Зеленый автомобиль
На сегодняшний день производители автомобилей, в основном, принимают в расчет шесть видов альтернативного топлива, которые используются или могут быть использованы в качестве горючего. У всех них есть свои достоинства и недостатки.
Природный газ
Природный газ (метан), который традиционно используется для приготовления пищи, достаточно давно применяется в качестве автомобильного горючего. Ныне ряд компаний предлагают услуги по переводу многих традиционных моделей автомобилей на природный газ.
Достоинства: 1. Газ намного дешевле, чем бензин. 2. Метан - наиболее экологически чистый из всех углеводородных видов топлива.
Недостатки: 1. В большинстве стран мира, где продаются "газовые" автомобили, недостаточно развита сеть газовых автозаправок, поэтому длительные автомобильные путешествия становятся невозможными. По этой же причине на газ часто переводят муниципальный транспорт, который жестко "привязан" к одному населенному пункту, где уже существует газовая инфраструктура.
Бензин-электричество
Образцы подобных автомобилей (в США их называют "гибридными"hybrid) существуют и успешно продаются c 1999 года. Принцип их действия достаточно прост - под одним капотом находятся традиционный бензиновый и электромотор. Бензиновый двигатель включатся тогда, когда машина набирает скорость, например на шоссе (в это время происходит подзарядка аккумуляторов), электрический - при медленной езде со многими остановками (например, при езде в городе). Различные производители лично создают специальные "гибридные" модели (например, компания Toyota вывела на рынок модель Prius, ставшую крайне популярной), либо "загоняют" "гибридные" системы под капот обычных моделей (так, например, компания Ford оснастила подобными моторами свою известную модель внедорожника Escape, компания General Motors - модель Yukon, а компания Honda - модель Accord).
По данным консалтинговой фирмы J.D.Power and Associates, в 2006 году (последние доступные данные) в США было продано 430 тыс. "гибридов", что составило 2.8% от общего объема продаж легковых автомобилей. Ныне покупатели "гибридов" - как правило, высокообразованные, состоятельные мужчины в возрасте, озабоченные экологической ситуацией в мире. То есть, "гибриды" пока не привлекают американцев с наиболее низкими доходами, в наибольшей степени страдающих от роста цен на бензин. Последнее исследование маркетинговой компании R. L. Polk & Co. показало, что 50% американцев проявляют интерес к покупке подобной машины (меньше, чем в предыдущие годы).
Ныне компании Toyota и General Motors планируют вывести на рынок (ориентировочно в 2010 году) новое поколение "гибридов" - для их обозначения используется аббревиатура PHEV (от "Гибридный Электрический Автомобиль, Способный Заряжать Аккумуляторы от Сети"Plug-in Hybrid Electric Car). Парадоксально, но эти модели уже сталкиваются с критикой. Так, например, исследование Совета по Защите Природных РесурсовNatural Resources Defense Council показало, что PHEV де-факто более опасен для окружающей среды, чем традиционные "гибриды". Причина заключается в следующем: сам по себе автомобиль намного более экологически чистый. Однако он потребляет электроэнергию, для производства которой в США используются ТЭЦ, работающие на угле. Следовательно, увеличение числа PHEV, потребляющих больше электроэнергии, приведет к увеличению выбросов в атмосферу угольной пыли и продуктов сгорания.
Достоинства: 1. Подобные автомобили намного экономичней своих традиционных аналогов. 2. "Гибриды" наносят значительно меньший ущерб окружающей среде.
Недостатки: 1. Гибридные автомобили ныне на $4-9 тыс. дороже своих традиционных аналогов.
Электричество
Первые электромобили появились еще в 1920-е годы, однако только в последние десятилетия удалось создать рыночно привлекательные модели подобных машин. Каждый такой автомобиль оснащен электрическим двигателем и аккумуляторами, которые требуется подзаряжать, подключая к обычной розетке. Ныне электромобили начинают выпускать небольшие компании, например, недавно американская Tesla Motors сообщила о начале производства двухместной спортивной машины, которая разгоняется до скорости 100 кмв час за 4 секунды и способна преодолевать без подзарядки расстояние в 320 км.
Достоинства: 1. Полное отсутствие проблем с горючим. 2. Электричество кардинально дешевле бензина.
Недостатки: 1. Проблемы с ремонтом и обслуживанием - немного автомастерских способны ремонтировать подобные автомобили. 2. Большинство существующих моделей позволяют передвигаться лишь на короткие расстояния, например, в городах США их популярно использовать для поездок по магазинам.
Спирт (этанол)
Спирт изначально был популярен в качестве автомобильного горючего. В 1896 году американский изобретатель Генри ФордHenry Ford изготовил свой первый автомобиль (носил название "Квадрицикл"Quadricycle), двигатель которого работал на спирте. Любопытно, что Форд тогда не оценил опыт германских инженеров Карла Бенца и Вильгельма Даймлера, которые за десятилетие до этого создали автомобиль, работавший на бензиновом двигателе. В 1908 году Форд выпустил в продажу свою знаменитую "Модель Т"Model T - первый в истории массовый автомобиль, который мог работать на бензине, этаноле и смеси обоих видов топлива. Форд прибег к использованию этанола, исходя, в том числе, и из экономических соображений: в 1906 году налоги на спирт были резко уменьшены, что сделало цену этанола сопоставимой с ценой бензина. Кроме того, Форд был фермером и считал, что "спиртовое" автомобилестроение поможет крестьянам. Успешные попытки использования спирта в качестве автомобильного горючего неоднократно предпринимали многие страны мира. Ныне подобные программы наиболее развиты в Бразилии.
Ныне в США многие АЗС предлагают топливо E85 - смесь 85% спирта и 15% бензина (в обычный бензин с 2006 года обязательно добавляется 10% этанола). Появление топливного стандарта E85 привело к созданию нового типа автомобилей - они называются "Автомобили на "Гибком" Топливе"Flexible Fuel Vehicles (популярная аббревиатура - FFV). Внешне они ничем не отличаются от обычных. Разница заключается в наличии сенсора, который определяет долю этанола в топливе, залитом в бензобак: исходя из этой информации, бортовой компьютер изменяет режим работы двигателя. Первой компанией, создавшей подобный автомобиль, стал Chrysler (1998 год).
Достоинства: 1. E85 могут использовать многие модели автомобилей, чья цена не отличается от стоимости бензиновых аналогов., 2. В ряде случаев E85 может быть дешевле обычного бензина., 3. С экологической точки зрения спирт является практически идеальным видом топлива - он производится из возобновляемых источников и сгорает, не оставляя после себя вредных выхлопов., 4. Использование спирта позитивно отражается на состоянии подготовленного для его использования автомобиля. Этанол содержит больше кислорода, чем бензин, за счет этого сгорание происходит более "чисто". Использование топлива, обогащенного этанолом, позволяет легче завести машину в холодную погоду.
Недостатки: 1. Это горючее наносит ненамного меньший ущерб окружающей среде, по сравнению с бензином. 2. Это топливо менее калорийно, чем бензин - в результате, автомобиль требуется заправлять чаще.
Первоначальные надежды на то, что спирт сможет в краткосрочной перспективе заменить бензин, пока не сбываются. Проблем несколько: как оказалось массовое производство спирта привело к значительному подорожанию зерна (в США - кукурузы), из которой он производится. В результате, по цене E85 немногим дешевле традиционного бензина. Мощности спиртзаводов недостаточно для снабжения всех желающих, а инфраструктура "спиртовых" АЗС пока существует лишь в нескольких штатах страны, в основном - сельскохозяйственных. Администрация Энергетической Информации СШАEnergy Information Administration в конце 2007 года пришла к выводу, что попытки производства спирта из древесного сырья и пищевых отходов пока коммерчески малоприбыльны. Однако по прогнозу Агентства, объемы производства спирта в США вырастут с 5.6 млрд. галлонов (1 галлон - 3.78 литра) в 2006 году и 6.8 млрд. - в 2007-м до 24.3 млрд. галлонов в 2030 году (в результате, на долю этанола придется 16% автомобильного горючего, которое в 2030 году используют американцы).
Исследование Министерства Сельского Хозяйства СШАDepartment of Agriculture показало, что этанол имеет позитивный энергетический баланс. Это означает, что при его производстве требуется на 67% меньше энергии, чем получается при его использовании. С другой стороны, Корнельский УниверситетCornell University и Университет БерклиUniversity of California-Berkeley пришли к выводу, что для производства экологически чистого автомобильного топлива требуется больше энергии, чем можно получить в результате его использования. К примеру, производство этилового спирта из кукурузы требует на 27% больше энергии, чем вырабатывается при сжигании спирта в автомобильном двигателе (при подсчете учитывались затраты энергии на сельскохозяйственные работы, производство удобрений и пестицидов, транспортировку, переработку и пр.). Производство спирта из древесины еще более убыточно - минус 57%.
Биодизельное топливо.
Биодизельным топливом (биотопливом) принято называть высококалорийный продукт переработки биологического сырья - фактически, особым образом модифицированное растительное масло, производимое из сои, кукурузы, канолы и иных масличных культур, а также из пищевых отходов. Это топливо может быть использовано в дизельных двигателях. Ныне в США биодизельное топливо обозначается буквой B (в отличие от А, которой маркируются различные сорта бензина и этанола). Если на АЗС указано, что она продает топливо B100, это означает, что в бензобак будет залит 100%-й биодизель. Существуют и другие смеси - например, B2 означает, что в горючем содержится 2% биотоплива, B20 - соответственно, 20%. В последние годы производство биодизельного топлива в США постоянно росло.
Появляются новые технологии производства биодизельного топлива. Так, например, Университет штата ОрегонOregon State University и Орегонский Институт Нанонауки и МикротехнологийOregon Nanoscience and Microtechnologies Institute создали миниатюрный реактор, который производит дизельное топливо из растительного масла. Разработчики полагают, что такие устройства позволят изготовлять горючее для тракторов и других сельскохозяйственных машин непосредственно на фермах. Активной зоной микрореактора служит система капилляров, через которые прокачивается смесь масла и спирта. Внутренность капилляров покрыта тончайшим слоем нетоксичного металлического катализатора, в присутствии которого эта смесь за считанные секунды превращается в дизельное топливо и глицерин. Хотя производительность отдельного реактора очень мала, их можно соединять в батареи, работающие в параллельном режиме. Пакет таких батарей размером с небольшой чемодан сможет в течение года произвести сотни тысяч литров дизельного горючего.
Пока же, Корнельский УниверситетCornell University и Университет БерклиUniversity of California-Berkeley подсчитали, что производство биодизельного топлива - убыточно. Для его производства из бобов сои требуется затратить на 27% больше энергии, чем будет получено. Энергоемкость подсолнечника еще ниже - минус 118%. Ныне в США наблюдается парадокс: биодизельное топливо стоит дороже традиционного, несмотря на рекордный рост цен на нефть (по состоянию на 17 марта 2008 года, 1 галлон дизельного топлива стоил $3.37, 1 галлон биодизельного горючего B100 - $4.48).
Достоинства: 1. Смесь B2 может быть использована всеми автомобилями с дизельными двигателями, особая модификация не требуется., 2. Даже небольшое количество растительного масла в дизельном топливе существенно уменьшает объемы вредных выбросов и повышает срок жизни двигателя., 3. Сырьем для производства биотоплива может быть (и де-факто является) использованное растительное масло (например, используемое для приготовления картофеля-фри). В некоторых городах США уже существуют программы утилизации пищевых отходов такого рода, которые немедленно перерабатываются в биотопливо.
Недостатки: 1. B100 превращается в гель при низких температурах, и подобные автомобили тяжело завести., 2. Расчеты показывают, что даже при самых благоприятных условиях США в обозримом будущем не смогут произвести столько растительного масла, чтобы полностью отказаться от использования традиционного дизельного топлива., 3. Автопроизводители выпускают относительно небольшое число моделей машин, способных работать на биотопливе.
Водород
В автомобильном двигателе водород может быть использован двумя способами: либо как горючее для традиционного двигателя внутреннего сгорания, либо в так называемых "топливных ячейках"fuell cells (водород реагирует с кислородом, в результате вырабатывается электричество, которое приводит в действие мотор). Теоретически, водород может в обозримом будущем заменить нефть в качестве топлива для автомобилей.
Достоинства: 1. Водород полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество энергии и оставляя после себя только водяной пар, что делает автомобиль идеально экологически "чистым", 2. Водород легко транспортировать по трубопроводам практически на любые расстояния, тем более, что он не ядовит (хотя и взрывоопасен) и не обладает коррозирующим действием. 3. Запасы водорода (как компонента воды) практически неограничены и более или менее равномерно распределены по всем континентам.
Недостатки: 1. Существуют лишь несколько перспективных моделей водородных автомобилей обоих типов. Однако их коммерческая привлекательность остается низкой - на сегодняшний день средняя стоимость автомобиля, оснащенного топливными ячейками, составляет $100 тыс., 2. В мире практически полностью отсутствует водородная инфраструктура. Лишь недавно три штата США и Федеральный Округ Колумбия (столица страны - город Вашингтон) начали реализовывать проекты такого рода, правда есть ряд альтернативных идей: так, компания Honda, создавшая достаточно удачную модель Honda FCX на топливных ячейках, планирует продавать домашние установки по производству водорода., 3. Нынешние технологии промышленного производства водорода далеко не безупречны. Обычно водород получают посредством каталитического разложения природного газа. Однако этот процесс требует затрат большого количества энергии. Водород можно производить из угля, который предварительно должен подвергнуться газификации. Однако подобные операции также очень энергоемки. Водородная экономика на угольном обеспечении могла бы привести к истощению всех угольных месторождений США всего лишь за 75 лет. В обоих случаях в процессе производства водорода образуется огромное количество углекислого газа, считающегося одним из главных факторов глобального потепления. Оптимальным сырьем для производства водорода могла бы служить вода. Разработаны экспериментальные технологии каталитического расщепления водяного пара в химических реакторах. Однако все эти процессы требуют использования высоких температур и могут быть экономически и экологически оправданы только при использовании атомной энергии. Существует также давно известный способ расщепления воды - электролиз. В экологическом отношении он идеален, но только при условии, что удастся найти сверхдешевые способы получения электроэнергии. Также возлагаются серьезны надежды на микробиологию и геномику: известны одноклеточные организмы, поглощающие углекислый газ, воду и солнечный свет и выделяющие кислород и водород. 28 Марта 2008 Washington ProFile
При подготовке материала также была использована информация Ассоциации Возобновляемого ТопливаRenewable Fuels Association, Национальной Лаборатории Исследований Возобновляемой Энергии СШАNational Renewable Energy Laboratory и Администрации Энергетической ИнформацииEnergy Information Administration.
