Действительно ли через 50 лет мы увидим детские коляски и велосипеды? Видите ли, эта нефть закончится через полвека. И угля хватит еще на два с половиной года. В любом случае, не убирайте лопаты. Они вам понадобятся.
Топливо будущего: что заменит бензин через 50 лет
Паровые двигатели — это то, на чем мы работаем уже почти 200 лет. Уголь был заменен бензином и дизельным топливом, паровые котлы заменили двигатели внутреннего сгорания. Транспорт стал чище и быстрее. Но вскоре все может зайти в тупик. У нас заканчиваются запасы нефти и газа. Возможно, нам придется изменить средства передвижения или изобрести новые виды топлива. Так к чему мы движемся? Что заменит бензин в баках наших автомобилей? И почему Генри Форд отказался от атомных электростанций? Об этом рассказывает программа РЕН ТВ «Наука и технологии», которую ведет Михаил Борзенков.
Беспроводная автозарядка
Нефть закончится через 50 лет. Природный газ закончится через 53 года. Угля хватит только на два с половиной столетия. Это не страшные сказки, а реальные расчеты ученых-энергетиков. Человечество сжигает углеводороды слишком быстро. Пришло время подумать об альтернативных видах топлива — новых источниках энергии и совершенно новом виде транспорта, не требующем бензина или дизельного топлива.
Первое, что приходит на ум, — это электромобили. Инженеры по всему миру уже давно работают над этой идеей. Однако чистые электромобили, то есть автомобили без двигателей внутреннего сгорания, все еще редко встречаются на наших дорогах. Одной из причин этого является отсутствие большой сети зарядных станций.
«Наша компания занимается электромобилями уже 30 лет. А теперь мы разработали нечто невероятное — беспроводную зарядку для автомобилей», — говорит главный инженер Qualcomm Эдвард Ван Бочмен.
Американские инженеры обещают, что водителям электромобилей больше не придется ходить по городу в поисках розетки. Любая поверхность — даже стена соседнего здания или тротуар — может стать зарядной станцией.
«В автомобиле установлена система беспроводной зарядки. Этот настенный источник питания передает энергию на бортик в вашем гараже. Оттуда автомобиль получает энергию через специальный блок. Зарядка происходит гораздо быстрее, чем через розетку. И устройства не занимают много места», — объясняет Эдвард Ван Бочмен.
Технология чем-то напоминает беспроводную зарядку телефона. Он основан на электромагнитной индукции. Если бы дороги были оборудованы такими устройствами, можно было бы забыть об остановках для дозаправки. Электромобиль можно заряжать во время движения.
Электрокатер
Американцы испытывают свое изобретение во Франции, недалеко от Версаля. Там они установили 100 метров таких платных дорог. Пока это только тестовый трек, но разработчики обещают, что скоро технологию можно будет встретить на дорогах города.
Французы не бездействуют, пока вы ждете этого момента. Они изобретают новые средства передвижения для поездок по каналам. Недавно в Париже была представлена первая электрическая лодка для каналов.
Изобретатели назвали свое изобретение Sea Bubble, потому что это судно на воздушной подушке. Пузырь практически бесшумен и может разгоняться до 18 километров в час.
«Мы планируем строить водные такси с помощью наших пузырьков. Они быстрые, тихие, но самое главное — экологически чистые. Нет смога и топливо не разбрызгивается в воде. Для такого мегаполиса, как Париж, это просто средство передвижения будущего», — сказал главный инженер SeaBubbles Оскар Гаше.
Обычный, но сжатый воздух
В 1863 году в Рошфоре, Франция, была спущена на воду подводная лодка Le Plongeur. Он был спроектирован инженером Шарлем Брюном и капитаном Симоном Буржуа. Это была самая большая подводная лодка XIX века, способная погружаться на глубину до 10 метров и обладавшая повышенной прочностью конструкции благодаря поперечным и продольным переборкам. Возможно, вдохновленный подводной лодкой, которую он увидел на Всемирной выставке в Париже в 1862 году, Жюль Верн позже описал свой «Наутилус».
Одним из важнейших технических новшеств этого экспериментального проекта был двигатель на сжатом воздухе. Мощность газовой турбины составляла 80 лошадиных сил. 23 цистерн объемом 117 кубических метров было достаточно для 12 миль подводного путешествия. Часть воздуха влетала в корпус, а часть вылетала — так, что лодка оставляла след на поверхности воды.
Аналогичная технология использовалась в авиации. В 1879 году другой французский изобретатель, Виктор Татен, построил модель аэроплана с размахом крыльев 1,9 м и двумя пропеллерами, приводимыми в движение воздушным двигателем.
Позже, опять же во Франции, Луи Мекарский представил трамвайный двигатель. К концу 19 века у изобретателя был парк из 96 трамваев, но позже они были заменены электрическими трамваями. Однако двигатель использовался в шахтах.
Воздушные двигатели не выделяют загрязняющих веществ. Именно поэтому сегодня над этими вопросами работают стартапы, ориентированные на особо ответственных потребителей, и компании, которым необходимо доказать свою ответственность перед обществом и планетой.
В середине 2000-х годов MDI представила прототип самолета AIRPod. Компания была основана Ги Негре, конструктором двигателей, который работал в Renault и разработал систему запуска двигателей на сжатом воздухе для легких самолетов. Он предложил двигатель, основанный на этом принципе, для Формулы-1.
В настоящее время его нет на сайте производителя, но есть ряд других транспортных средств, а также лодка с воздушным двигателем, велосипед и вилочный погрузчик. Компания также предлагает использовать энергию воздуха в бытовых электрогенераторах.
Более известный производитель автомобилей, Citroen, в 2015 году представил кроссовер, работающий на сжатом воздухе. Разработчики облегчили серийную модель автомобиля, улучшили ее аэродинамические свойства, спрятали баллоны в багажнике, и в результате получился концепт Citroen C4 Cactus Airflow 2L.
В настоящее время биодизель смешивается с бензином. В Эстонии, например, с 2018 года в 95 видов бензина и дизельного топлива добавляется ингредиент на биооснове в рамках инициативы Европейского союза по снижению загрязнения окружающей среды.
Биодизель может использоваться в обычных дизельных двигателях путем добавления присадки к топливу и модификации системы подачи для учета более низкого содержания энергии в биодизеле. Однако есть и недостаток: он замерзает при более высоких температурах, чем дизельное топливо, поэтому необходимы меры для использования биодизеля в более холодных регионах.
Природный газ
При перегонке нефти образуется пропан-бутан. Эта газовая смесь в жидком виде используется сегодня почти во всех автомобилях. Он быстро и полностью сгорает и поэтому имеет высокое октановое число без необходимости использования дополнительных присадок.
Автомобиль можно превратить в гибридное транспортное средство, установить газовый баллон на запасное колесо и подключить устройство к бортовому компьютеру. Автомобиль заводится на бензине, а затем переключается на газ. После полного потребления можно было вернуться к бензину. Таким образом, на бензине можно проехать 300-350 километров.
Есть еще один газ — метан, простейший углеводород. Его называют болотным газом, потому что он образуется при разложении грязи в болотах. Чтобы использовать метан в двигателе, его необходимо охладить и сжать под высоким давлением. Недостатком является то, что для этого требуются толстостенные баллоны с давлением 200 атмосфер, каждый из которых может весить около 100 кг. Поэтому метан чаще всего используется не в легковых автомобилях, а в грузовиках и автобусах.
В 2018 году Россия потребила 705 миллионов кубометров этого газа. КАМАЗ, работающий на КПГ, окупается на два месяца быстрее, чем его дизельный аналог. Один кубический метр метана эквивалентен одному литру бензина и стоит 16 рублей — в три раза меньше. Но количество АЗС в стране в прошлом году составило 360, что, конечно, очень мало, так как общее количество АЗС только в 2017 году составило более 15 тысяч.
Когда речь идет о необходимости перехода на альтернативные виды топлива, не предполагающие их добычу из-под земли, нет причин рассматривать газовую концепцию. Поскольку запасы природного газа, как и нефти, скоро будут исчерпаны, нам нужны технологии, позволяющие производить его в промышленных масштабах, не полагаясь на природные ресурсы. Или выбирайте другие источники.
Газ от горения дров
Французский инженер Филипп Лебон открыл осветительный газ в 1799 году и получил патент на его использование, а в 1801 году он получил патент на конструкцию газового двигателя. Другой инженер, Этьен Ленуар из Бельгии, запатентовал газовый двигатель внутреннего сгорания в 1860 году.
В результате в 1938 году в Европе насчитывалось около 450 000 автомобилей, работающих на газе. В СССР экспериментальное производство ЗИС-13 началось в 1936 году, за ним последовали ЗИС-21 и ГАЗ-42, работавший на природном газе.
Если двигатель внутреннего сгорания доступен, а бензин или дизельное топливо — нет, можно использовать газовый генератор. Такой подход использовался, например, во время Великой Отечественной войны в СССР.
Принцип заключается в следующем: Топливом для машины служат дрова, угольные брикеты или торф. При сгорании твердого топлива выделяется горючий газ, который подается в цилиндры в качестве топлива.
С точки зрения экологичности этот двигатель мало чем отличается от двигателя внутреннего сгорания на газе — другими словами, он лучше, чем бензиновый или дизельный двигатель. Одним из недостатков является его низкая эффективность и ограниченная скорость.
Спирт и зола
Теперь вернемся к Первой мировой войне и Великой депрессии. Бензин снова дорожает, поэтому люди переходят на альтернативное топливо. А именно алкоголь. В то время смеси изготавливались из рапса, сахарного тростника и кукурузы. Механический» этанол имел только одну дистилляционную колонну. Однако его производство было очень неэффективным, а выхлопные газы не отличались экологичностью. С другой стороны, Китай в настоящее время планирует ввести автомобили с метиловым спиртом. Предположительно, он будет лучше этанола.
С другой стороны, в России люди экспериментировали с прессованной золой некоторое время назад. Он намного эффективнее древесины и угля и может заменить их. Однако этот вид топлива не особенно подходит для автомобилей. Пока что автомобили просто не приспособлены к этому.
Кофе, вода и воздух
Существуют довольно абсурдные решения. Мартин Бэкон из Великобритании, например, изобрел способ питания автомобилей с помощью… Кофе! На самом деле процесс довольно прост: при нагревании образуется угарный газ, который может заставить работать автомобили. А вот что делать с литрами сваренного кофе — это уже другой вопрос.
Также предпринимались попытки заставить автомобили работать на воде. Однако почти все они оказались мошенниками. Те, кто хоть немного приблизился к цели, обычно использовали водород, который уже является хорошо известным топливом.
Некоторые инженеры пытались заменить топливо воздухом. Генераторы искривления, создавшие искусственный торнадо, даже работали! Однако, в отличие от своих размеров, они не были очень мощными. Так что эта идея тоже канула в Лету.
