За прошедшие со времени изобретения первых «самодвижущихся экипажей» сто пятьдесят лет многочисленные казавшиеся современникам безумными механики придумали немало интересных способов приведения в движение колес. К примеру, паровые машины, электромоторы и двигатели внутреннего сгорания, работающие на спирту, применялись еще на заре автомобилестроения. Но потом выяснилось, что пользоваться бензином гораздо удобнее, а главное — намного дешевле. И поэтому все разговоры о биотопливе на основе этилового спирта стали мыслимы только после того, как цены на бензин выросли во много раз и появились дешевые технологии производства больших количеств этилового спирта. Есть специальные причины, делающие все более привлекательными и электромоторы.

Батарейки вместо бака

Электромобилям трудно отказать в привлекательности, и есть основания думать, что они постепенно вытеснят обычные автомобили с двигателями внутреннего сгорания. Кроме очевидной относительной экологической безопасности, они более надежны и обладают более высоким КПД — и то, и другое по одной и той же причине: электромотору не надо превращать возвратно-поступательное движение во вращательное. Между тем, электромобиль гораздо старше своего более шумного и вонючего братца: Этьен Ленуар (Jean-Joseph Étienne Lenoir, 1822–1900) и Николай Отто (Nicolaus Augustus Otto, 1832–1891) еще не пошли в школу, когда первые электромобили были построены шотландцем Робертом Андерсоном и голландцем Кристофером Беккером, а до изобретения ими четырехтактного двигателя внутреннего сгорания оставалось без малого тридцать лет. В 1842 году еще один электромобиль соорудил американец Роберт Дэвидсон (Robert Davidson, (1804–1894). Это было настоящее чудовище, заставленное ваннами с серной кислотой; но, наверное, именно благодаря ему электромобили принялись довольно бодро развиваться, и к первому десятилетию ХХ века в США, например, выпускалось до 10 000 электромобилей в год. Правда, для начала потребовалось изрядно усовершенствовать искусство изготовления аккумуляторных батарей. Однако и по сей день создание надежных, компактных, легких и достаточно емких аккумуляторов остается важной технологической задачей, ожидающей своего разрешения. Именно из-за их отсутствия бензиновые автомобили захватили лидерство и быстро вытеснили электромобили почти отовсюду. Последним оставалось только суетиться на погрузке-разгрузке в портах и вокзалах, перевозить пациентов больниц или быть навечно привязанными к проводам.

Но всегда находились энтузиасты, пытающиеся научить электромобили ездить быстро, далеко и свободно. С развитием солнечных батарей, казалось бы, проблема недостаточной емкости аккумулятора была решена. Но не все так просто. Современные солнечные батареи преобразуют от силы четверть попадающей на них световой энергии солнца, поэтому «солнцемобиль» едет не слишком шустро и выглядит, скорее, как посадочная шлюпка инопланетян из низкобюджетного фантастического фильма. Тем не менее, каждый год в Австралии проходит World Solar Challenge — трансконтинентальная гонка на этих забавных аппаратах.

В последние годы проблема поиска новых топливных и двигательных технологий вновь обострилась, и развитием электромобилей вплотную занялись автогиганты. Их детища (правда, по большей части, еще не серийные машины, а опытные образцы) демонстрируют впечатляющие результаты, вполне сравнимые с автомобильными, при том же уровне комфорта. Собственно, внешне современный электромобиль не слишком отличается от бензинового брата. И бегает быстро, и до 100 км/ч разгоняется почти мгновенно — например, восьмиколесный японский электромобиль Eliica достигает этой скорости всего за 4,2 секунды, что более чем достойно даже для суперкара. Одна беда: далеко ездить машинка на батарейках еще не научилась, и дистанция от зарядки до зарядки редко превышает 100 км. Хорошо хоть специализированных заправок ему не требуется — достаточно любой розетки. Да и заряжаться их научили быстро — всего за 10–15 минут, в самый раз кофе попить. Но все же для того, чтобы электромобиль совсем потеснил авто на ДВС, необходим качественный прорыв в аккумуляторных технологиях. Нужно, чтобы пробег электромобиля на полностью запряженных батареях был сопоставим с пробегом автомашины с полным баком горючего.

Концерн Mitsubishi Motors обещает к 2010 выпустить на рынок электромобиль, представленный на автосалонах уходящего года как Concept-CT. Цена его должна быть вполне демократичной — на уровне 12–14 тысяч долларов. Этот факт, а также то, что большинство крупных автопроизводителей ведут работы в том же направлении, заставляет предположить, что лет через 5–7 электромобиль сможет вернуть себе утраченные некогда позиции.

Топливо легче воздуха

Впрочем, в деле вытеснения бензиновых двигателей и дизелей у электромотора есть серьезный конкурент-союзник. Это — разного рода водородные двигатели. Собственно, этих двигателей всего два — и они всем хорошо известны — тот же двигатель внутреннего сгорания и тот же электромотор. Остается только либо научиться этот водород сжигать — а это непросто, поскольку водород, смешиваясь с кислородом, образует смесь, вполне по заслугам окрещенную гремучей, — либо производить из него электроэнергию.

Но преодоление трудностей в данном случае очень соблазнительно — все-таки водород самый распространенный во Вселенной элемент таблицы Менделеева. И как было бы прекрасно совершено бесплатно заправлять машину из ближайшей речки! Но этого, увы, пока не получается. А получается, наоборот, водород в баллоне, вода как раз на выходе, вместо выхлопа. Причем дистиллированная.

Главные мастера по сжиганию водорода с образованием воды вместо выхлопных газов — два автогиганта. Один европейский — BMW, другой японский — Mazda. Строить автомобили с двигателями внутреннего сгорания на водороде в Мюнхене стали еще в 70-е годы. А уже в этом году BMW представила серийный (да еще и люксовый!) автомобиль Hydrogen 7, построенный на базе седана 7 серии. Максимальная скорость экологически чистого BMW составляет 230 км/ч, а до сотни «водородомобиль» разгоняется за 9,5 секунд — неплохо, учитывая габариты и вес машины.

Японская компания Mazda, славящаяся тягой к творческим поискам, еще в 1991 году представила прототип машины с роторным водородным двигателем. На достигнутом японцы не остановились, и 15 лет спустя, после долгих исследований и тщательных испытаний, выпустили Mazda RX-8 Hydrogen REnbsp; с роторной же установкой Ванкеля, КПД которого гораздо выше, чем у обычного поршневого двигателя.

Однако большинство автомобильных компаний пошли по другому пути. Они создают так называемые топливные элементы, которые словно брат-близнец похожи на аккумуляторные батареи. Разница между ними, однако, существенна: топливный элемент не надо заряжать. В него вместо этого надо время от времени подливать сжиженный водород. Он проходит через поры в платиновом аноде. В результате хемосорбции молекулы водорода разлагаются на пару электронов и пару протонов. В то же самое время через поры анода проходи воздух, содержащий, как известно, довольно много кислорода. Разделяющая анод и катод мембрана прозрачна только для протонов, и не прозрачна для электронов. Поэтому протоны, рекомбинируя с кислородом на аноде, образуют воду, при этом между катодом и анодом возникает разность потенциалов.

Главная беда водородных машин — чрезмерная громоздкость топливных баков, где содержится жидкий водород. Кроме того, это очень летучий элемент, и поэтому необходимо исключить малейшую возможность утечки. Вторая проблема уже не техническая, а, скорее, организционная: пока по всему миру не будет организована разветвленная сеть водородных заправок, говорить о наступлении в автомире водородной эры будет рановато.

Тем не менее, производители с энтузиазмом разрабатывают и эту тему. К примеру, корейская компания Hyundai приступила к выпуску автомобилей на топливных элементах, переведя на электричество даже внедорожник Tucson. А год назад концерны Honda, General Motors и BMW объединили усилия по разработке унифицированных стандартов на разъемы, через которые автомобили, созданные этими компаниями, пополняют свои запасы водорода.

Но надо заметить, что к водородным технологиям человечество присматривается не первый десяток лет: еще в 80-е годы советские авиастроители создали самолет Ту-155 на альтернативном топливе, а инженеры той же фирмы Mazda строили свой ротор полтора десятилетия — и те и другие были отнюдь не одиноки в своих усилиях. В последнее время в новостях все чаще мелькают сообщения о разработках или даже уже об успехах той или иной компании на этом поприще, и это значит, что, наряду с электрической эрой, грядет и водородная. И это хорошо: по крайней мере, природа вздохнет чуть посвободнее.

Не мышонок, не лягушка…

Водородные двигатели внутреннего сгорания, созданные как на «Мазде», так и на BMW, обладают замечательной универсальностью. Они могут работать и на водороде, и на обычном бензине. Именно поэтому эти двигатели называют гибридными. Соединение несоединимого нам не в диковинку: мы еще помним на улицах Москвы грузовые троллейбусы, которые при надобности могли опускать свои токосъемники, превращаясь в обычные дизельные грузовички. Были и чешские автомобили «Татра», в которых бензиновый двигатель крутил электрогенератор, а тот сообщал электроэнергию электромотору, вращавшему колеса.

Сочетание бензинового двигателя с электромотором, а то и не с одним, не редкость и теперь. Такая машина начинает движение на электрической тяге, затем, при наборе скорости, подключается двигатель внутреннего сгорания, а при ровной езде электрика отключается — и аккумуляторы заряжаются от обычного генератора. Управляет двигателями сложная компьютерная система, которая сама решает, какую силовую установку в какой момент включить или выключить. Подобная схема позволяет существенно экономить топливо: к примеру, популярный «гибрид» Toyota Prius расходует всего 3,2 л. бензина на 100 км. С другой стороны, пока управление целиком отдано на откуп автоматике, реальная экономия получается только в городском режиме — на трассе «гибрид» ест топливо с прежним аппетитом. Проблему могло бы решить, по крайней мере отчасти, ручное переключение силовых установок, и в начале 2006 года американские умельцы взломали мудреный японский компьютер, заставив Prius включать электромоторы по желанию водителя.

Вдохновленная относительным успехом Prius, Toyota выпустила гибридный внедорожник Lexus RX400h, который продается, в том числе, и у нас в России. Гибридные машины и в самом деле экономят топливо и значительно меньше загрязняют окружающую среду, так что можно смело предположить, что в последующие годы мы увидим немало новинок в этой области. К примеру, Peugeot и Citroёn обещают порадовать серийными «гибридами» не позднее 2010 года, причем, что немаловажно, ручное управление двигателями будет реальзовано на заводском уровне, а не силами очередной команды хакеров.

Что касается разработки и серийного производства автобусов гибридной схемы, то здесь несколько иная картина. Здесь наряду с такими грандами, как DaimlerChrysler и General Motors, а также несколькими канадскими производителями, фигурирует даже китайская компания FAW. Китайцы планируют к Олимпиаде 2008 года, которая пройдет в Пекине, и к выставке World Expo 2010 в Шанхае выпустить не менее 1000 автобусов-гибридов.

Как бы то ни было, вполне вероятно, что конец нефтяного века будет отмечен возникновением все более странных и, как теперь принято говорить, «диверсифицированных» сочетаний, казалось бы, несоединимых компонентов в необычных, но все более и более экономичных и экологичных гибридах.