Мы уже рассказывали об использовании в качестве автомобильного топлива биоэтанола. Но это далеко не единственный альтернативный источник энергии. О перспективах перевода автомобилей на биогаз и электричество рассуждал Владимир ШЛЯХОВОЙ
Казалось бы, переработка в биогаз сельскохозяйственных отходов — золотая жила. Но увы, себестоимость переработки оказывается слишком дорогой, чтобы можно было говорить о практическом применении биогаза как альтернативного топлива
Промышленная биогазовая установка позволяет ежедневно производить до 5 тыс. кубометров газа
Использование в качестве источников энергии для автомобилей биогаза и электричества имеет много общего. Оба этих источника энергии имеют давнюю и, можно сказать, совместную историю: в качестве автомобильной движущей силы ГБО используется уже более полувека, а электричество двигало первые экипажи еще в позапрошлом столетии.
Правда, проблемы в практическом использовании биогаза и электроэнергии разные. В первом случае — это производство, а во втором — хранение.
Биогаз
Биогаз получают путем сбраживания в так называемых биогазовых установках различных отходов сельскохозяйственного производства — таких, как кукурузный силос, навоз, птичий помет, солома и т.п. И теоретически биогаз вполне может использоваться на автомобильном транспорте вместо метана.
Казалось бы, вот она –топливная независимость! Особенно в сельской местности. Забросил с вечера в реактор навоза и соломы, а утром закачал биогаз в баллоны ГБО. Так и отходы будут утилизированы, и удобрение без запаха получено, и автомобиль всегда заправлен — причем совершенно бесплатно.
Но в реальной жизни все гораздо сложнее.
К примеру, самая простая установка стоимостью около 3,5 тыс. грн. позволяет еженедельно производить из 10 кг навоза около 1,4 м3биогаза. Понятно, что этого вряд ли хватит только на газовую плиту и такая установка будет иметь смысл только в негазифицированной местности. К тому же перезарядка такой установки субстратом требует времени.
Впрочем, в настоящее время существуют современные промышленные биогазовые установки, которые позволяют ежедневно производить до 5 тыс. кубометров биогаза. Казалось бы, весьма впечатляющий результат, но это только на первый взгляд. Прежде всего метана в биогазе содержится не так уж и много: в среднем около 55%. Так что для использования в качестве автомобильного топлива биогаз необходимо подвергать дополнительной очистке, что влечет дополнительные затраты.
Да и вообще производство биогаза требует немалых расходов. В частности, в бункер подобной биогазовой установки ежедневно необходимо заправлять 35 т навоза и 25 т силоса. При этом одно дело, когда используются отходы собственного производства, и совсем другое, когда это нужно гдето покупать и транспортировать. К этому следует добавить, что подобная биогазовая установка ежедневно потребляет около 1 тыс. кВт*ч электроэнергии и около 5 тыс. кВт*ч тепловой энергии. Кроме того, около 1 млн грн. в год придется потратить на ее техническое обслуживание и ремонт, а также на зарплату обслуживающему персоналу.
Если же учесть, что стоимость подобных биогазовых установок начинается от 1 млн евро, то перспективы использования биогаза в качестве автомобильного топлива видятся более чем сомнительными.
Электричество
Полвека назад ученые предсказывали, что уже в 2000 году мы полностью пересядем на электромобили. Дата эта давно миновала, а электромобили попрежнему остаются экзотикой и стоят гораздо дороже, чем их бензиновые и дизельные собратья, собранные в том же кузове. Причина этого банальна — дороговизна аккумуляторных батарей. А символический спрос на электромобили объясняется не столько их дороговизной, сколько небольшим запасом хода и недолговечностью тех самых батарей, которые служат от силы два года. И это сводит на нет все преимущества электромобилей — такие, как недорогая энергия, экономичность (возможность рекуперации тормозной энергии), высокий крутящий момент даже на самых низких оборотах, тихий ход и недорогое обслуживание.
К примеру, простенький электромобильчик на базе Chery QQ с запасом хода до 250 км сейчас можно приобрести всего за 100 тыс. грн. Но установленных в нем батарей, стоимость которых составляет 20 тыс. грн., хватит всего на два года. А это примерный эквивалент стоимости топлива при пробеге в 30 тыс. км., что, в общем-то, вполне сопоставимо с реальным пробегом за те же самые два года. Но к этому нужно добавить расходы на электроэнергию, длительный процесс заряда и небольшой запас хода.
Впрочем, в настоящее время уже изобретены подходящие для электромобилей литий-фторные аккумуляторы, теоретическая удельная емкость которых составляет 6,247 кВт*ч/кг. Много это или мало? Для сравнения: реальная энергоемкость используемых в настоящее время свинцо-вокислотных батарей не превышает 0,06 кВт*ч/кг, или в сто раз меньше, а литий-ионных —0,23 кВт*ч/кг, или в 27 раз меньше. Правда, теоретическая емкость свинцово-кислотных батарей составляет 0,133 кВт*ч/кг, а литий-ионных — 0,5 кВт*ч, но и это, соответственно, в 50 и 12,5 раз меньше, чем у литий-фторных.
При этом если свинцовокислотные аккумуляторы выдерживают 500–1500 циклов заряд/разряд (в зависимости от модели и условий эксплуатации), то литий-ионные —от одной до нескольких тысяч циклов, тогда как для литий-фторных расчетный показатель составляет 10 тыс. циклов.
В настоящее время литий-ионные аккумуляторы существенно дороже свинцово-кислотных и требуют специальную систему контроля заряда, а поэтому в качестве тяговых они пока используются только на некоторых «гибридах». Что же касается литий-фторных, то пока их стоимость держат в секрете. Тем не менее перспективность использования подобных батарей очевидна.
Так, если на легковой автомобиль установить тяговый автомобильный электродвигатель мощностью 60 кВт (80 л.с.), вес которого составляет около 100 кг, выигрыш по весу (с учетом веса силового агрегата, бака с горючим, системы выпуска и АКБ) составит более 100 кг.
Как изменится пробег автомобиля (уже электромобиля), если этот вес компенсировать литий-фторными батареями?
Удельная теплота сгорания бензина составляет 44 МДж/кг. Учитывая, что 1 МДж соответствует 0,278 кВт*ч, при сгорании 1 кг (1,33 л) бензина вырабатывается 12,2 кВт*ч энергии, а при сгорании 1 л — 9,2 кВт*ч.
Таким образом, энергоемкость литийфторного аккумулятора всего в полтора раза меньше, чем энергоемкость бензина, но зато КПД электрического двигателя выше, чем бензинового. Несложно подсчитать, что расход бензина в 5 л/100 км соответствует расходу электроэнергии в 46 кВт*ч. Соответственно, 100 кг литийфторных батарей, теоретическая емкость которых составляет 625 кВт*ч, могут обеспечить пробег в 1359 км — намного больше, чем на штатном баке бензина.
Впрочем, понятно, что реальная емкость батарей будет ниже теоретической примерно вдвое (по аналогии с аккумуляторами других типов). Но и пробег в 680 км на одной зарядке тоже выглядит весьма впечатляюще. При этом, учитывая рекуперацию энергии торможения, реальный пробег будет мало зависеть от режима движения. То есть пробег на одной зарядке при движении в городских условиях может быть сравним с пробегом за городом в отличие от использования бензинового привода.
Таким образом, электромобиль реально может сравняться с бензиновым автомобилем по запасу хода при равном снаряженном весе. При том явном преимуществе, что электродвигатель выдает максимальный крутящий момент во всем диапазоне оборотов, начиная с самых малых.
Так что электромобиль —это уже реальная перспектива. Правда, о производстве литийфторных аккумуляторов пока что-то не слышно. Поговаривают, что их производство всячески блокируют нефтяные монополии, для которых электромобили как кость в горле. (Вспомним, чем закончились попытки Николы Теслы добывать дармовое атмосферное электричество.) А если такие аккумуляторы и начнут производить, то нефтяные магнаты сделают все возможное для того, чтобы они стоили непомерно дорого.
Одним словом, в том, что будущее принадлежит электромобилям, сомнений нет. Но когда это будущее наступит — остается только догадываться.
Помимо собственно изобретения удобного в эксплуатации электромобиля потребуются огромные усилия и расходы на построение соответствующей сети зарядок и сервисных станций
В теории 100 кг литий-фторных батарей могут обеспечить автомобилю пробег до 1359 км
