Щорічне літнє підвищення цін на бензин — це ритуал, якого ми всі боїмося. Він приходить із передбачуваною жорстокістю. Щоб швидко нагадати собі чому це проблема, подивіться на літо 2008 року. Середня ціна за галон звичайного бензину по всій країні перевищила позначку чотири долари. Заправка бака була не просто справою. То справді був фінансовий ризик. Вам доводилося перевіряти баланс свого банківського рахунку, перш ніж навіть вставляти заправний пістолет.
Ці спогади досі свіжі. Тому коли ціни на заправках знову починають повзти вгору, природно виникає питання. Що ще є?
Відповіддю є переповнене поле варіантів. Багато хто з цих альтернативних видів палива доступні сьогодні. Вони є у дилерських центрах. Вони є на шосе. Деяким технологіям потрібно більше часу для масштабування до впровадження. Інші готові до того, щоб ви купили їх у ці вихідні. Ось головні претенденти.
Зміст
10: Автомобілі на водневих паливних елементах
Водень може здатися деякою науковою фантастикою. Насправді, це один з найбільш усталених альтернативних видів палива для легкових автомобілів. Концепція досить проста. Ви берете газоподібний водень. Ви поєднуєте його з киснем з повітря. Хімічна реакція виробляє електрику. Ця електрика приводить у дію електродвигун. Єдиним викидом є водяна пара.
“Єдиним викидом є водяна пара.”
Цей процес відбувається усередині стека паливних елементів. Він не спалює паливо у традиційному сенсі. Тут нема горіння. Це робить автомобілі на водневих елементах палива (FCEV) унікальними. Вони пропонують запас ходу та швидкий час заправки, як у бензинового автомобіля. Вони також забезпечують плавність і миттєвий момент, що крутить, як у електромобіля на акумуляторній батареї (BEV).
Toyota та Honda просувають цю технологію вже багато років. Toyota Mirai та Honda Clarity Fuel Cell – два з небагатьох варіантів для масового ринку. Вони виглядають як седани. Вони їдуть, як седани. Але їм потрібна інша інфраструктура.
Головною перешкодою є пошук водневих заправок. Ці станції є не скрізь. Вони зосереджені у певних регіонах, переважно у Каліфорнії. Якщо ви мешкаєте в Південній Каліфорнії, у вас може бути доступ. Якщо ви живете в Огайо, можливо, ні. Нестача станцій обмежує широке використання.
Самі автомобілі дорогі. Собівартість виробництва залишається високою. Електромобілі на акумуляторах виграли від величезної економії на масштабі. Водневі автомобілі ще не досягли цієї переломної точки.
Проте технологія працює. Вона чиста. Вона швидка. Заправка займає близько 3-5 хвилин. Це можна порівняти із заправкою бензинового бака. Запас ходу також конкурентоспроможний. Mirai проїжджає приблизно 400 миль на повному баку. Це перевершує більшість сучасних електромобілів за умов холодної погоди. Батареї втрачають ефективність на холоді. Водневі паливні елементи немає.
Є побоювання щодо джерела водню. Більшість водню, що виробляється сьогодні, виходить із природного газу. Цей процес виділяє вуглекислий газ. Він не є «зеленим», якщо ви не використовуєте відновлювану енергію для розщеплення молекул води. Це називається “зеленим воднем”. Він дорогий. Він рідкісний. Але галузь активно інвестує у нього.
Якщо ви можете знайти станцію та дозволити собі преміальну ціну, водень пропонує переконливу середню позицію. Він вирішує проблему нестачі запасу ходу, яка мучить ранніх користувачів електромобілів. Він уникає тривалого часу зарядки, що дратує мандрівників. Йому просто потрібна найкраща мережа для виживання.
Літо
Водень у багатьох асоціюється з дирижалем “Гінденбург”. Це рефлекс. Але ж на практиці? Він напрочуд безпечний. Технології діляться на два різні шляхи приведення автомобіля у рух. Це автомобілі з паливними елементами (FCEV) та двигуни внутрішнього згоряння на водні (H2-ICE). Звучить схоже. Але це негаразд.
Як насправді працюють автомобілі з паливними елементами
Автомобіль із паливними елементами працює не на акумуляторній батареї, як Tesla або Nissan Leaf. Він генерує електрику у процесі руху. У вас є баки з воднем. Є кисень із повітря. Усередині паливного елемента вони входять у хімічну реакцію. Результатом стає електрика. Ця електрика обертає електродвигуни.
Єдиний вихлоп? Водяна пара. Ось і все. Жодних вихлопних газів. Жодного CO2. Honda FCX Clarity є хрестоматійним прикладом цього. Вона використовує цю технологію. В даний час Honda здає ці автомобілі в оренду водіям у Південній Каліфорнії. Це контрольований запуск. Ви не можете просто купити один сьогодні, якщо мешкаєте в Огайо.
Альтернатива зі згорянням
Потім є інший спосіб. Двигун внутрішнього згоряння на водні. Під капотом він виглядає як бензиновий двигун. У ньому є поршні. Є клапани. Він спалює водень замість бензину.
І знову побічним продуктом є водяна пара. BMW Hydrogen 7 – найвідоміший приклад такого підходу. BMW здала в оренду кілька автомобілів високопосадовцям. Німеччина. Сполучені Штати. Деякі випробування стверджували, що автомобіль фактично очищав повітря довкола себе. Це сміливе твердження. Можливо, конденсат уловлював частки? Нам не треба сперечатися про фізику. Справа в тому, що технологія існує.
Проблема інфраструктури
То чому ваш сусід не водить автомобіль на водні? Інфраструктура. Станцій заправки воднем немає. По-справжньому ні. У будь-якій значній кількості їх немає. Це не схоже на пошук бензоколонки. Це не схоже на підключення до розетки. Відсутність станцій є вузьким місцем. Це точка затору.
Але є альтернативне паливо, яке вже є у вашому житті. Можливо, ви використовуєте його зараз.
9: Електрика
Електромобілі – це не сучасний винахід. Вони існують з тих пір, як перші автомобілі сходили з конвеєра. Ранні автомобілі часто працювали електрикою. Сьогодні вони, нарешті, стали розумним вибором для щоденних поїздок на роботу.
Чому це зайняло так багато часу? Проблема у технологіях акумуляторів. Переміщення важкого металу на швидкостях шосе споживає багато енергії. Старі акумулятори швидко розряджалися. На зарядку йшов годинник. Побоювання залишитися без заряду була реальною проблемою.
Літій-іонні акумулятори змінили правила гри. Це ті самі елементи, що використовуються у вашому телефоні. Вони заряджаються швидше. Вони накопичують більше енергії. Tesla Roadster довела, що електродвигуни можуть забезпечити прискорення, яке можна порівняти з суперкарами.
Потім з’явилися електромобілі із збільшеним запасом ходу (EREV). Chevrolet Volt є яскравим прикладом. Він поєднує в собі літій-іонний акумуляторний блок та невеликий бензиновий генератор. Ви підключаєте його до стандартної розетки. Коли заряд падає, бензиновий двигун вмикається. Він працює як генератор, підтримуючи рівень заряду акумуляторів. Це створило новий клас автомобілів. Він стирає грань між повністю електричними автомобілями та традиційними бензиновими «ненажерливими» машинами.
8: Біодизель
Хоча технології електричних силових установок захоплюють заголовки новин, біодизель пропонує інший шлях відходу від сирої нафти. Це не нове джерело палива. Концепція походить від ранніх днів дизельного двигуна. Рудольф Дизель спочатку проектував свій двигун для роботи на арахісовій олії. Сьогодні біодизель – це відновлювана альтернатива, що отримується з рослинних олій або тваринних жирів.
На відміну від електромобілів, які залежать від інфраструктури зарядних станцій, автомобілі на біодизелі часто використовують дизельні двигуни з незначними модифікаціями. Або вони можуть працювати безпосередньо в сучасних дизельних автомобілях без будь-яких змін. Це робить його рішенням “під ключ”. Вам не потрібно переобладнати свій гараж або чекати, доки зарядні станції з’являться на кожному розі.
Екологічний аргумент тут сильний. Біодизель біорозкладається і нетоксичний. Він знижує викиди парникових газів, порівняно з дизельним паливом на основі нафти. Він також згоряє чистіше, знижуючи вміст твердих частинок повітря. Для ентузіастів, які люблять момент, що крутить, і звук дизельного двигуна, але хочуть зменшити свій екологічний слід, це є життєздатним компромісом. Він не так кидається у вічі, як Tesla. У ньому немає тієї безшумності та миттєвого прискорення. Але він практичний. І використовує паливо, яке можна потенційно виготовляти з власних кухонних відходів або отримувати з місцевих ферм.
Можливо, ви вважаєте, що заміна ранкового бекону на кейл поширюється і ваш бензобак. Це негаразд. Хоча ваші артерії цінують дієти з низьким вмістом жиру, вашому двигуну не діло до вашого холестерину. Біодизель існує. Він реальний. Він життєздатний. Але він не є прямою заміною чистій олії, якщо ви не хочете перетворити свій автомобіль на дуже дороге грузило.
Як насправді працює біодизель
Біодизель виробляється з відновлюваних ресурсів, таких як рослинні олії чи тваринні жири. Будь-який стандартний дизельний двигун може працювати на ньому. Це проста частина. Складна частина полягає в тому, що ви не можете просто влити використаний фритюрний жир із McDonald’s у дизельну форсунку. Сировина потребує хімічної конверсії.
Процес включає переетерифікацію. Ви змішуєте олію зі спиртом (зазвичай метанолом) та каталізатором (наприклад, гідроксидом натрію). Це розщеплює тригліцериди в олії та замінює їх метиловими ефірами. В результаті виходить паливо, яке поводиться як нафтове дизельне паливо. Без цього кроку масло занадто в’язке. Воно засмічує фільтри. Воно забиває форсунки. Воно руйнує паливні насоси. По суті, ви намагаєтеся змусити спортивний автомобіль працювати на моторній олії. Це закінчується погано.
Небезпечна зона для самостійного виготовлення
Ентузіасти часто варять власне паливо. Вони купують відпрацьовану олію у місцевих ресторанів. Це виводить олію зі звалищ і створює дешеве джерело енергії. Це розумний цикл. Але це також хімічна небезпека, якщо ви пропустите “навчальні колеса”.
Метанол токсичний. Він може всмоктуватись через шкіру або вдихатися у вигляді пари. Реакція генерує тепло та тиск. Якщо порушити пропорції, ви не отримаєте біодизель. Ви отримаєте мило. Ви отримаєте гліцериновий бруд. Ви отримаєте паливну систему, ремонт якої обійдеться дорожче, ніж коштує автомобіль.
“Перш ніж намагатися самостійно виробляти біодизель, непогано б потренуватися деякий час з кимось, хто успішно робив це раніше.”
Не ставтеся до цього як до шкільного наукового проекту. Ставтеся до цього як до поводження з вибухівкою. Знайдіть наставника. Спостерігайте за процесом. Зрозумійте розділення шарів. Перевірте чистоту. Якщо ви пропустите ці кроки, ви ризикуєте пошкодити свій автомобіль, свій будинок та себе.
Запах успіху
Чому люди цим займаються? Вартість нижча, ніж у нафтового дизеля у багатьох регіонах. Викиди чистіші. Він згоряє з меншою кількістю частинок та нижчим вмістом вуглецю. Це відчутний спосіб знизити залежність від викопного палива.
Є також сенсорна деталь. Ваш автомобіль пахне картоплею фрі. Не гірким жиром поганої вихлопної системи, а справжньою смаженою картоплею. Це дивна гордість. Це сигнал для всіх навколо, що ви робите щось інше.
Просто переконайтеся, що ваш двигун може це впоратися. Старі дизелі можуть мати гумові ущільнення, які руйнуються під час використання певних паливних сумішей. Новіші, як правило, в порядку. Перевірте посібник. Переконайтеся у правильності суміші. Не починайте просто наливати паливо.
7: Етанол
Це приводить нас у світ кукурудзяного палива. Етанол – це інше. Це не олія. Це бродіння. Це повністю змінює правила гри.
Позбавтеся запаху смаженого: більш чисті альтернативні види палива для вашого повсякденного автомобіля
Ви чудово освоїли використання жиру від фритюрниці. Ваш бак сповнений «французької картоплі» вчорашнього дня. Але давайте будемо чесними: їздити містом із запахом вихлопної труби через фритюр — це не зовсім покращення якості життя. Це брудно. Це стійкий запах. І, чесно кажучи, ваші сусіди почнуть ставити запитання.
То в чому ж вихід? Якщо ви хочете зберегти чистоту вихлопної системи та використовувати вітчизняне паливо, потрібно дивитися не на те, що смажиться у сковороді, а на те, що росте у полях.
Чому етанол — це екологічний вибір
Етанол не новинка. Він уже багато років ховається у вашому бензобаку, зазвичай у невеликих пропорціях, щоб знизити викиди у спекотні літні місяці. Це паливо на спиртовій основі, що отримується з рослинної сировини.
Ось як це виглядає в різних країнах:
– США: переважно кукурудза.
– Бразилія: цукрова тростина.
– Решта світу: різноманітні культури залежно від місцевого сільського господарства.
Не пийте його. Це не випадково – етанол спеціально денатурований.
Головне тут інфраструктура. Більшість великих автовиробників тепер пропонують двигуни з гнучким паливом. Ці силові установки призначені для роботи на широкому діапазоні паливних сумішей. Ви не обмежені у своєму виборі. Заправлятися можна звичайним бензином. Або ви можете заправити E85, суміш приблизно 85% етанолу та 15% бензину.
Геополітика зерна
Чому це важливо для вас?
Все зводиться до енергетичної незалежності. Аргумент на користь етанолу простий: ми виробляємо його тут. Нам не потрібно вести переговори з іноземними режимами для нашої щоденної мобільності. Це поновлюваний ресурс. Нафта обмежена. Кукурудза – ні.
Але не будемо робити вигляд, що все ідеально. Виробничий процес потребує багато енергії. Ви міняєте одну проблему на іншу. А ще є етичний аспект.
Якщо фермери зможуть заробити більше грошей, вирощуючи культури на етанол, ніж на їжу, вони перейдуть. Це зменшить запаси їжі. Це призведе до подорожчання продуктів харчування.
Це тонкий баланс між заправкою вашого автомобіля та годуванням громади.
Де знайти E85
Розширюється мережа АЗС. Ви можете знайти станції, що пропонують E85, у багатьох частинах Середнього Заходу та Великих рівнин, де кукурудза є основною культурою. Перевірте локальні каталоги. Якщо ваш автомобіль позначено як сумісний із гнучким паливом або E85, ви можете спокійно заправлятися. Бак не розтопиться. Двигун не заглохне.
Ви просто повинні бути готові підживлювати себе.
6: скраплений природний газ
Кухарі це знають. Напевно, він є у вас на кухні. Це не етанол. Це не біодизель. Він не виготовлений з того, що можна їсти чи пити. Це природний газ.
Кращі кухарі наполягають на тому, щоб готувати з ним. Але в автомобілях все інакше. Точніше, це історія про високу щільність енергії.
Природний газ знаходиться між шарами підземних порід. Для її видобутку ми буримо свердловини так само, як і для нафти. У Сполучених Штатах його набагато більше. Він горить чистіше, ніж бензин. Або масло.
Газ, який ви використовуєте для приготування пасти, подається під низьким тиском. Це зберігає його в газоподібному стані. Низький тиск означає низьку щільність енергії. При горінні він виділяє відносно мало тепла. Підходить для супу. Не дуже підходить для транспортування вантажів.
Охолодити. Змінити стан.
Результатом є скраплений природний газ (СПГ). Він стає енергоносієм високої щільності. Спаліть його, і ви отримаєте величезну потужність. Вантажівці це потрібно. Не просто невеликий поштовх. Серйозний крутний момент на великих відстанях. Тут використовується СПГ.
5: скраплений нафтовий газ (LPG)
Піднімаємося по сходах. Від метану до пропану та бутану.
LPG відрізняється від CNG. Це також альтернативне паливо. Але джерело інше. Переробка природного газу. Або переробка нафти.
Це побічний продукт. Вторинний продукт.
Назва звучить технічно. Зріджений нафтовий газ. Але ви вже бачили його. У кемпінгових плитах. У навантажувачах. У старих автопарках таксі.
Як LPG працює в автомобілях
LPG зберігається під тиском. У баку він у рідкому стані. Випаровується під час випуску. Згоряє чистіше, ніж бензин.
Викиди знижуються. Кількість твердих часток падає. Викиди вуглекислого газу також нижчі. Але не так низько, як у стиснутого природного газу (CNG) чи ЗПГ.
Щільність енергії вища, ніж у стиснутого газу (CNG). Нижче, ніж у бензину. Тому запас ходу трохи страждає порівняно із рідкими паливами. Але це краще, ніж у CNG.
Який тип двигуна підходить найкраще?
Не кожний автомобіль добре працює на LPG. Більшість вимагають модифікації. Або двигунів, зібраних на заводі.
Авто з гнучким паливом? Іноді. Але найпоширеніші спеціалізовані двигуни на LPG.
Іскреве запалювання. Цикл Отто. Як і у вашого середнього седана. Але налаштований на суміші пропану та бутану.
Співвідношення повітря-паливо зміщується. Змінюються системи упорскування. Паливні лінії потребують специфічних ущільнень. Гума деградує швидше при використанні LPG.
Де він використовується?
Автопарки люблять його. Навантажувачі використовують його у всьому світі. Криті склади. Вихлопні гази не душать робітників.
Громадський транспорт? У деяких містах. Автобуси працюють на LPG. Чистіше повітря в тунелях.
Особисті автомобілі? Нишовий ринок. Популярні в Австралії. Південна Корея. Східної Європи.
Не так сильно у США. Чому? Інфраструктура. Заправні станції рідкісні. На відміну від мереж CNG.
Порівняння LPG з альтернативами
LPG проти CNG.
CNG – це метан. Стиснутий. Низька густина енергії. Потрібні великі баки.
LPG – це пропан/бутан. Скраплений під помірним тиском. Вища щільність енергії. Можливі менші баки.
Але LPG має вищі викиди CO2 на милю, ніж CNG. І більше твердих частинок, ніж ЗПГ.
Все ще чистіше, ніж дизель.
Підсумок
LPG – це не майбутнє важких
Якщо ви стояли поряд із мангалом на задньому дворі в останнє десятиліття, ви вже зустрічалися зі зрідженим нафтовим газом (СНД). Можливо, за звичкою ви називаєте його пропаном, але хімія розповідає трохи іншу історію. Пропан справді є основним компонентом. Але технічно СНД – це суміш вуглеводневих газів: пропану, бутану, можливо, з невеликою добавкою пропілену, яка зберігається в рідкому стані під тиском.
Цей тиск має значення. Той самий принцип використовується для зрідженого природного газу. Стиснення газу рідина збільшує його енергетичну щільність. Менше місця у баку, більше запас ходу. Саме ця ефективність спонукала інженерів використовувати СНД у двигунах автомобілів, а не лише для приготування їжі на свіжому повітрі.
Пристрій системи не є магічним. Це двигун внутрішнього згоряння спеціально налаштований для роботи на СНД. Паливна система впорскує зріджену рідину під тиском, яка перед згорянням миттєво перетворюється на газ. Система працює, але у США вона не є масовою. Тут ви рідко побачите автопарки, що працюють на СНД. Але подивіться через Атлантику. У Нідерландах СНД становить 10% всього автомобільного палива. В інших країнах проводились пілотні проекти. Інфраструктура існує. Технологія працює. Питання лише в тому, чому ми не заправляємося цим паливом.
4: Стиснутий природний газ
Уявіть собі паливну магістраль, яка прямує у ваш гараж. Чи не бензоколонка. Чи не зарядний кабель. А буквально – труба. Для автомобілів на стислому природному газі (ЗПГ) це не наукова фантастика. Це логістична дійсність. Паливо ідентичне тому, що нагріває ваш будинок чи скип’ячує воду. Воно проходить через муніципальні мережі, але ваш автомобіль не може просто підключитись до розетки.
Вам потрібний компресор.
Стандартного тиску побутового газу недостатньо для ефективної роботи двигуна внутрішнього згоряння. Вам потрібні балони високого тиску. ЗПГ займає значно більший обсяг, ніж бензин, тому зберігання стає просторовою головоломкою. Honda намагалася вирішити цю проблему за допомогою моделі Civic GX.
Випущена 1998 року, Civic GX виглядала як звичайний Civic. Під капотом все було інакше. Вона згоряла чистіше. Вона обходилася дешевше за милю. Якщо ви могли дозволити собі початкову установку домашньої заправної станції, довгострокова економія була незаперечною.
Але була каверза. Величезний.
Немає національної мережі заправних станцій ЗПГ. Якби ви залишилися без палива на шосе в Небрасці, ви не просто зіткнулися б із незручностями. Ви опинилися б у пастці. Прогалину в інфраструктурі вбив імпульс розвитку.
3: Стиснене повітря
Отже, якщо газові лінії надто обмежені, а батареї надто важкі, що залишається? Повітря.
Автомобілі на стислому повітрі не потребують літію. Їм не потрібні рідкісноземельні метали. Їм потрібні компресор та балон. Концепція дуже проста. Ви стискаєте повітря, зберігаєте його під тиском і випускаєте, щоб штовхати поршні.
Звучить надто добре, щоб бути правдою, бо так воно й є.
Фізика безжальна. При розширенні повітря різко охолоджується. Це ефект Джоуля-Томсона. Ви не просто відчуваєте холод; ви отримуєте лід. Паливна ефективність – це вбивця. Стиснення повітря потребує величезної кількості енергії. Під час випуску ви отримуєте менше енергії, ніж витратили.
Розрив в ефективності
Звідки береться енергія? З мережі.
В автомобілі з ДВС ви заправляєте рідкими копалинами. В електромобілі ви заряджаєте батарею. В автомобілі на стислому повітрі ви використовуєте електрику для обертання компресора. Потім ви зберігаєте цю енергію як тиску. Потім ви її випускаєте.
Втрати енергії відбуваються кожному етапі.
- При стисканні виділяється тепло.
- При зберіганні тиск з часом падає.
- Під час розширення система охолоджується.
Нікому не вдалося знайти рішення для зберігання достатньої густини енергії, щоб зрівнятися з бензобаком. У 50-галлонному баку бензину міститься приблизно 115 000 ват-годин енергії. У балоні зі стисненим повітрям зберігається лише мала частка цієї кількості.
Обіцянка нульових викидів
Привабливість полягає у вихлопі.
Чиста водяна пара. Ось і все.
Якби вдалося вирішити проблему густини енергії, ці автомобілі були б ідеальні для міських умов. Жодних викидів з вихлопної труби. Жодного шумового забруднення. Компресори працюють тихо. Двигуни механічно прості. Менше частин, що рухаються, означає нижчі витрати на обслуговування.
Але “простий” не означає “життєздатний” для далеких поїздок.
Хто насправді пробував?
Компанія MDI (Motor Development International) стверджувала, що вони мають рішення. Їх AirCar мав працювати на стиснутому повітрі на відстані до 180 миль. Балон був інтегрований у шасі. Він виглядав футуристично.
Повітря нескінченне. Він оточує нас. То чому б не спалювати його? Чи, точніше, чому не використовувати його тиск для переміщення металу?
Автомобілі на стиснутому повітрі працюють на простій ідеї. Ви берете повітря. Стискаєте його у балони високого тиску. Потім випускаєте.
У стандартному двигуні внутрішнього згоряння повітря поєднується з бензином. Ця суміш займається. Вибух штовхає поршні. У двигуні на стисненому повітрі вибуху немає. Тут використовується розширення. Коли стиснене повітря виходить із трубок і потрапляє в циліндр двигуна, воно швидко розширюється. Це розширення змушує поршні опускатися. Механічне рух.
Але є нюанс. Повітря не дістається безкоштовно.
Гібридна реальність пневматичного приводу
Ці автомобілі не є суто механічними. Вони також є чисто електричними. Вони займають дивне проміжне положення.
На борту ви знайдете електродвигуни. Але їхнє завдання — не обертати колеса. Чи не безпосередньо. Електродвигуни стискають повітря та нагнітають його в балони високого тиску. Електродвигун діє як компресор. Стиснене повітря діє як батарея.
Це повністю змінює архітектуру.
У Tesla або Nissan Leaf електродвигун величезний. Він передає крутний момент безпосередньо на трансмісію. В автомобілі на стислому повітрі двигун значно менший. Йому потрібно лише достатньо потужності для заправки балонів. Йому не потрібно тягти вагу автомобіля по шосе.
Це призводить до конкретної переваги. Час заряджання.
Оскільки бортовий компресор споживає менше енергії, ніж прямий електричний двигун, необхідний руху, цикл перезарядки відбувається швидше. Ви не чекаєте, доки батарея досягне 80% ємності. Ви чекаєте, поки повітря буде закачано у балон. Щільність енергії низька в порівнянні з літій-іонними акумуляторами, але швидкість заповнення може бути вищою.
З термодинамічного погляду це неефективно. Стиснення повітря генерує тепло. Розширення генерує холод. Енергія втрачається у кожному циклі. Але ж для коротких міських поїздок? Це зовсім інший шлях.
2: Рідкий азот
Рідкий азот – це ще одне альтернативне паливо. Як і водень, азот удосталь присутній у нашій атмосфері. Як і водень, автомобілі на рідкому азоті виділяють менше шкідливих викидів, ніж автомобілі на бензині або дизельному паливі. Однак, якщо водень використовується як в автомобілях на паливних елементах, так і двигунах внутрішнього згоряння, що працює на водні, автомобілі на рідкому азоті використовують зовсім інший тип двигуна.
Насправді автомобіль на рідкому азоті використовує двигун, схожий на той, що застосовується в автомобілях на стислому повітрі. В автомобілі на рідкому азоті азот підтримується в холодному стані, щоб залишатися в рідкій фазі. Для приведення автомобіля в рух азот подається в двигун, де нагрівається та розширюється, створюючи енергію. У той час як типовий двигун на бензині або дизельному паливі використовує процес згоряння для переміщення поршнів, двигун на рідкому азоті використовує азот, що розширюється, для приводу турбін.
Хоча це чистий і ефективний спосіб руху транспортного засобу, рідкий азот стикається з тими ж перешкодами, що і багато інших альтернативних видів палива: на даний момент відсутня загальнонаціональна мережа заправних станцій для доставки його споживачам.
Як працюють автомобілі на рідкому азоті
Принцип роботи автомобіля на рідкому азоті є простим, але відрізняється від двигунів внутрішнього згоряння. Паливо зберігається у вигляді кріогенної рідини. При попаданні в двигун воно поглинає тепло із навколишнього середовища. Це спричиняє швидке розширення. Розширюється газ приводить у рух турбіни замість поршнів. Цей процес не робить жодних вихлопних газів. Єдиним побічним продуктом є холодне повітря.
Цей метод суттєво відрізняється від водневих технологій. Водень може використовуватися як у паливних елементах, так і двигунах внутрішнього згоряння. Рідкий азот потребує спеціальної установки для теплового розширення. Енергія виходить рахунок фазового переходу і різниці температур. Це не хімічна реакція, подібна до спалювання газу.
Проблема інфраструктури
Технологія працює. Профіль чистий викидів. Джерело палива всюди. Проблема полягає у логістиці. Ви не можете просто заправити рідким азотом автомобіль на звичайній заправці. Немає загальнонаціональної мережі заправних станцій. Відсутність інфраструктури вбиває комерційну життєздатність. Без місць для заправки такі автомобілі залишаються диковинкою.
Ця ж перешкода торкається багатьох альтернативних видів палива. Акумуляторним батареям потрібні мережі зарядних станцій. Водню потрібні станції високого тиску. Рідкому азоту потрібні кріогенні заправні пристрої. Поки хтось не збудує таку мережу, автомобілі залишаться у лабораторіях та музеях.
1: Вугілля
Це видається нелогічним. Ви уявляєте собі елегантний електромобіль (EV), що безшумно ковзає по шосе, і тут хтось згадує вугілля. Цей контраст викликає відчуття відчуження. Однак для багатьох водіїв у США їхній електромобіль справді «спалює» вугілля. Звісно, не безпосередньо. Ніхто не засинає чорне каміння в зарядний порт. Зв’язок прихований в енергомережі.
Електромобілі не генерують власну електроенергію. Вони її накопичують. Ця енергія надходить від настінної розетки. Розетка черпає енергію з мережі. У багатьох регіонах мережа сильно залежить від викопного палива. Зокрема від вугілля.
Прихований двигун внутрішнього згоряння
П’ятдесят відсотків усієї електроенергії у Сполучених Штатах виробляється на вугільних електростанціях. Це величезний кусок національного енергетичного балансу. Коли ви підключаєте Chevrolet Bolt або Tesla Model 3, ви споживаєте енергію з пулу, що наполовину складається з вугілля. Електрони, що надходять до акумулятора вашого автомобіля, ймовірно, походять від котла на електростанції за сотні миль від вас.
Не означає, що електромобілі забруднюють довкілля. Це означає, що вони зміщують джерело забруднення. Замість вихлопних газів у вашому місті ви отримуєте дим із труб на електростанції у сільському окрузі. Змінюється розташування. Хімічний процес залишається тим самим.
Переваги у вартості та ланцюжку поставок
Цей непрямий зв’язок має практичні плюси. Вугілля дешеве. На милю шляху електроенергія, отримана з вугілля, коштує дешевше, ніж бензин. Це сувора арифметика, але вона вірна.
Стабільність поставок – ще один фактор. У Сполучених Штатах є великі запаси вугілля. Цей внутрішній достаток захищає водіїв від міжнародних геополітичних потрясінь. Вам не потрібно турбуватися про рішення ОПЕК чи блокування судноплавних шляхів, коли ваше паливо видобувається з-під землі у Вайомінгу чи Західній Вірджинії.
Хоча це не тільки вугілля
Не всяка мережа “коричнева”. Деякі регіони покладаються на гідроелектростанції. Інші використовують ядерну енергію. Якщо ви живете в районі із «зеленою» мережею, ваш електромобіль працює на воді чи атомах, а не на вуглеці. Ви можете заряджатися без збільшення викидів вугілля.
Реальність складна. Чисті автомобілі, що прибувають на дилерські майданчики, одержують енергію з не зовсім чистих джерел. Це підкреслює фундаментальну істину про енергетичні системи. Безкоштовного обіду не буває. Ви замінюєте один тип інфраструктури іншим. Вихлопна труба пересунулася. Проблема не зникла.
Більш широка картина
Цей останній запис про альтернативні види палива не повинен сприйматися як анти-EV риторика. Це спостереження про складність. Ми хочемо нульових викидів. Ми також хочемо надійної та дешевої енергії. Вугілля забезпечує цю надійність. Він має вуглецеву ціну.
Перехід – це не бінарне перемикання. Це спектр. І зараз у багатьох частинах країни спектр сильно зміщений убік вугілля. Поки мережа не буде обезуглерожена в масштабах країни, маркування «з нульовим рівнем викидів» є скоріше локальним визначенням, ніж глобальним.
Ви їздите електромобілем. Але ви також їздите на куті. Питання в тому, чи це для вас значення.
