Вволю натешившись с классическими аккумуляторными электромобилями и не увидев здесь дальнейших перспектив, разработчики альтернативных силовых установок оказались на перепутье. Наибольшие шансы на успех в соперничестве с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания имеют гибридные транспортные средства.
Однако гибриды, приводимые в движение совместными усилиями электромотора и бензинового либо дизельного двигателя, не решают экологических проблем, поскольку продолжают загрязнять, хотя и в меньшей степени, окружающую среду вредными выбросами. Опять же, иметь на автомобиле сразу два принципиально разных силовых агрегата – удовольствие не только дорогое, но и достаточно трудно реализуемое в техническом плане.
Еще в середине 90-х годов многие автомобильные компании в поисках альтернативы двигателям внутреннего сгорания обратили взор на электромобили с топливными элементами (или ячейками, как их иногда именуют), в которых, в отличие от классических аккумуляторных конструкций, предлагался совершенно иной принцип работы. В чем проблемы электромобилей на аккумуляторных батареях? В малой автономии – не более сотни километров пробега без подзарядки. В неудовлетворительных динамических характеристиках – максимальные скорости, чтобы обеспечить указанный пробег, не должны превышать 80-90 км/ч. В неизбежных 6-8 часах простоя, необходимых для зарядки аккумуляторов. Причина – низкая скрытая энергия аккумуляторов, которая, например, у кислотных батарей не превышает 0,03 кВтч на каждый килограмм веса.
В электромобилях же на топливных элементах электрический ток вырабатывается прямо на борту машины, а “горючим” является водород, чья энергонасыщенность соизмерима с энергией бензина или дизельного топлива и составляет порядка 10 кВтч на каждый килограмм. Следовательно, от “водородных” конструкций можно ожидать и поездки на дальние расстояния, и скорости не хуже обычных автомобилей, и отсутствие технологических пауз, связанных с длительной подзарядкой.
Принцип работы двигателя на топливных элементах
В основу работы топливных элементов положен электрохимический процесс, в ходе которого атомы водорода в присутствии катализатора разлагаются на разноименно заряженные ионы и электроны. Топливная ячейка состоит из двух электродов – катода и анода – и полимерной мембраны между ними. Газообразный водород подается на анод и здесь в присутствии катализатора из платины распадается. Мембрана пропускает к катоду только положительные ионы, а электроны в виде полезного электрического тока питают цепь бортовой силовой установки. В процессе участвует кислород, который в составе обычного воздуха подается внутрь топливного элемента и связывает ионы водорода, образуя “выхлоп” – водяной пар, не несущий никакой угрозы окружающей среде.
Одна топливная ячейка способна выработать ток напряжением 0,7-0,9 В. Соединенные же в батарею несколько сотен таких ячеек обеспечивают необходимым количеством энергии как тяговый электродвигатель, так и все вспомогательное электрооборудование транспортного средства – фары и фонари, стеклоочистители, магнитолу, контрольные приборы и т.д.
Другая сторона вопроса – в каком виде следует хранить водород на борту электромобиля? Единого мнения на этот счет нет. Одни разработчики полагают, что водород должен быть сжижен, другие – сжат, третьи отдают предпочтение металлогидридным соединениям, четвертые и вовсе считают, что водород лучше всего получать из метанола, этанола, биотоплива или даже бензина. У каждого из этих способов есть и преимущества и недостатки. Самый, казалось бы, очевидный – хранение водорода в жидком виде – требует освоения криогенных технологий, и попытка, скажем, компании Renault в середине 90-х годов решить вопрос в лоб привела к парадоксальным результатам. Renault Fever, построенный на базе Laguna с кузовом “универсал”, пришлось по самую крышу “запаковывать” оборудованием для хранения и переработки водорода. В результате Fever, достигавший 120 км/ч и располагавший более 500 км автономии, чем, кстати, не мог похвастать ни один классический электромобиль, получился, однако, двухместным и не имеющим багажника, что вряд ли могло удовлетворить его создателей.
Тем не менее в сравнительно короткие сроки конструкторам разных компаний удалось уменьшить как размеры комплектующих новых систем получения энергии, так и более эффективно разместить их на электромобилях. И шквал новинок, оснащенных топливными элементами, обрушенный на посетителей крупнейших автомобильных выставок мира за последние пять лет, показывает, что, скорее всего, именно такими будут транспортные средства самого ближайшего будущего.
