Ежегодное летнее повышение цен на бензин — это ритуал, которого все мы боимся. Он приходит с предсказуемой жестокостью. Чтобы быстро напомнить себе, почему это проблема, посмотрите на лето 2008 года. Средняя цена за галлон обычного бензина по всей стране превысила отметку в четыре доллара. Заправка бака была не просто делом. Это был финансовый риск. Вам приходилось проверять баланс своего банковского счета, прежде чем даже вставлять заправочный пистолет.
Эти воспоминания все еще свежи. Поэтому, когда цены на заправках снова начинают ползти вверх, естественно возникает вопрос. Что еще есть?
Ответом является переполненное поле вариантов. Многие из этих альтернативных видов топлива доступны сегодня. Они есть в дилерских центрах. Они есть на шоссе. Некоторым технологиям нужно больше времени для масштабирования до массового внедрения. Другие готовы к тому, чтобы вы купили их в эти выходные. Вот основные претенденты.
Зміст
10: Автомобили на водородных топливных элементах
Водород может показаться некоторым научной фантастикой. На самом деле, это один из самых устоявшихся альтернативных видов топлива для легковых автомобилей. Концепция достаточно проста. Вы берете газообразный водород. Вы соединяете его с кислородом из воздуха. Химическая реакция вырабатывает электричество. Это электричество приводит в действие электродвигатель. Единственным выбросом является водяной пар.
«Единственным выбросом является водяной пар.»
Этот процесс происходит внутри стека топливных элементов. Он не сжигает топливо в традиционном смысле. Здесь нет горения. Это делает автомобили на водородных топливных элементах (FCEV) уникальными. Они предлагают запас хода и быстрое время заправки, как у бензинового автомобиля. Они также обеспечивают плавность и мгновенный крутящий момент, как у электромобиля на аккумуляторной батарее (BEV).
Toyota и Honda продвигают эту технологию уже много лет. Toyota Mirai и Honda Clarity Fuel Cell — два из немногих вариантов для массового рынка. Они выглядят как седаны. Они едут как седаны. Но им требуется другая инфраструктура.
Главным препятствием является поиск водородных заправок. Эти станции есть не везде. Они сосредоточены в определенных регионах, в основном в Калифорнии. Если вы живете в Южной Калифорнии, у вас может быть доступ. Если вы живете в Огайо, вероятно, нет. Нехватка станций ограничивает широкое внедрение.
Сами автомобили дорогие. Себестоимость производства остается высокой. Электромобили на аккумуляторных батареях выиграли от огромной экономии на масштабе. Водородные автомобили еще не достигли этой переломной точки.
Тем не менее, технология работает. Она чистая. Она быстрая. Заправка занимает около трех-пяти минут. Это сопоставимо с заправкой бензинового бака. Запас хода также конкурентоспособен. Mirai проезжает примерно 400 миль на полном баке. Это превосходит большинство современных электромобилей в условиях холодной погоды. Батареи теряют эффективность на холоде. Водородные топливные элементы — нет.
Есть опасения относительно источника водорода. Большая часть водорода, производимого сегодня, получается из природного газа. Этот процесс выделяет углекислый газ. Он не является «зеленым», если только вы не используете возобновляемую энергию для расщепления молекул воды. Это называется «зеленым водородом». Он дорогой. Он редкий. Но отрасль активно инвестирует в него.
Если вы можете найти станцию и позволить себе премиальную цену, водород предлагает убедительную среднюю позицию. Он решает проблему недостатка запаса хода, которая мучает ранних пользователей электромобилей. Он избегает длительного времени зарядки, которое раздражает путешественников. Ему просто нужна лучшая сеть для выживания.
Лето
Водород у многих ассоциируется с дирижалем «Гинденбург». Это рефлекс. Но на практике? Он удивительно безопасен. Технологии делятся на два различных пути приведения автомобиля в движение. Это автомобили с топливными элементами (FCEV) и двигатели внутреннего сгорания на водороде (H2-ICE). Звучит похоже. Но это не так.
Как на самом деле работают автомобили с топливными элементами
Автомобиль с топливными элементами работает не на аккумуляторной батарее, как Tesla или Nissan Leaf. Он генерирует электричество непосредственно в процессе движения. У вас есть баки с водородом. Есть кислород из воздуха. Внутри топливного элемента они вступают в химическую реакцию. Результатом становится электричество. Это электричество вращает электродвигатели.
Единственный выхлоп? Водяной пар. Вот и всё. Никаких выхлопных газов. Никакого CO2. Honda FCX Clarity является хрестоматийным примером этого. Она использует именно эту технологию. В настоящее время Honda сдает эти автомобили в аренду водителям в Южной Калифорнии. Это контролируемый запуск. Вы не можете просто купить один сегодня, если живете в Огайо.
Альтернатива с сгоранием
Затем есть другой способ. Двигатель внутреннего сгорания на водороде. Под капотом он выглядит как бензиновый двигатель. В нем есть поршни. Есть клапаны. Он сжигает водород вместо бензина.
И снова побочным продуктом является водяной пар. BMW Hydrogen 7 — самый известный пример такого подхода. BMW сдала в аренду несколько автомобилей высокопоставленным лицам. Германия. Соединенные Штаты. Некоторые испытания утверждали, что автомобиль фактически очищал воздух вокруг себя. Это смелое утверждение. Возможно, конденсат улавливал частицы? Нам не нужно спорить о физике. Дело в том, что технология существует.
Проблема инфраструктуры
Так почему ваш сосед не водит автомобиль на водороде? Инфраструктура. Станций заправки водородом нет. По-настоящему нет. В каком-либо значимом количестве их нет. Это не похоже на поиск бензоколонки. Это не похоже на подключение к розетке. Отсутствие станций является узким местом. Это точка затора.
Но есть альтернативное топливо, которое уже присутствует в вашей жизни. Возможно, вы используете его прямо сейчас.
9: Электричество
Электромобили — это не современное изобретение. Они существуют с тех самых пор, как первые автомобили сходили с конвейера. Ранние автомобили часто работали на электричестве. Сегодня они наконец стали разумным выбором для ежедневных поездок на работу.
Почему же это заняло так много времени? Проблема в технологиях аккумуляторов. Перемещение тяжелого металла на скоростях по шоссе потребляет много энергии. Старые аккумуляторы быстро разряжались. На зарядку уходили часы. Боязнь остаться без заряда была реальной проблемой.
Литий-ионные аккумуляторы изменили правила игры. Это те же самые элементы, что используются в вашем телефоне. Они заряжаются быстрее. Они накапливают больше энергии. Tesla Roadster доказала, что электродвигатели могут обеспечить ускорение, сопоставимое с суперкарами.
Затем появились электромобили с увеличенным запасом хода (EREV). Chevrolet Volt является ярким примером. Он сочетает в себе литий-ионный аккумуляторный блок и небольшой бензиновый генератор. Вы подключаете его к стандартной розетке. Когда заряд падает, бензиновый двигатель включается. Он работает как генератор, поддерживая уровень заряда аккумуляторов. Это создало новый класс автомобилей. Он стирает грань между полностью электрическими автомобилями и традиционными бензиновыми «прожорливыми» машинами.
8: Биодизель
Хотя технологии электрических силовых установок захватывают заголовки новостей, биодизель предлагает другой путь ухода от сырой нефти. Это не новый источник топлива. Концепция восходит к самым ранним дням дизельного двигателя. Рудольф Дизель изначально проектировал свой двигатель для работы на арахисовом масле. Сегодня биодизель — это возобновляемая альтернатива, получаемая из растительных масел или животных жиров.
В отличие от электромобилей, которые зависят от инфраструктуры зарядных станций, автомобили на биодизеле часто используют существующие дизельные двигатели с незначительными модификациями. Или они могут работать напрямую в современных дизельных автомобилях без каких-либо изменений вообще. Это делает его решением «под ключ». Вам не нужно переоборудовать свой гараж или ждать, пока зарядные станции появятся на каждом углу.
Экологический аргумент здесь силен. Биодизель биоразлагаем и нетоксичен. Он снижает выбросы парниковых газов по сравнению с дизельным топливом на основе нефти. Он также сгорает чище, снижая содержание твердых частиц в воздухе. Для энтузиастов, которые любят крутящий момент и звук дизельного двигателя, но хотят уменьшить свой экологический след, это является жизнеспособным компромиссом. Он не так бросается в глаза, как Tesla. В нем нет той бесшумности и мгновенного ускорения. Но он практичен. И использует топливо, которое можно потенциально производить из собственных кухонных отходов или получать с местных ферм.
Возможно, вы думаете, что замена утреннего бекона на кейл распространяется и на ваш бензобак. Это не так. Хотя ваши артерии ценят диеты с низким содержанием жира, вашему двигателю нет дела до вашего холестерина. Биодизель существует. Он реален. Он жизнеспособен. Но он не является прямой заменой чистому растительному маслу, если вы не хотите превратить свой автомобиль в очень дорогое грузило.
Как на самом деле работает биодизель
Биодизель производится из возобновляемых ресурсов, таких как растительные масла или животные жиры. Любой стандартный дизельный двигатель может работать на нём. Это простая часть. Сложная часть заключается в том, что вы не можете просто влить использованный фритюрный жир из McDonald’s в дизельную форсунку. Сырье нуждается в химической конверсии.
Процесс включает в себя переэтерификацию. Вы смешиваете масло со спиртом (обычно метанолом) и катализатором (например, гидроксидом натрия). Это расщепляет триглицериды в масле и заменяет их метиловыми эфирами. В результате получается топливо, которое ведет себя как нефтяное дизельное топливо. Без этого шага масло слишком вязкое. Оно засоряет фильтры. Оно забивает форсунки. Оно разрушает топливные насосы. По сути, вы пытаетесь заставить спортивный автомобиль работать на моторном масле. Это заканчивается плохо.
Опасная зона для самостоятельного изготовления
Энтузиасты часто варят собственное топливо. Они покупают отработанное масло у местных ресторанов. Это выводит масло из свалок и создает дешевый источник энергии. Это умный цикл. Но это также химическая опасность, если вы пропустите «учебные колеса».
Метанол токсичен. Он может всасываться через кожу или вдыхаться в виде пара. Реакция генерирует тепло и давление. Если нарушить пропорции, вы не получите биодизель. Вы получите мыло. Вы получите глицериновую грязь. Вы получите топливную систему, ремонт которой обойдется дороже, чем стоит сам автомобиль.
«Прежде чем пытаться самостоятельно производить биодизель, неплохо бы потренироваться некоторое время с кем-то, кто успешно делал это раньше.»
Не относитесь к этому как к школьному научному проекту. Относитесь к этому как к обращению с взрывчаткой. Найдите наставника. Наблюдайте за процессом. Поймите разделение слоев. Проверьте чистоту. Если вы пропустите эти шаги, вы рискуете повредить свой автомобиль, свой дом и себя.
Запах успеха
Почему люди этим занимаются? Стоимость ниже, чем у нефтяного дизеля во многих регионах. Выбросы чище. Он сгорает с меньшим количеством частиц и более низким содержанием углерода. Это осязаемый способ снизить зависимость от ископаемого топлива.
Есть также сенсорная деталь. Ваш автомобиль будет пахнуть картошкой фри. Не прогорклым жиром плохой выхлопной системы, а настоящей жареной картошкой. Это странная гордость. Это сигнал для всех вокруг, что вы делаете что-то другое.
Просто убедитесь, что ваш двигатель может с этим справиться. Старые дизели могут иметь резиновые уплотнения, которые разрушаются при использовании определенных топливных смесей. Более новые, как правило, в порядке. Проверьте руководство. Убедитесь в правильности смеси. Не начинайте просто наливать топливо.
7: Этанол
Это приводит нас в мир кукурузного топлива. Этанол — это другое. Это не масло. Это брожение. Это полностью меняет правила игры.
Избавьтесь от запаха жареного: более чистые альтернативные виды топлива для вашего повседневного автомобиля
Вы отлично освоили использование жира от фритюрницы. Ваш бак полон «французской картошечки» вчерашнего дня. Но давайте будем честными: ездить по городу с запахом выхлопной трубы из-за фритюра — это не совсем улучшение качества жизни. Это грязно. Это стойкий запах. И, честно говоря, ваши соседи начнут задавать вопросы.
Так в чем же выход? Если вы хотите сохранить чистоту выхлопной системы и использовать отечественное топливо, нужно смотреть не на то, что жарится в сковороде, а на то, что растет в полях.
Почему этанол — это экологичный выбор
Этанол не новинка. Он уже много лет прячется в вашем бензобаке, обычно в небольших пропорциях, чтобы снизить выбросы в жаркие летние месяцы. Это топливо на спиртовой основе, получаемое из растительного сырья.
Вот как это выглядит в разных странах:
— США: в основном кукуруза.
— Бразилия: сахарный тростник.
— Остальной мир: различные культуры в зависимости от местной агрикультуры.
Не пейте его. Это не случайно — этанол денатурирован специально.
Главное здесь — инфраструктура. Большинство крупных автопроизводителей теперь предлагают гибко-топливные двигатели (flex-fuel). Эти силовые установки спроектированы так, чтобы работать на широком диапазоне топливных смесей. Вы не ограничены в выборе. Вы можете заправляться обычным бензином. Или можете заправляться E85 — смесью, состоящей примерно на 85% из этанола и на 15% из бензина.
Геополитика зерна
Почему это важно для вас?
Все сводится к энергетической независимости. Аргумент в пользу этанола прост: мы производим его здесь. Нам не нужно вести переговоры с иностранными режимами ради нашей ежедневной мобильности. Это возобновляемый ресурс. Нефть конечна. Кукуруза — нет.
Но давайте не будем притворяться, что все идеально. Процесс производства требует больших затрат энергии. Вы меняете одну проблему на другую. И есть еще этический аспект.
Если фермеры могут заработать больше, выращивая культуры для производства этанола, чем для продовольствия, они переключатся. Это сократит предложение продовольствия. Это приведет к росту цен на продукты питания.
Это тонкий баланс между заправкой вашего автомобиля и обеспечением продовольствием населения.
Где найти E85
Сеть заправок расширяется. Вы можете найти станции, предлагающие E85 во многих частях Среднего Запада и Великих равнин, где кукуруза является главной культурой. Проверьте местные справочники. Если ваш автомобиль маркирован как «гибко-топливный» (flex-fuel) или «совместимый с E85», вы можете спокойно заправляться. Бак не расплавится. Двигатель не заглохнет.
Вам просто нужно быть готовым заправляться самостоятельно.
6: Сжиженный природный газ
Шеф-повара знают об этом. Возможно, он есть у вас на кухне. Это не этанол. Это не биодизель. Он не производится из чего-либо, что можно съесть или выпить. Это природный газ.
Лучшие шеф-повара настаивают на приготовлении пищи с его использованием. Но в автомобилях всё обстоит иначе. Конкретнее — это история о высокой плотности энергии.
Природный газ залегает между слоями подземных пород. Мы бурим скважины для его добычи так же, как и для нефти. В Соединенных Штатах его гораздо больше. Он сгорает чище, чем бензин. Или нефть.
Газ, который вы используете для варки пасты, поступает под низким давлением. Это сохраняет его в газообразном состоянии. Низкое давление означает низкую плотность энергии. При сгорании он выделяет относительно мало тепла. Хорошо для супа. Не очень хорошо для перевозки грузов.
Охладите его. Измените состояние.
Сжиженный природный газ (СПГ) — это результат. Он становится высокоплотным энергетическим носителем. Сожгите его, и вы получите огромную выходную мощность. Грузовику это нужно. Не просто небольшой толчок. Серьезный крутящий момент на больших расстояниях. Именно здесь применяется СПГ.
5: Сжиженный нефтяной газ (LPG)
Поднимаемся по лестнице. От метана к пропану и бутану.
LPG отличается от СПГ. Это также альтернативное топливо. Но источник отличается. Переработка природного газа. Или нефтепереработка.
Это побочный продукт. Вторичный продукт.
Название звучит технически. Сжиженный нефтяной газ. Но вы уже видели его. В кемпинговых плитах. В погрузчиках. В старых автопарках такси.
Как LPG работает в автомобилях
LPG хранится под давлением. В баке он находится в жидком состоянии. Испаряется при выпуске. Сгорает чище, чем бензин.
Выбросы снижаются. Количество твердых частиц падает. Выбросы углекислого газа также ниже. Но не так низко, как у сжатого природного газа (CNG) или СПГ.
Плотность энергии выше, чем у сжатого природного газа (CNG). Ниже, чем у бензина. Поэтому запас хода немного страдает по сравнению с жидкими топливами. Но это лучше, чем у CNG.
Какой тип двигателя подходит лучше всего?
Не каждый автомобиль хорошо работает на LPG. Большинство требуют модификации. Или двигателей, собранных на заводе.
Автомобили с гибким топливом? Иногда. Но более распространены специализированные двигатели на LPG.
Искровое зажигание. Цикл Отто. Как и у вашего среднего седана. Но настроенный на смеси пропана и бутана.
Соотношение воздух-топливо смещается. Изменяются системы впрыска. Топливные линии требуют специфических уплотнений. Резина быстрее деградирует при использовании LPG.
Где он используется?
Автопарки любят его. Погрузчики используют его по всему миру. Крытые склады. Выхлопные газы не душат рабочих.
Общественный транспорт? В некоторых городах. Автобусы работают на LPG. Более чистый воздух в туннелях.
Личные автомобили? Нишевый рынок. Популярны в Австралии. Южной Корее. Восточной Европе.
Не так сильно в США. Почему? Инфраструктура. Заправочные станции редки. В отличие от сетей CNG.
Сравнение LPG с альтернативами
LPG против CNG.
CNG — это метан. Сжатый. Низкая плотность энергии. Нужны большие баки.
LPG — это пропан/бутан. Сжиженный под умеренным давлением. Более высокая плотность энергии. Возможны меньшие баки.
Но LPG имеет более высокие выбросы CO2 на милю, чем CNG. И больше твердых частиц, чем СПГ.
Всё ещё чище, чем дизель.
Итог
LPG — это не будущее тяжелых
Если вы стояли рядом с мангалом на заднем дворе в последнее десятилетие, вы уже встречались со сжиженным нефтяным газом (СНГ). Возможно, по привычке вы называете его пропаном, но химия рассказывает немного другую историю. Пропан действительно является основным компонентом. Но технически СНГ — это смесь углеводородных газов: пропана, бутана, возможно, с небольшой добавкой пропилена, которая сохраняется в жидком состоянии под давлением.
Это давление имеет значение. Тот же принцип используется для сжиженного природного газа. Сжатие газа в жидкость увеличивает его энергетическую плотность. Меньше места в баке, больше запас хода. Именно эта эффективность побудила инженеров использовать СНГ в двигателях автомобилей, а не только для приготовления пищи на открытом воздухе.
Устройство системы не является чем-то магическим. Это двигатель внутреннего сгорания, специально настроенный для работы на СНГ. Топливная система впрыскивает сжиженную жидкость под давлением, которая перед сгоранием мгновенно превращается в газ. Система работает, но в США она не является массовой. Здесь вы редко увидите автопарки, работающие на СНГ. Но посмотрите через Атлантику. В Нидерландах СНГ составляет 10% от всего автомобильного топлива. В других странах проводились пилотные проекты. Инфраструктура существует. Технология работает. Вопрос лишь в том, почему мы не заправляемся этим топливом.
4: Сжатый природный газ
Представьте себе топливную магистраль, которая идёт прямо в ваш гараж. Не бензоколонка. Не зарядный кабель. А буквально труба. Для автомобилей на сжатом природном газе (СПГ) это не научная фантастика. Это логистическая реальность. Топливо идентично тому, которое нагревает ваш дом или вскипячивает воду. Оно проходит через муниципальные сети, но ваш автомобиль не может просто подключиться к розетке.
Вам нужен компрессор.
Стандартного давления бытового газа недостаточно для эффективной работы двигателя внутреннего сгорания. Вам нужны баллоны высокого давления. СПГ занимает значительно больший объём, чем бензин, поэтому хранение становится пространственной головоломкой. Honda пыталась решить эту проблему с помощью модели Civic GX.
Выпущенная в 1998 году, Civic GX выглядела как обычный Civic. Под капотом всё было иначе. Она сгорала чище. Она обходилась дешевле за милю. Если вы могли позволить себе первоначальную установку домашней заправочной станции, долгосрочная экономия была неоспоримой.
Но был подвох. Огромный.
Нет национальной сети заправочных станций СПГ. Если бы вы остались без топлива на шоссе в Небраске, вы не просто столкнулись бы с неудобствами. Вы оказались бы в ловушке. Пробел в инфраструктуре убил импульс развития.
3: Сжатый воздух
Итак, если газовые линии слишком ограничены, а батареи слишком тяжелы, что остаётся? Воздух.
Автомобили на сжатом воздухе не требуют лития. Им не нужны редкоземельные металлы. Им нужны компрессор и баллон. Концепция предельно проста. Вы сжимаете воздух, храните его под давлением и выпускаете, чтобы толкать поршни.
Звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, потому что так оно и есть.
Физика безжалостна. При расширении воздух резко охлаждается. Это эффект Джоуля-Томсона. Вы не просто чувствуете холод; вы получаете лёд. Топливная эффективность — это убийца. Сжатие воздуха требует огромного количества энергии. При выпуске вы получаете меньше энергии, чем затратили.
Разрыв в эффективности
Откуда берётся энергия? Из сети.
В автомобиле с ДВС вы заправляете жидкими ископаемыми топливами. В электромобиле вы заряжаете батарею. В автомобиле на сжатом воздухе вы используете электричество для вращения компрессора. Затем вы храните эту энергию в виде давления. Затем вы её выпускаете.
Потери энергии происходят на каждом этапе.
- При сжатии выделяется тепло.
- При хранении давление со временем падает.
- При расширении система охлаждается.
Никому не удалось найти решение для хранения достаточной плотности энергии, чтобы сравниться с бензобаком. В 50-галлонном баке бензина содержится примерно 115 000 ватт-часов энергии. В баллоне со сжатым воздухом хранится лишь малая доля этого количества.
Обещание нулевых выбросов
Привлекательность заключается в выхлопе.
Чистый водяной пар. Вот и всё.
Если бы удалось решить проблему плотности энергии, эти автомобили были бы идеальны для городских условий. Никаких выбросов из выхлопной трубы. Никакого шумового загрязнения. Компрессоры работают тихо. Двигатели механически просты. Меньше движущихся частей означает более низкие затраты на обслуживание.
Но «простой» не означает «жизнеспособный» для дальних поездок.
Кто на самом деле пробовал?
Компания MDI (Motor Development International) утверждала, что у них есть решение. Их AirCar должен был работать на сжатом воздухе на расстоянии до 180 миль. Баллон был интегрирован в шасси. Он выглядел футуристично.
Воздух бесконечен. Он окружает нас. Так почему бы не сжигать его? Или, точнее, почему бы не использовать его давление для перемещения металла?
Автомобили на сжатом воздухе работают на простой идее. Вы берете воздух. Сжимаете его в баллоны высокого давления. Затем выпускаете.
В стандартном двигателе внутреннего сгорания воздух смешивается с бензином. Эта смесь воспламеняется. Взрыв толкает поршни. В двигателе на сжатом воздухе взрыва нет. Здесь используется расширение. Когда сжатый воздух выходит из трубок и попадает в цилиндр двигателя, он быстро расширяется. Это расширение заставляет поршни опускаться. Механическое движение.
Но есть нюанс. Воздух не достается бесплатно.
Гибридная реальность пневматического привода
Эти автомобили не являются чисто механическими. Они также не являются чисто электрическими. Они занимают странное промежуточное положение.
На борту вы найдете электродвигатели. Но их задача — не вращать колеса. Не напрямую. Электродвигатели сжимают воздух и нагнетают его в баллоны высокого давления. Электродвигатель действует как компрессор. Сжатый воздух действует как батарея.
Это полностью меняет архитектуру.
В Tesla или Nissan Leaf электродвигатель огромен. Он передает крутящий момент непосредственно на трансмиссию. В автомобиле на сжатом воздухе двигатель значительно меньше. Ему требуется лишь достаточно мощности для заправки баллонов. Ему не нужно тащить вес автомобиля по шоссе.
Это приводит к конкретному преимуществу. Время зарядки.
Поскольку бортовой компрессор потребляет меньше энергии, чем прямой электрический двигатель, необходимый для движения, цикл перезарядки происходит быстрее. Вы не ждете, пока батарея достигнет 80% емкости. Вы ждете, пока воздух будет закачан в баллон. Плотность энергии низкая по сравнению с литий-ионными аккумуляторами, но скорость восполнения может быть выше.
С термодинамической точки зрения это неэффективно. Сжатие воздуха генерирует тепло. Расширение генерирует холод. Энергия теряется в каждом цикле. Но для коротких городских поездок? Это совершенно другой путь.
2: Жидкий азот
Жидкий азот — это ещё одно альтернативное топливо. Как и водород, азот в изобилии присутствует в нашей атмосфере. Также, как и водород, автомобили на жидком азоте выделяют меньше вредных выбросов, чем автомобили на бензине или дизельном топливе. Однако, если водород используется как в автомобилях на топливных элементах, так и в двигателях внутреннего сгорания, работающем на водороде, автомобили на жидком азоте используют совершенно другой тип двигателя.
На самом деле, автомобиль на жидком азоте использует двигатель, похожий на тот, что применяется в автомобилях на сжатом воздухе. В автомобиле на жидком азоте азот поддерживается в холодном состоянии, чтобы оставаться в жидкой фазе. Для приведения автомобиля в движение азот подаётся в двигатель, где нагревается и расширяется, создавая энергию. В то время как типичный двигатель на бензине или дизельном топливе использует процесс сгорания для перемещения поршней, двигатель на жидком азоте использует расширяющийся азот для привода турбин.
Хотя это чистый и эффективный способ приведения в движение транспортного средства, жидкий азот сталкивается с теми же препятствиями, что и многие другие альтернативные виды топлива: на данный момент отсутствует общенациональная сеть заправочных станций для доставки его потребителям.
Как работают автомобили на жидком азоте
Принцип работы автомобиля на жидком азоте прост, но отличается от двигателей внутреннего сгорания. Топливо хранится в виде криогенной жидкости. При попадании в двигатель оно поглощает тепло из окружающей среды. Это вызывает быстрое расширение. Расширяющийся газ приводит в движение турбины вместо поршней. Этот процесс не производит никаких выхлопных газов. Единственным побочным продуктом является холодный воздух.
Этот метод существенно отличается от водородных технологий. Водород может использоваться как в топливных элементах, так и в двигателях внутреннего сгорания. Жидкий азот требует специальной установки для теплового расширения. Энергия получается за счёт фазового перехода и разницы температур. Это не химическая реакция, подобная сжиганию газа.
Проблема инфраструктуры
Технология работает. Профиль выбросов чистый. Источник топлива повсюду. Проблема заключается в логистике. Вы не можете просто заправить жидким азотом автомобиль на обычной заправке. Нет общенациональной сети заправочных станций. Отсутствие инфраструктуры убивает коммерческую жизнеспособность. Без мест для заправки такие автомобили остаются диковинкой.
Это же препятствие затрагивает многие альтернативные виды топлива. Аккумуляторным батареям нужны сети зарядных станций. Водороду требуются станции высокого давления. Жидкому азоту нужны криогенные заправочные устройства. Пока кто-то не построит такую сеть, автомобили останутся в лабораториях и музеях.
1: Уголь
Это кажется нелогичным. Вы представляете себе элегантный электромобиль (EV), бесшумно скользящий по шоссе, и тут кто-то упоминает уголь. Этот контраст вызывает чувство отчуждения. Однако для многих водителей в США их электромобиль действительно «сжигает» уголь. Конечно, не напрямую. Никто не засыпает чёрные камни в зарядный порт. Связь скрыта в энергосети.
Электромобили не генерируют собственную электроэнергию. Они её накапливают. Эта энергия поступает от настенной розетки. Розетка черпает энергию из сети. В многих регионах сеть сильно зависит от ископаемого топлива. В частности, от угля.
Скрытый двигатель внутреннего сгорания
Пятьдесят процентов всей электроэнергии в Соединённых Штатах вырабатывается на угольных электростанциях. Это огромный кусок национального энергетического баланса. Когда вы подключаете Chevrolet Bolt или Tesla Model 3, вы потребляете энергию из пула, наполовину состоящего из угля. Электроны, поступающие в аккумулятор вашего автомобиля, вероятно, происходят от котла на электростанции за сотни миль от вас.
Это не означает, что электромобили загрязняют окружающую среду. Это означает, что они смещают источник загрязнения. Вместо выхлопных газов в вашем городе вы получаете дым из труб на электростанции в сельском округе. Меняется местоположение. Химический процесс остаётся прежним.
Преимущества в стоимости и цепочке поставок
У этой косвенной связи есть практические плюсы. Уголь дешёвый. На милю пути электроэнергия, полученная из угля, обходится дешевле, чем бензин. Это суровая арифметика, но она верна.
Стабильность поставок — ещё один фактор. В Соединённых Штатах имеются обширные запасы угля. Это внутреннее изобилие защищает водителей от международных геополитических потрясений. Вам не нужно беспокоиться о решениях ОПЕК или блокировке судоходных путей, когда ваше топливо добывается из-под земли в Вайоминге или Западной Вирджинии.
Хотя это не только уголь
Не всякая сеть «коричневая». Некоторые регионы полагаются на гидроэлектростанции. Другие используют ядерную энергию. Если вы живёте в районе с «зелёной» сетью, ваш электромобиль работает на воде или атомах, а не на углероде. Вы можете заряжаться, не увеличивая показатель выбросов угля.
Реальность сложна. Чистые автомобили, прибывающие на дилерские площадки, получают энергию из не совсем чистых источников. Это подчёркивает фундаментальную истину об энергетических системах. Бесплатного обеда не бывает. Вы заменяете один тип инфраструктуры другим. Выхлопная труба переместилась. Проблема не исчезла.
Более широкая картина
Эта последняя запись об альтернативных видах топлива не должна восприниматься как анти-EV риторика. Это наблюдение о сложности. Мы хотим нулевых выбросов. Мы также хотим надёжной и дешёвой энергии. Уголь обеспечивает эту надёжность. Он имеет свою углеродную цену.
Переход — это не бинарное переключение. Это спектр. И прямо сейчас во многих частях страны спектр сильно смещён в сторону угля. Пока сеть не будет обезуглерожена в масштабах страны, маркировка «с нулевым уровнем выбросов» является скорее локальным определением, чем глобальным.
Вы ездите на электромобиле. Но вы также ездите на угле. Вопрос в том, имеет ли это для вас значение.
