Машина на дровах кажется если не фантастикой, то чем-то очень древним. А ведь на заре автомобилестроения паровые двигатели составляли жесткую конкуренцию двигателям бензиновым. Первый автомобиль «на дровах» был построен во Франции в 1900 году, уже через год аналогичное изобретение появилось и в России. С 1916 года между Парижем и Руаном (125 км) даже ходил газогенераторный автобус.
Принцип работы газогенераторного двигателя очень прост: двигатель внутреннего сгорания работает на газе, получаемом в результате горения дров или древесного угля. Генераторный газ – смесь газов, в основном окиси углерода и водорода. Самый простой газогенератор – металлический цилиндр, доверху загруженный топливом (дровами, углем, торфом). Сгорая при температуре 1500 °С, оно дает горючую смесь, которая затем поступает в охладитель, где в результате снижения температуры газа повышается его калорийность. Далее через смеситель (где смешивается с воздухом) газ поступает в камеру сгорания ДВС. Колеса крутятся.
достаточно и минусов, и плюсов, но, учитывая тот факт, что они все же проиграли конкуренцию бензиновым, минусов все-таки больше. Это и короткий пробег на одной заправке (не более 80 км), и снижение грузоподъемности и полезного объема кузова на 100–400 кг (в зависимости от веса установки сгорания), это и хлопоты с дозаправкой (перед каждой надо было убирать золу), а также долгое время разогрева двигателя (10–15 минут на дровах, около минуты на угле), и КПД на 30–35 % ниже по сравнению с бензиновым двигателем. Все это существенно снижало динамические характеристики автомобиля. К тому же вместе с углекислым газом двигатель вырабатывал и угарный газ, поэтому вождение газгена требовало большой осторожности.
Плюсов оказалось существенно меньше. С одной стороны, это всеядность (можно ездить хоть на еловых шишках) и почти полная безвредность для окружающей среды, с другой – экономичность: поклонники газгенов утверждают, что двигатель на дровах в пять-семь раз выгоднее бензинового. Два килограмма дров или килограмм древесного угля эквивалентны одному литру бензина. Да и дерево, в отличие от нефти, – возобновляемое топливо. Однако удобство победило экономичность, и газогенераторные двигатели ушли в историю.
СЕЙЧАС АВТОМОБИЛИ на дровах массово используются только в Северной Корее, испытывающей регулярный топливный голод. Также есть примеры в России, Украине и Швеции. Переоборудование автомобиля в газген обойдется сегодня примерно в тысячу долларов. Переделывают и «Жигули», и «Опели». Поклонники газгенов создают автомобили, имеющие запас хода до 120 км и способные держать максимальную скорость в 80–90 км/ч. Из последних новостей стоит отметить случай англичанина, который проехал 2500 км, заправляя свой автомобиль отходами от кофе. Максимальная скорость составила 105 км/ч, остановки были совершены в 37 кофейных лавках.
Золотой век газгенов
Сложно поверить, но в 30–40-е годы, период предвоенного промышленного роста и Второй мировой, «автомобили на дровах» были чуть ли не основным видом транспорта в Европе. Во время войны в Швеции было переведено на дрова 73 000 автомобилей (93 % автотранспорта), в Финляндии – 43 000 (их них 30 000 – автобусы), во Франции – 65 000, в Дании – 10 000, в Норвегии – 9000. Даже по далекой солнечной Австралии разъезжало 72 000 газгенов.
В Старом свете только две страны могли самостоятельно обеспечить себя горючим – это СССР и Румыния. Но перед СССР стояла проблема освоения тайги и северных территорий, расположенных далеко от баз снабжения ГСМ. В тайге заправок нет. Именно поэтому Советский Союз стал массово развивать газогенераторный транспорт. Первые испытания «дровяного автомобиля» прошли в СССР в 1928 году на базе «Фиата». В 1936-м вышло постановление правительства о массовом производстве газогенераторных грузовиков и тракторов. Делали их из плохого металла и с множеством дефектов. Модели ГАЗ-42 было выпущено более 33 000 штук, а моделей ЗИС-13 и ЗИС-21 – более 16 000. В 1943 году в составе Госплана даже появился сектор искусственного топлива и газгена. Во время войны все грузовики Колымского края (республики лагерей) были переведены на дрова – бензин только для фронта. В рейс для дозаправки брали по шесть-восемь мешков топлива. С ним проблем не было, поскольку в те времена около 30 % древесины шло в отходы. Строжайше запрещалось использовать качественную древесину – только чурки, лузга, опилки, кора и шишки. В 1945 году колымские газгены даже взяли первое место на Выставке достижений народного хозяйства в Москве. После войны правительство опять пыталось вернуться к идее перевода грузового транспорта на дрова, но в начале 50-х перебои с бензином закончились, и проблема «деревянного топлива» перестала быть для СССР актуальной. Хотя в глубинке газгены встречались вплоть до конца 70-х годов.
По другую сторону фронта – в Германии – газгены были распространены еще сильнее. В 1938 году, когда около 25 % объема топливного рынка Третьего рейха составляли суррогаты, по Германии ездило всего 9000 дровяных автомобилей. Но уже в 1941 году их стало 300 000, а к 1945 году число «дровосеков» достигло полумиллиона. По стране были раскиданы более 3000 «дровяных» заправок. Свой вклад в создание «дровяного автомобиля» вложили и Volkswagen и Mercedes-Benz. Причем в обоих опытных образцах котел не выпирал из стандартных габаритов автомобиля и был практически незаметен. Немецкий дизайн – всегда немецкий дизайн. Сразу после окончания Второй мировой число газгенов в Германии резко снизилось. В 50-е в ФРГ их было не более 20 000. «Автомобиль на дровах» – лишь экономный и практичный выход при дефиците бензина.
Солнечные зайчики с низким КПД. Автомобили на солнечных батареях
«Солнцемобили» уже перестают быть сугубо игрушкой для богатых или развлечением городских сумасшедших. Разработкой машин на фотопреобразователях солнечной энергии сегодня занимаются, кажется, все крупные автоконцерны мира. Этим балуется и Toyota, и Daimler-Benz, и BMW, размещая батареи на крышах некоторых своих моделей. Создать машину, имеющую неограниченный запас хода, не нуждающуюся в сети заправок и не вырабатывающую вредных выбросов, – значит совершить прорыв в автомобилестроении. Тем более энергия солнца – бесплатная энергия. Именно так размышляли в General Motors, когда в 1955 году один из ведущих инженеров компании, Уильям Кобб, представил первый образец автомобиля на солнечных батареях. Однако мышление автогигантов середины 50-х было так сосредоточено на бензине, что любые альтернативные проекты отвергались как бесперспективные. Проект Кобба был забыт на 30 лет. Только в 1982 году инженер Ханс Толструп доказал «бытовую» пригодность солнцемобилей. На своем «Тихом рекордсмене» он пересек Австралию – правда, со средней скоростью всего 20 км/ч. Основной недостаток любительских солнцемобилей – низкий КПД фотоэлементов (около 12 %) и, соответственно, малая мощность – 1–2 л. с. Однако уже в 1996 году солнцемобиль «Мечта» смог преодолеть 3000 австралийских километров между городами Дарвин и Аделаида со средней скоростью 90 км/ч, развивая ее на отдельных участках до 135 км/ч. Но стоила «Мечта» около $2 млн. Сегодня гонки машин на солнечных батареях проходят в Австралии раз в два года. И всякий раз результаты улучшаются.
«Солнцемобили» перестают быть развлечением городских сумасшедших. Фото: www.spidersweb.pl
НО В СТРАНЕ КЕНГУРУ 365 дней в году солнечно. А что же делать нам, европейцам? Французская компания VENTURI на данный момент разработала два прототипа солнцемобилей в форме болида. Первая модель, ЕСLETIC, имеет солнечную батарею площадью 2 м2, мощность 22 л. с. и способна преодолеть без подзарядки до 50 км при средней скорости 50 км/ч. Модель ASTROLAB имеет солнечную батарею площадью уже 3,6 м2 и запас хода 110 км при максимальной скорости 120 км/ч. Стоимость французских солнцемобилей колеблется в районе €90 000 – мы по-прежнему имеем дело с «дорогими игрушками».
Проблема выхода солнцемобилей в серию упирается в КПД солнечных батарей. Считается, что серийность начинается с 45–50 % КПД. Например, у первых «Жигулей» он составляет 46 %. На данный момент средний КПД солнечной батареи – около 15 %. Инженеры BOEING недавно добились 36 % отдачи. Поэтому сегодня речи о создании «чистого» солнцемобиля пока нет. Развитие направления, скорее всего, будет идти по двум сценариям: либо создание гибридного солнечно-электрического автомобиля, в нужный момент способного подзарядиться от розетки, либо отведение солнечной энергии вспомогательной функции по «запитыванию» радио, кондиционера или навигатора. Хотя немецкая компания SONO MOTORS обещает уже в 2019 году выпустить в серию свой солнечный автомобиль «Сион». На корпусе разместят 330 фотоэлементов, обещан запас хода от 100 до 250 км. Стоить «Сион» будет €16 000 евро, плюс €4000 за батареи. А пессимисты из числа автостроителей уверяют нас, что ждать полноценного серийного автомобиля, питающегося исключительно энергией солнца, нам придется еще не меньше десяти лет.
Водяной-мошенник. Автомобили на воде
Гидромобиль, использующий в качестве топлива для движения только воду, считается невозможным. Все изобретатели, собиравшие деньги на его создание, в конце концов оказались мошенниками. Гуру «гидростроения» Стэнли Мейер (у которого и после смерти в 1998 году остается множество поклонников) в 1980-м пытался запатентовать автомобиль, ездящий на воде вместо бензина, однако не смог дать внятного описания работы двигателя, и суд штата Огайо признал его мошенником. В 2008 году изобретатель с острова Цейлон Тушар Эдиризинге заявил, что смог проехать на своем «аквакаре» около 300 км, потратив при этом всего три литра воды. Изобретатель показал свой автомобиль премьер-министру Шри-Ланки и даже умудрился «выбить» себе правительственные субсидии. Но и он спустя несколько месяцев был арестован за мошенничество.
Множество стартапов пытались собирать деньги и выпускать водяной автотранспорт. Из последних стоит отметить японскую компанию GENEPAX. Разработчики утверждают, что создали двигатель, способный ездить на любой воде, хоть из-под крана, хоть из лужи. Одного литра должно хватать на час езды со средней скоростью 80 км/ч. Заявленная себестоимость производства двигателя – $18 000, но особенности его строения и работы японцы держат в секрете. Очевидно, тоже боятся разоблачения.
H2O Genepax, www. автовестник.рф
АВТОМОБИЛЬ, РАБОТАЮЩИЙ на водяном двигателе, возможен только как гибрид. По большей части, он и сам по себе, и в качестве «сопровождения» бесполезен. Большинство гидродвигателей строятся на принципе электролиза воды, то есть разделения воды на кислород и водород, который и является настоящим топливом для мотора. Но процесс электролиза – это игра с нулевой суммой: энергия, затраченная на разделение атомов кислорода и водорода, будет равна выделенной энергии. Учитывая тепловые потери в неидеальной системе, водяной двигатель противоречит законам термодинамики. Никакая коррекция процесса электролиза – разрыва межатомных связей – невозможна.
Никакие «бензиновые таблетки» водяной двигатель не спасут.
Единственное необходимое уточнение касается так называемого газа Брауна (водяного газа). Считается, что вода способна активизировать процесс сжигания топлива в двигателях внутреннего сгорания. «Водяные впрыски» в классический ДВС могут сэкономить до 10–30 % объема бензина. Один литр воды может быть преобразован в 1866 л газа Брауна и в итоге подарить автолюбителю до 30–40 дополнительных часов езды.
Повозка Леонардо да Винчи: автомобиль на заводе
Чертеж этой машины был обнаружен на странице 812R «Атлантического кодекса» и датируется 1478 годом. Трехколесную самодвижущуюся тележку, родившуюся в голове Леонардо, сегодня зовут то первым автомобилем, то программируемым роботом. Более 500 лет ученые не могли прочитать чертеж да Винчи и понять, жизнеспособен ли этот механизм. Только в 2004 году итальянский историк Карло Педретти смог материализовать замысел гения. Правда, повозка Леонардо была признана опасной, поэтому опытный образец построили в масштабе 1/3 от замысла: 1,68 м в длину и 1,49 м в ширину. После оцифровки чертежа выяснилось, что в самодвижущейся повозке (скорее всего, созданной для развлечения королевского двора) уже заложены принципы тяги, регулирования скоростей и переключения передач, программируемого движения и, что самое главное и революционное, тормоза.
«Автомобиль Леонардо» деревянный, и, чтобы придать твердость его частям, были использованы пять самых прочных пород дерева. В итоге повозка, больше похожая на большую детскую заводную игрушку, после отпускания тормоза смогла свободно проехать почти 50 м. В оригинале она, благодаря сложной системе брусков, умела даже самостоятельно поворачивать – правда, только вправо. Первоначально считалось, что в действие «тележку Леонардо» приводят две рессоры, согнутые, как в арбалете, но потом оказалось, что автомобиль заводится по пружинному принципу: двигателем оказались пружины, свитые в барабанах. Их запасенная энергия и толкает машину вперед.
Не взлетим, но покатаемся. Автомобиль на воздухе
Если могут быть деньги из воздуха, то почему из воздуха не может быть автомобиль? Хотя, конечно, он кажется таким же невероятным, как машина, работающая на воде. Но факт остается фактом. Автомобили на воздухе существуют и даже недавно были запущены в серию в Индии.
Про пневмодвигатель часто шутят как про двигатель внутреннего не-сгорания. Принцип его работы до банальности прост: энергия расширяющегося воздуха преобразуется в механическую работу, воздушная струя крутит колеса. Все. Нет ни топливного бака, ни аккумуляторов, ни горения. Баллоны с воздухом многоразовые и при образовании трещин не взрываются, а просто «вытекают». Кажется, что в воздушных машинах просто нечему ломаться. Сегодня пневматические автомобили медленно входят в моду. А ведь еще на стыке XIX и ХХ веков пневматические трамваи легко конкурировали с электрическими. И сейчас пневмолокомотивы широко применяются в угольных разрезах и шахтерском деле.
Как только инженерами будет решена главная проблема автомобилей на сжатом воздухе, а именно проблема низкой энергетической плотности «топлива» (КПД всего 5–7 % и падает по мере опустения баллона; бензин в 200 раз эффективней воздуха), то у пневмоавтомобилей почти не останется минусов. Что же касается плюсов, то их список достаточно широк. Во-первых, экологичность, отсутствие вредных выбросов. Отработанные газы – обычный воздух. Во-вторых, простота заправки: на станциях не требуется подвоза и переработки топлива. А его низкая стоимость позволяет удешевить эксплуатацию автомобиля на 20 %.
Однако не все проблемы еще решены. Второй большой минус пневмоавтомобилей – это сложность дозаправки в домашних условиях. Все упирается в процесс дегидрации воздуха. В баллонах воздух охлаждается и сжимается до 300 атм. Хоть одна капля жидкости тут же превращается в лед и может повредить двигатель. В обычном же воздухе в среднем содержится до 10 г жидкости на 1 м3. А энергия, затраченная на дегидрацию воздуха, невосполнима. Поэтому в домашних условиях пневмоавтомобиль заправляется три-четыре часа, тогда как на АЗС – всего три-четыре минуты.
СЕГОДНЯ ПИОНЕРОМ в создании «воздушных автомобилей» является компания MDI, основанная одним из ведущих инженеров-конструкторов Формулы-1 Гаем Негре. В 2009 году компания представила на Женевском автосалоне свой пневмоавтомобиль, больше похожий на игрушку. Трехколесная малолитражка весом 220 кг и с джойстиком вместо руля могла разгоняться до 75 км/ч, имела запас хода 100 км и передвигалась по велодорожкам. Для управления ею даже не требуются водительские права. Поэтому нет ничего удивительного, что компания MDI оказалась на грани банкротства. Спасли дело автомобилей на воздухе индусы. Один из крупнейших автопроизводителей в мире, индийско-британский Tata Motors, загорелся идеей сделать «настоящий четырехколесный пневмоавтомобиль» и, вместо того чтобы создать собственную разработку, просто купил технологию у MDI за $28 млн.
В итоге получился TATA-MINICAT. Это уже полноценный автомобиль: 350 кг живого веса, скорость 100 км/ч, запас хода на четырех баллонах по 100 л – 120–130 км. Цена «маленького кота» – $5000. Если перевести воздух в бензин, то получится, что машина использует до одного литра бензина на 100 км пути.
Сегодня интерес к пневматике проявляют правительства Австрии, Китая, Египта и Кубы. Еще в 1997 году мэрия Мехико решила перевести «на воздух» весь парк городских такси, 87 000 машин. Благодаря воздуху воздух в крупнейшем городе мира стал хоть немного чище.
