Что можно сделать для охраны окружающей среды от выбросов
Хотя Тараз не является в Казахстане рекордсменом по загрязнению городской атмосферы, растущее число автомобилей на улицах заставляет задуматься о перспективах нашей экологии.
Государственные программы по снижению вредных выбросов в атмосферу рассчитаны на десятилетия и требуют огромных капитальных вложений либо гарантий со стороны бюджета. Но на местном уровне формируются идеи по решению важных вопросов, и они, на наш взгляд, заслуживают пристального внимания.
Мы уже не раз писали о тех перспективах, которые имеет, особенно в городских условиях, транспорт, использующий пневматические двигатели. Именно эту нишу предлагает использовать для изменения ситуации с вредными выбросами житель Тараза, председатель общественного фонда «Бiрлiкпен өрлеуге», предприниматель Сержан Кайырбеков.
— Вопрос о минимизации автомобильных выбросов поднимался еще в 80-е годы прошлого века, — рассказывает он. — Конечно, регулирование качества автомобильного топлива и проверка уровня выбросов каждого автомобиля дают эффект, но постоянный рост количества автотранспорта все эти усилия сводит на нет. По большому счету требуется переход на новый вид транспорта, имеющего более низкие выбросы в разы или вовсе с нулевым показателем. Но насколько это реально в современных условиях для Тараза? Я рассмотрел несколько вариантов и сделал такие выводы.
В первую очередь сейчас активно продвигаются на рынке электромобили как идеальное средство передвижения, — продолжает собеседник. — Действительно, в сравнении с автомобилями, оснащенными двигателями внутреннего сгорания (ДВС), электрокары имеют преимущества. Так, тяговые электродвигатели (ТЭД) имеют коэффициент полезного действия до 90-95 процентов, по сравнению с 22-42 процентами у двигателя внутреннего сгорания. Электромобиль не нуждается в дорогой, громоздкой и не всегда надежной коробке переключения скоростей, не расходует моторные масла. Электромобиль может использовать рекуперативное торможение для подзарядки аккумулятора, а также свои амортизаторы, вырабатывающие электроэнергию. Еще один плюс — уменьшение лобового сопротивления автомобиля по причине отсутствия радиатора и других систем охлаждения у некоторых моделей. Однако мощные электромобили все-таки имеют жидкостную систему охлаждения и, соответственно, радиатор.
Как подчеркнул Сержан Кайырбеков, уровень выбросов углекислого газа при эксплуатации электромобилей вместе с уровнем выбросов вредных веществ при производстве аккумуляторных батарей на 22 процента меньше, чем у дизельных авто, и на 28 процентов меньше, чем у машин, использующих бензин.
Но существуют и недостатки, которые важны в нашем климате. Как правило, электромобили имеют меньший запас хода, чем пробег у современных автомобилей аналогичного класса с двигателями внутреннего сгорания на одном баке топлива. Во время сильных морозов электромобили больше теряют в запасе хода, чем автомобили с ДВС, их сложнее привести в движение в случае разрядки батареи.
Аккумуляторная батарея постепенно деградирует в процессе эксплуатации, из-за чего, в частности, снижается ее емкость. За несколько лет электромобиль может потерять несколько десятков километров запаса хода. Эта проблема усугубляется в странах с жарким климатом и для электрокаров, часто пользующихся станциями быстрой подзарядки. Автомобиль с двигателем внутреннего сгорания проблем с потерей запаса хода в процессе эксплуатации не имеет. На подзарядку электромобиля в среднем тратится намного больше времени, чем на заправку топливом автомобиля с ДВС, по крайней мере, сейчас.
При динамичной езде батареи электромобиля могут быстро перегреваться, после чего электроника существенно ограничивает величину выдаваемой мощности; в автомобилях с ДВС влияние перегрева на потерю мощности проявляется в гораздо меньшей степени.
Основной фактор, сдерживающий массовое производство электромобилей, — малый спрос, обусловленный их высокой стоимостью и малым пробегом от одной зарядки. Существует точка зрения, что широкое распространение электромобилей сдерживается дефицитом аккумуляторов и их высокой ценой.
Что до стоимости электромобилей, то цены на знаменитую Model S в США — совсем не премиум класса! — составляют от 70 тысяч до 140 тысяч долларов. В настоящее время на рынке Казахстана электромобили предлагаются уже по 25 тысяч долларов США, что вполне приемлемо.
— Но тут есть и «подводный камень», о котором производители стараются не упоминать, — поясняет эксперт. — Ресурс самых лучших аккумуляторов совершенно не сравним с ресурсом двигателя внутреннего сгорания. Во-первых, стоимость замены аккумуляторов непропорционально высока, во-вторых, до сих пор те же литий-ионные аккумуляторы можно только захоронить, переработке они не подлежат. То есть если у нас и появится достаточное количество электромобилей, то потребуется и полигон для захоронения особо ядовитых отходов с сопутствующими службами. Представьте, какие на это потребуются средства. В настоящее время в регионе такого полигона нет, нет его и в Туркестанской области. Так что вопрос экологии с электромобилями решается по принципу «голову вытащили — хвост увяз». Далее, для использования электромобилей требуется создать сложную и дорогостоящую инфраструктуру, поскольку из-за их меньшего радиуса действия требуется густая сеть соответствующих станций зарядки. А значительно меньшее покрытие станциями подзарядки для электромобилей, по сравнению с АЗС для автомобилей, оснащенных двигателями внутреннего сгорания, что в итоге сказывается на степени общей свободы перемещения на каждом из данных типов машин.
Есть еще мнение, что низкий уровень шума электромобилей может создавать проблемы: ведь пешеходы, переходя дорогу, зачастую ориентируются на звук автомобиля. Разумеется, резкий шум работающего мощного электродвигателя трудно с чем-то спутать, шум электроприводов троллейбуса (в основном, воздушных компрессоров и вентиляторов в старых моделях), механических передач (дифференциал и карданная передача), электрокара, поезда метро широко известен, так что электромобилю необходимо обычное для транспорта шумоподавление. Да и шум современного автомобиля на небольшой скорости очень мал, в основном, это шум трения колес об асфальт, гравий или другое покрытие. Однако при использовании маломощных двигателей, как, например, в трамваях, шум действительно практически отсутствует, и на некоторых выпускаемых электромобилях искусственно повышают уровень шума при скоростях до 30 километров в час.
Другая альтернатива нынешним авто с двигателем внутреннего сгорания — гибридные автомобили. Это электрокары, которые «возят» на себе и собственную электростанцию. То есть там соединены ДВС и электромотор. Первоначально идея «электрической коробки передач», то есть замены механической коробки передач электрическими проводами, была воплощена на железнодорожном транспорте и в большегрузных карьерных самосвалах. Электротрансмиссия позволяет исключить механизм сцепления, а в некоторых случаях и полностью от нее избавиться, разместив электродвигатели непосредственно в колесах.
При применении электротрансмиссии двигатель, работающий на обычном топливе, вращает электрогенератор; вырабатываемый ток через систему управления передается на электродвигатели, которые и приводят в движение транспортное средство. В этом случае уместно сравнение с размещенной на автомобиле станцией, вырабатывающей электричество для его движения. Схема работы гибридного автомобиля в целом аналогична, но значительно модифицирована, в первую очередь добавлением промежуточного накопителя энергии — как правило, аккумуляторной батареи, имеющей меньшую, чем у «чистого» электромобиля, емкость и, соответственно, вес.
Гибридный автомобиль сочетает в себе преимущества электромобиля и автомобиля с двигателем внутреннего сгорания: больший коэффициент полезного действия электромобилей (80-90 процентов по сравнению с 35-50 процентами у автомобилей с ДВС) и большой запас хода на одной заправке автомобиля с ДВС. Главное преимущество гибридного автомобиля — снижение расхода топлива и вредных выхлопов, что достигается полной автоматизацией управления работой двигателей с помощью бортового компьютера — начиная от своевременного отключения двигателя во время остановки в транспортном потоке, с возможностью немедленного возобновления движения без его запуска, исключительно на запасенной в накопителе энергии, и заканчивая более сложным механизмом рекуперации — использование кинетической энергии движущегося автомобиля при торможении для зарядки накопителя при работе электродвигателя в режиме электрогенератора. Как и в случае с электромеханической трансмиссией, двигатель внутреннего сгорания, как правило, работает на оптимальных режимах.
Гибридные автомобили стали компромиссным решением таких недостатков электромобилей, как значительная масса аккумуляторов и необходимость их длительной зарядки, недостаточно развитая инфраструктура зарядных станций и недостаточная дальность пробега.
— И тут мы сталкиваемся с теми же проблемами, что встречаются при использовании «чистых» электромобилей, — продолжает Сержан Кайырбеков. — У меня сосед по гаражу показал свой гибридный автомобиль производства США за 35 тысяч долларов. Объяснил, какой он удобный, легко стартует и экономит топливо. Все это — за счет двух мощных аккумуляторов, которые разгоняют (без работы ДВС) авто до 50 километров в час. Замечательно! Но сколько стоят такие аккумуляторы, когда придется их заменить? Ответ: семь тысяч долларов США. Плюс стоимость доставки из Штатов. Да еще эти отработанные аккумуляторы нужно захоронить, то есть проблемы все те же.
Но ведь есть вариант авто, которому не требуются дорогие и не утилизируемые аккумуляторы! И этот тип давно известен, это пневматический автомобиль.
— Идея пришла мне, когда взял в руки воздушный насос для велосипеда (на снимке). Такой транспорт на сжатом воздухе приводится в движение пневмодвигателями, использующими воздух, к примеру, сжатый воздух, запасенный в баллонах. Такой привод называется пневматическим. Вместо смеси топлива с воздухом и ее сжигания в двигателе и последующей передачи энергии поршням от горячих расширяющихся газов в таких транспортных средствах передача энергии поршням осуществляется от сжатого воздуха, — рассказывает С. Кайырбеков. — Схема простая, но в наших условиях требует доработок. Пневмодвигатели работают на воздухе относительно невысокой температуры, и поэтому могут быть изготовлены из менее прочных и более легких материалов, таких, как алюминий, пластик, тефлон, обладающих хорошими фрикционными свойствами, и другие. Изношенные баллоны экологически намного безопасней аккумуляторных батарей.
Баллоны могут быть перезаряжены сжатым воздухом быстрее и выдерживают большее количество циклов зарядки-разрядки, чем аккумуляторные батареи. По этому показателю транспортные средства на сжатом воздухе сравнимы с транспортом на жидком топливе. Меньший вес воздухомобилей снижает износ дорог, что сокращает стоимость их содержания. Охлаждающийся при работе воздух может подаваться в салон в жару (не требуются кондиционер и энергия на его работу).
И самое главное, простота изготовления двигателя, который несет меньшие нагрузки, чем ДВС, позволяет создать его без специализированного крупного автозавода. Если, например, областные власти объявят среди наших местных мастеров конкурс на создание пневмомобиля, то мы вполне можем получить образец городского авто, имеющего нулевой выброс. А затем предложить его изготовление в промышленных количествах уже на уровне республики. Каких-то сверхрасходов такой конкурс не потребует, а пиар для региона будет очень громким. Необходимо только утвердить технические нормативы для такого авто: грузоподъемность, пассажировместимость, скорость и запас хода. Для городского авто это могут быть скромные цифры, но, как говорил Конфуций, «путь в тысячу ли начинается с первого шага». Создание пневмомобилей и их внедрение не требует дорогостоящей инфраструктуры, как для электромобилей и создания хранилищ для отработавших аккумуляторов.
Идея, надо сказать, давно витала в воздухе, но все же требует осмысления специалистами. Те же гибридные авто или электрокары уже известны нашим сервисным службам, а как дело обстоит с пневматикой?
— Думаю, ничего сложного для создания системы техобслуживания и зарядки баллонов сжатым воздухом нет, — считает специалист по компьютерной диагностике автомобилей Андрей Лысенко. — Пневмодвигатель гораздо легче ДВС, поскольку работает при меньших нагрузках. А значит, его легче снимать для ремонта и замены. Баллоны с воздухом пожаробезопасны, закачка воздуха проста. Система смазки у таких двигателей куда проще, чем у конкурентов. Но есть у «пневматики» и слабое место — это малый запас энергии в баллонах. Поэтому основной инженерной задачей было приведение пневмокара к виду, в котором он мог бы конкурировать с электромобилями по эксплуатационным характеристикам и стоимости. А вот тут подводных камней в этом деле множество. Например, проблема дегидратации воздуха. Если в сжатом воздухе будет хотя бы капля жидкости, то из-за сильного охлаждения при расширении рабочего тела она превратится в лед, и двигатель просто заглохнет (или даже потребует ремонта). Обычный летний воздух содержит примерно 10 граммов жидкости на кубометр, и при наполнении одного баллона нужно затратить дополнительную энергию (около 0,6 кВт/ч) на дегидратацию — причем эта энергия невосполнима. Данный фактор сводит на нет возможность качественной домашней заправки — оборудование для дегидратации невозможно установить и эксплуатировать в домашних условиях. И это лишь одна из проблем. С учетом же нашего климата и наличия зимнего сезона целесообразно нагревать воздух или двигатель для повышения отдачи энергии. Особенно это актуально с учетом того, что расширяющийся в пневмодвигателях воздух охлаждается. Подогрев будет от баллона с пропаном, это несложная система. Газ сгорает при постоянном давлении и температуре, а значит и выхлоп будет лишь из углекислого газа и водяного пара. Никаких вам тяжелых металлов и прочих ядов, как у ДВС. Еще один плюс — частота вращения воздушного двигателя с подогревом 120-150 оборотов в минуту (против 2500-6000 оборотов у ДВС), так что ему не требуется сложная и дорогая трансмиссия. Наши мастера освоят без особых проблем техническое обслуживание таких авто.
Правда, сам же Андрей Лысенко не особо верит в близкий век воздушного авто.
— Еще в 70-е годы прошлого века на московском автозаводе изготовили и испытали «Москвич» с двигателем на воде, и он показал хорошие результаты, — привел пример автомастер. — Но его не внедрили потому, что СССР сильно зависел от импорта нефти, а такие авто снизили бы продажи и удешевили углеводороды. Так что, пневмомобили лучше начинать развивать «снизу», с уровня области, делать обкатку здесь.
Как нам кажется, идея Сержана Кайырбеков заслуживает внимания по многим причинам. Главная из которых — возможность начать новую эпоху в экологии (как это ни пафосно звучит) для отдельно взятого города.
Юрий ЕФИМОВ
Комментарии закрыты.