на каком топливе будут ездить машины в будущем

На чем мы будем ездить в будущем

Будущие транспортные средства в случае, если запретят бензин и дизельное топливо.

Так что уважаемые граждане есть большая вероятность того, что привычные нам автотранспортные средства с двигателями внутреннего сгорания начали постепенный путь к своему исчезновению. Думаете или считаете, что нашу страну это как всегда коснется в самую последнюю очередь? Вы не правы и ошибаетесь господа.

Уже сегодня на данном этапе наше Правительство готовит почву для развития в стране автомобилей, которые будут и должны работать не на бензине и диз. топливе.

На самом деле прогнозировать будущее не совсем благодарное дело. Особенно это касается высоких технологий. Но тем не менее, сделать свой прогноз по развитию автопромышленности думаем можно. Ведь для того, чтобы узнать какие транспортные средства станут основными источниками передвижения в ближайшие 20 лет, необходимо вспомнить историю всей автопромышленности в целом, а далее уже оценить шансы всех технологий, которые были изобретены человечеством за последние сто лет.

Ведь согласитесь с нами, если в мире начнут запрещать использование двигателей внутреннего сгорания, то все автопроизводители будут просто вынуждены в срочном порядке использовать у себя в промышленности новые технологии, а возможно и вспомнить забытые старые.

Что движет автомобилем?

Мы еще со школьной скамьи знаем, что для движения любого объекта необходима энергия и сила. Таким образом и согласно законам физики получается, что для движения транспортного средства необходима механическая энергия. Для ее получения более ста лет назад был впервые изобретен двигатель внутреннего сгорания, который от сгорания топлива преобразует получаемую энергию в механическую. В конечном итоге она и движет автомобилем.

Благодаря топливной системе двигатель внутреннего сгорания сжигает бензин или дизельное топливо, получая в последствии после его воспламенения окончательную энергию, которая и передается далее на колеса.

Паровые транспортные средства и паровой двигатель

Первый в мире паровой двигатель был изобретен Дени Папеном в далеком 1690 году (17 век). Этот силовой агрегат в то время оснащался всего одним цилиндром с поршнем. Этот поршень поднимал пар. Опускался он под действием атмосферного давления после сгущения отработанного пара.

В итоге сама энергия пара преобразовывалась в механическую энергию.

Но основную революцию в паровых двигателях совершил Джеймс Уатт, который создал усовершенствованный паровой двигатель с изолированной камерой. К сожалению, тогда создать полноценную машину Уатту не удалось, связано это было с нехваткой денежных средств.

К сожалению вес повозки был очень огромен, что делало ее практически не управляемой. Во время испытаний повозки конструкторы поняли следующее, что данная повозка очень опасна и частенько приводит к авариям. В конечном итоге данный проект прекратил свое существование.

В России первая паровая машина была создана в 1763 году, изобрел ее И. И. Ползунов. Машина использовалась для воздуходувных мехов на Барнаульских заводах. Далее разработки паровых машин продолжил всем известный и знаменитый изобретатель Иван Кулибин, который в свое время построил немало паровых машин.

Использование паровых двигателей продолжалось до начала 20 века.

Главный минус паровых двигателей- это их коэффициент полезного действия и, чтобы его увеличить требовалось усложнения самой конструкции парового двигателя, что непременно приводило к увеличению его веса. В конечном итоге такое транспортное средство становилось на много тяжелее, что напрямую влияло на мощность двигателя и динамичность данного транспорта.

В итоге инженеры были вынуждены усложнить саму конструкцию для прибавки паровым двигателям недостающего КПД, что в свою очередь тоже приводило к увеличению массы самой конструкции. В общем, как говорили инженеры, это был замкнутый круг который подтверждал, что паровой двигатель был не совершенен и в будущем это был просто тупик.

Таким образом, в начале 20 века паровые машины стали постепенно исчезать и на их смену пришли транспортное средства с двигателями внутреннего сгорания, которые работали уже на бензине.

Автомобили с двигателями внутреннего сгорания

В 1863 году Николаус Аугуст Отто создал двухтактный атмосферный двигатель внутреннего сгорания. Этот двигатель имел КПД в районе 15 процентов. Зажигание осуществлялось открытым пламенем.

А уже в 1886 году Карл Бенц создал первый в мире автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который в своей конструкции основывался на моторе созданном Аугуста Отто. Это был первый в мире автомобиль работающий на бензине.

В 1899 году Людвиг Нобель на заводе носящем его имя построил в России первый в мире дизельный автомобиль, который работал на дизельном топливе.

Именно с тех самых пор двигатель внутреннего сгорания работающий на жидком топливе стал основным мотором для всей мировой автопромышленности, и таковым он остается по сей день.

Электроавтомобили

Самое удивительное друзья здесь то, что сами электрические автомобили пришли в наш мир почти на 50 лет раньше появления того же автотранспорта, который оснащался двигателями внутреннего сгорания.

Примечательно здесь и другое, что в начале того же 20 века эти электрические транспортные средства пользовались невероятной популярностью и заметно выигрывали у автомобилей с бензиновыми или дизельными силовыми агрегатами.

Ведь в отличие от тех же бензиновых или дизельных машин электрические автомобили были фактически бесшумными, а это позволяло водителю и его пассажирам получать высший комфорт во время поездки.

К большому сожалению все эти плюсы первых электрических машин перечеркивались одним главным минусом, у них был очень маленький запас хода.

Напомним нашим уважаемым читателям, что самый первый электроавтомобиль появился на планете в 1841 году, который имел совсем маленький запас хода на одном заряженном аккумуляторе (примерно 20 км).

К нашему сожалению, более чем за 50 лет после изобретения злектродвигателя инженеры так и не придумали, как можно увеличить запас хода электроавтомобилей. Например, к 1920 году такой запас хода электромобилей составлял в среднем всего 50 километров.

Кроме того существовали еще и сложности с подзарядкой самих батарей в обычных условиях. В конечном итоге к 1930 году и постепенно автомобили с двигателями внутреннего сгорания фактически и практически уничтожили все электрические автотранспортные средства. Этому безусловно способствовало само развитие бензиновых и дизельных двигателей, а также дешевая стоимость топлива и развитие инфраструктуры сетей АЗС по всему миру.

Но недавно автопромышленность снова вспомнила об этой технологии (об электричестве) и начала бурное развитие электротранспорта, который возможно в скоре или в ближайшем будущем спустя более чем 100 лет, претендует опять на роль стать основным видом транспорта на нашей планете.

Но настоящий прорыв в этом сегодня осуществила компания «Тесла», которая создала первый в мире серийный легковой автомобиль (Tesla Model S) у которого большой запас хода. Правда для этого был создан достаточно большой и тяжелый аккумулятор, который к тому-же очень долго заряжается. Но благодаря этому инженерам компании удалось увеличить запас хода автомобиля до 400 километров.

К большому сожалению, быстрее зарядить такую огромную аккумуляторную батарею электроавтомобиля в настоящий момент не представляется возможным (еще невозможно). Ведь для этого необходимо очень мощное зарядное устройство, которого в мире пока не существует. Но сами технологии продолжают по-прежнему развиваться достаточно быстрыми темпами и возможно совсем скоро нас ожидает прорыв в данной области сохранения электрической энергии. В этом случае можно заранее спрогнозировать, что рост популярности электрокаров будет ошеломляющим.

Атомный автомобиль Ford Nucleon

Да, да друзья, не удивляйтесь, в истории человечества был и такой амбициозный проект.

В 1958 году Американская компания «Форд» разработала концепт-кар с реальным ядерным реактором. Ожидалось, что на одном заряде с радиоактивными веществами данная машина могла бы проехать (должна была проехать) до 8000 километров.

В качестве топлива для нагрева парогенератора планировалось использовать деление урана, который бы преобразовывал нагретую воду в пар. Затем этот пар под давлением поступал бы в турбины, которые бы и вращали сам привод автомобиля.

К сожалению этот амбициозный проект так и остался футуристической концепцией и вряд ли когда-либо вернется в наш автомир.

Самобеглое транспортное средство передвижения

В 1752 году в Санкт-Петербурге Леонтий Шамшуренков представил собравшейся публике самоходную коляску, которая двигалась за счет вращения педалей. Его транспортное средство оснащалось ножными педалями, которые по цепному приводу и вращали колеса самобеглого транспортного средства.

Благодаря простой конструкции сила, затрачиваемая на вращение педалей, увеличивается и колеса техники получают достаточную энергию для развития не так уж и маленькой скорости.

Удивительно, но подобные транспортные средства до сегодняшних дней выпускаются автопромышленностью. В мире даже существуют различные соревнования, которые проводятся как-раз на подобных самобеглых автомобилях. Пример тому, недавний мировой рекорд скорости на самобеглом транспортном средстве (чуть более 130 км/час).

Водородные автомобили

Что такое водородные автомобили? Отвечаем. Это транспортные средства, в которых в качестве топлива используется водород.

Первый двигатель внутреннего сгорания работающий на водородном топливе был создан Франсуа Исаак де Риваз в 1806 году.

К сожалению использование водородного топлива в качестве альтернативы тому-же бензину не очень-то эффективно. Дело вот в чем. Водород достаточно быстро выводит внутренние части двигателя из строя, он вступает с компонентами двигателя во взаимодействие и повреждает детали силового агрегата за короткий срок. И второе, из-за летучести водорода данное топливо может проникнуть и в выпускную систему двигателя, что неминуемо приведет к его возгоранию.

Так что от использования водорода в качестве альтернативы бензину и дизельному топливу мировой автопромышленности пришлось отказаться. Но совсем недавно все изменилось…

В современном мире это водородное топливо начало применяться в качестве источника энергии для питания электрических батарей. В итоге это позволило автопроизводителям начать разрабатывать электрические автомобили, которые работают от тяги электромотора. Мы уже не раз писали о водородных автомобилях БМВ и Тойота, которые возможно в будущем приобретут свою популярность по всему миру.

Газовые автомобили с газотурбинными двигателями

В середине 20 века некоторые автомобильные компании занимались разработками газотурбинных двигателей. Что это за силовые агрегаты? Отвечаем.

Смысл работы газотурбинных двигателей заключается в следующем, а именно, в использовании энергии нагретого газа который сжимается под давлением. В конечном итоге это давление и начинает вращать лопасти турбины. Именно здесь энергия давления газа преобразуется в механическую энергию, что в свою очередь и помогает (может) двигать любое транспортное средство.

Самое удивительное здесь то, что транспортные средства, оснащенные газотурбинными двигателями могут в принципе и фактически работать на любом виде сгораемого топлива. Главное, чтобы при сгорании этого топлива образовывался газ.

К нашему сожалению по каким-то определенным причинам не многие автопроизводители вели разработки в этой области. В итоге мы видим, что в настоящий момент этот вид двигателей совсем не применяется на современных автомобилях. И это не смотря на то, что газотурбинные двигатели имеют достаточно большую мощность по сравнению с традиционными современными силовыми агрегатами внутреннего сгорания.

Автомобили, работающие на сжатом воздухе

Как правило, в автомобилях со сжатым воздухом используются баллоны, в которые закачивается под давлением воздух. Затем этот воздух под большим давлением подается на пневмомотор, который и начинает передавать крутящий момент конкретно на колеса.

В настоящий момент эти пневмодвигатели фактически не применяются в автопромышленности. Но тем не менее, они все-равно используются в других сферах промышленности. Например, такими пневмодвигателями оснащаются различные гидравлические системы, где требуется большая сила сжатия при относительно малом ходе перемещения гидравлики.

Интересно бы было узнать, есть ли у этой технологии шансы в автопромышленности? Конечно же есть. Возможно в будущем автомобильные компании начнут массово применять пневматические баллоны и такие же пневмодвигатели. Правда возможно это будет не в чистом виде, а в качестве каких-то гибридных систем, которые будут например работать в паре с обычными двигателями внутреннего сгорания или с электромоторами. Все может быть в скором будущем.

Вот например, недавно, компания «Peugeot» объявила вовсеуслышание о том, что она создала первую в мире гибридную систему, которая использует у себя двигатель внутреннего сгорания в паре с пневмодвигателем, который работает на сжатом воздухе.

По словам самих инженеров эта конструкция помогает обычному двигателю передавать крутящий момент на коробку передач, и все это за счет использования энергии сжатого воздуха.

В принципе технология этого гибрида та же, что применяется и используется при гибридах,- «двигатель-электромотор», только вместо электричества в автомобиле используется энергия сжатого воздуха. Все просто.

Автомобили с роторными двигателями

В конце 1950-х годов Вальтер Фройде и Феликс Ванкель разработали надежную схему роторного двигателя. В отличие от двигателя внутреннего сгорания роторный двигатель использует у себя вместо поршней обычный ротор, который совершает вращательные движения.

В итоге от вращения вала, получаемая энергия от сгорающего топлива начинает превращаться в обычную механическую знергию. Благодаря применению ротора, который просто сам по-себе вращается, конструкция такого роторного мотора намного проще самого двигателя внутреннего сгорания, где для возвратно-поступательных движений поршней необходима сложная система кривошипно-шатунного механизма.

Стоит сразу здесь отметить, что роторные моторы при одинаковом объеме с двигателями внутреннего сгорания значительнее мощнее, а также они имеют большой диапазон оборотов силового агрегата. Главный минус роторного двигателя, это его экологичность, которую очень тяжело улучшить без существенного повышения себестоимости производства данного силового агрегата.

Последняя модель Мазды с роторным двигателем: модель RX-8

Кроме того, роторные двигатели менее ремонтопригодны, если их сравнивать с двигателями внутреннего сгорания, а еще они требуют больших затрат на свой ремонт, если таковой возможен.

Именно это и стало первопричиной полного фактически исчезновения роторных моторов из автопромышленности.

Прогноз: Будущее автомобильного мира

Давайте друзья подведем итог. Как мы с вами видим, во всей автопромышленности за более чем 100 летнюю ее историю было придумано много различных технологий для создания автомобилей. Но к сожалению все эти транспортные средства, что были созданы до сегодняшних дней, совсем не идеальны, как по своей конструкции, так и в том-же экологическом плане.

Таким образом друзья готовьтесь, нас ждет удивительное будущее, которое не могли себе представить даже самые смелые футурологи в мире и фантасты.

Источник

Электромобиль — не панацея: как изменится рынок топлива в будущем

Об эксперте: Никита Касьяненко, сооснователь «Лаборатории умного вождения».

Топливный плюрализм

В середине 2010-х годов многие страны официально заявили — будущее за электромобилями. Они обещали сократить объемы производства машин с двигателями внутреннего сгорания (ДВС), предлагали льготы владельцам электрокаров и даже вводили ограничения на использование бензиновых и дизельных авто на отдельных улицах. Впрочем, большинство планов будут реализованы не раньше 2025 года. А пока автомобильная отрасль хоть и меняется, но не так стремительно, как прогнозировал Илон Маск и другие сторонники авто на электротяге.

Данные за первый квартал 2020 года показывают, что в большинстве стран Европы до сих пор преобладают автомобили на бензине и дизеле. Исключение — Норвегия, в которой доля электрокаров от общего числа новых машин уже превышает 50%. Альтернативные виды топлива в ЕС пока редкость — они занимают всего 1,9% рынка. При этом популярность автомобилей на газе и этаноле упала с апреля по июнь на 50%.

В российском топливном рейтинге также пока лидируют бензин и дизель: по данным «Автостата», менее 6% автовладельцев пользуется пропаном и метаном, а также другими видами топлива — в эту категорию попадают и электрокары.

А вот в Латинской Америке альтернативное топливо пользуется большим спросом. Например, в Бразилии машины на этаноле не уступают по популярности бензиновым авто. Интересно, что ставку на биотопливо из сахарного тростника государство сделало еще в 1970-е годы, впоследствии госпрограмму постоянно корректировали, учитывая колебания цен на бензин. Если он дешевел, цены на этанол тоже снижались. Также в 1990-е власти поддержали развитие FlexFuel-автомобилей, которые можно заправлять как смесью бензина и этанола, так и чистым бензином.

Пример Бразилии показывает — вектор развития топливного рынка можно менять, но для этого недостаточно одной госпрограммы или однократного введения льгот. Это подтверждают кейсы других стран, которые запускали инициативы в поддержку электрокаров, но со временем сворачивали проекты или ограничивали их применение.

Так, в конце 2019 года Tesla достигла порога в 200 тыс. проданных электромобилей на рынке США — после достижения этого лимита покупатели больше не могли получать налоговые бонусы. Льготные периоды подходят к концу и в других странах: например, в Китае размер субсидий на покупку электрокаров сокращается с каждым годом. В 2020 году он уменьшится на 10%, а в 2022 году — уже на треть.

На тенденции в отдельных странах влияют не только инициативы правительства, но также доступность природных ресурсов, развитие инфраструктуры (наличие АЗС и станций подзарядки) и общий уровень благосостояния жителей. Из-за этой комбинации факторов сложно прогнозировать, какой вид топлива станет пользоваться наибольшим спросом в будущем — скорее всего, картина будет не однородной.

Часть развитых стран перейдет на электромобили, часть сделает ставку на биотопливо, но многие продолжат пользоваться автомобилями с ДВС на бензине и дизеле, которые станут более экологичными. Но задача у всех общая — сократить количество выбросов CO₂ и замедлить темпы глобального потепления. Разберемся, какие виды топлива укрепят свои позиции в будущем и почему электрокары — это не панацея.

Электрокары и гибриды: светлое будущее или скрытая угроза?

По прогнозам компании BloombergNEF (BNEF), к 2040 году доля электрокаров от числа проданных авто составит 58%. При этом автомобили на электротяге составят лишь треть от общего количества машин на дорогах в мире. На процесс влияет сразу несколько факторов:

Другие исследования показывают, что в среднем при производстве бензинового авто генерируются выбросы, равнозначные 5,6 т CO₂. В случае с электрокаром показатель уже составляет 8,8 т — и половина вырабатывается в процессе производства аккумуляторов. Решить проблему могут новые технологии, которые минимизируют углеродный след и позволят выпускать более долговечные батареи с использованием экологичных материалов.

Но в регионах, в которых возобновляемые источники энергии пока не распространены, EV вряд ли получат широкое распространение в ближайшие годы. Это касается России и ряда других стран, например, Мексики, Японии и Австралии.

Биотопливо: отходы и водоросли

Этанол, FlexFuel, биодизель и биогаз, — все эти технологии уже позволяют получать эффективную альтернативу бензину, используя растительные компоненты, сельскохозяйственные отходы и даже отходы жизнедеятельности человека. Экологичность — главное преимущество биотоплива. Растения, которые используются для получения необходимых веществ, поглощают CO₂, нейтрализуя тем самым углеродный след.

Еще один плюс биотоплива — это наличие готовой инфраструктуры. Заправиться «водорослевым дизелем» в теории можно на обычной АЗС — для этого не требуется специальное оборудование.

Проблема заключается и в автомобилях — не каждому транспортному средству подходит такой вид топлива. Например, популярный биоэтанол E85 (смесь спирта и бензина) при сравнимых объемах приводит к большему расходу топлива, чем чистый бензин.

Популярность биотоплива в будущем зависит от появления новых производственных технологий. Так, в Дании тестируют автомобили на бензине с добавлением водорослей. Пока растительный компонент составляет всего 10%, но ученые надеются увеличить его долю. Водоросли, в отличие от сахарного тростника, не требуют земельных ресурсов, их не нужно удобрять и обрабатывать от вредителей, поэтому они наносят меньший вред окружающей среде. Пока использование водорослевого топлива экономически не целесообразно, но если исследователям удастся оптимизировать технологию, у нее есть шансы на успех.

Водород: неоправданные надежды

Еще десять лет назад водородные автомобили ставили в один ряд с перспективными электрокарами, но технология не оправдала ожиданий. Машины с топливными элементами все еще обходятся слишком дорого, а в большинстве стран нет заправочной инфраструктуры. Недавний провал компании Nikola Motors, обещавшей выпустить партию водородных грузовиков и построить сеть заправочных станций по всей Америке, только усилил разочарование в технологии.

Самый крупный рынок водородных авто — это как раз США, хотя с 2012 года в стране было продано всего 8 тыс. машин с топливными элементами. Водить автомобиль на водороде можно только в Калифорнии, где сосредоточено больше всего заправочных станций. И даже несмотря на умеренный спрос, в штате периодически возникает дефицит водорода, и автовладельцы не могут заправить автомобили.

С точки зрения экологичности водородные автомобили тоже вызывают вопросы: по большинству параметров они проигрывают электрокарам, хотя стоят на порядок дороже. Всего на рынке доступно три модели авто на водороде, и отсутствие разнообразия тоже не идет на пользу отрасли. Многие автопроизводители сворачивают разработки — например, Mercedes-Benz, потратив 30 лет на исследования, решила не выпускать пассажирские автомобили на топливных элементах, поскольку их производство обходится в два раза дороже электрокаров.

Перспективы водорода на топливном рынке пока оставляют желать лучшего. Многое опять же зависит от технологий производства — использование инновационных методов, например, электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, могло бы заинтересовать крупных игроков. Но пока рынок стоит на месте, а автовладельцы задумываются о покупке водородного авто в последнюю очередь. Впрочем, топливные элементы могут пригодиться в других сферах — например, при производстве мусоровозов или паромов.

Газ, бензин и дизель: умное управление топливом

Классические виды топлива в будущем вряд ли полностью исчезнут — по крайней мере в России. Но со временем они станут более экологичными и энергоэффективными. На рынке уже распространены гибриды, например, range-extenders — электрокары со встроенным ДВС, который продлевает запас хода, если батарея садится. Вероятно, именно такие гибридные модели выйдут на передний план в будущем.

Развитие подключенных автомобилей и телематики также позволит сократить расход топлива и более эффективно отслеживать его потребление. Современные системы уже помогают мониторить топливную статистику, а в будущем они смогут оптимизировать затраты ресурсов.

Исследования показывают, что умный мониторинг поведения водителя с последующей аналитикой может сократить количество выбросов на 5-20%. В первую очередь, добиться этого помогают системы, которые препятствуют внезапному торможению. Водитель делает меньше резких маневров — расходуется меньше топлива.

Еще один вспомогательный инструмент — продвинутая система навигации, которая подбирает не только самый короткий, но и наименее «энергозатратный» маршрут, а также помогает быстрее находить свободные парковочные места.

Подключенные системы оптимизируют работу не только легкового, но и грузового транспорта. Например, грузовые «конвои» способны на треть сократить затраты топлива. Использование машинного обучения и нейросетей в будущем еще больше упростит задачу — полуавтономные системы будут работать в фоновом режиме, минимизируя расход бензина или дизеля.

Развитие беспилотного транспорта и каршеринга, вероятно, тоже приведет к сокращению потребления топлива — машины будут меньше простаивать на стоянках и использоваться более эффективно.

Автомобильный сектор в силу своей специфики достаточно консервативен — автопроизводитель не может за пару месяцев переформатировать конвейер на заводе или перенастроить цепочку поставок. Поэтому переход на новые виды топлива займет больше времени, чем полагают аналитики. Цифровые решения, например, системы умного мониторинга, внедрить намного проще — это не требует так много времени и ресурсов. Поэтому топливная революция начнется с аналитики и развития подключенных систем, а не с футуристичных топливных элементов или биодизеля на основе водорослей.

Подписывайтесь также на Telegram-канал РБК Тренды и будьте в курсе актуальных тенденций и прогнозов о будущем технологий, эко-номики, образования и инноваций.

Источник