повітря. Його запасу (200 л при 200 атм.) вистачає на 500 кілометрів при швидкості 40 кілометрів на годину або на 100 кілометрів на 90 кілометрів на годину. При гальмуванні енергія рекуперується – компресор високого тиску закачує зовнішнє повітря назад у балони. "Заправляти" автомобіль можна двома способами. Від повітряної магістралі високого тиску - 2-3 хвилини (за західними цінами лише за півтора долара) або від електромережі: той самий компресор накачає балони за 4 години - швидше, ніж заряджається електромобіль". Говорячи про електромобілі, не можна не назвати Tesla Motors. Це американська автомобільна компанія із Кремнієвої долини, орієнтована на виробництво електромобілів. Названа на честь всесвітньо відомого електротехніка та фізика Миколи Тесли. Перший автомобіль фірми – спорткар Tesla Roadster. Його офіційна презентація відбулася 19 липня 2006 р. у Санта-Моніка, Каліфорнія.
Компанія Tesla займається не лише випуском автомобілів, а й будівництвом мережі "Суперзарядок" (англ. Supercharger) - станцій для заряджання електромобілів. Автор: Муський С.А.
Машина для проріджування квітів у садах
02.05.2024 Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону
02.05.2024 Пастка для комах
01.05.2024
▪ 40-кіловата бездротова зарядка електромобілів ▪ Розумна кришка молочного пакету ▪ Наноелемент для паяння готовий ▪ Новий наноматеріал перетворює понад 90% світла на тепло
▪ Розділ сайту Мобільний зв'язок. Добірка статей ▪ стаття Публій Папіній Стацій. Знамениті афоризми ▪ стаття Де живуть носороги? Детальна відповідь ▪ стаття Морська гірчиця. Легенди, вирощування, способи застосування ▪ стаття Чорнильні порошки. Прості рецепти та поради
Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт
www.diagram.com.ua |
Рекомендуємо цікаві статті розділу 
Дивіться інші статті розділу 
Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:
All languages of this page