Строительство микробиологической фермы компании Joule в Нью-Мексико. В бетонный лоток на переднем плане будут уложены пластиковые трубы с водой, населенной цианобактериями. У фирмы уже функционирует экспериментальное производство в Техасе — аналогичное, но меньших масштабов
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
Европейские законодатели безжалостно требуют к 2030 году на 40% снизить уровень выбросов CO2. Поэтому автопроизводители уже который год внедряют малолитражные турбомоторы, гибридные трансмиссии, системы «старт-стоп»... В Audi взялись за задачу еще и с другого конца, попытавшись включить процесс производства топлива в круговорот углекислого газа в природе!
Идея такова. Мощные ветрогенераторы вырабатывают экологически чистую электроэнергию — это раз. Ее используют для электролиза воды, добывая водород, — это два. Водород поступает в реактор, где реагирует с углекислым газом, содержащимся в воздухе. Подобная реакция (CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O) известна под названием процесса Сабатье и проходит при температуре около 300°С в присутствии катализаторов на основе никеля, рутения и родия. На выходе получаются вода и синтетический метан, который отправляется в газораспределительную сеть, где используется для отопления домов, выработки электричества на ТЭЦ... и для заправки автомобилей.
В итоге баланс СО2 — нулевой: углекислоту не выбрасывают в атмосферу, сжигая ископаемое топливо, а словно берут у природы взаймы. Гениально?
Опытное производство такого метана на заводе в Верльте (Нижняя Саксония) с четырьмя ветрогенераторами суммарной мощностью шесть мегаватт должно заработать уже в мае 2013 года — и, по расчетам, в год будет вырабатывать 210 тысяч кубометров газа, что обеспечит топливом парк из полутора тысяч Audi A3 при ежегодном пробеге не более 15000 км на каждую машину.
Энергетическая эффективность электролиза (соотношение затраченной электроэнергии к эффективной теплоте сгорания полученного водорода) составляет от 56 до 73%. Коэффициент полезного действия при выработке метана — около 75—85%. Получается, что КПД всей топливной цепочки — примерно 42—62%. Это приемлемо, но выгодно ли экономически?
Самое «узкое» место в этой схеме — производство водорода. Около 58% его себестоимости составляют затраты на электроэнергию, которая недешева: в зависимости от района расположения ветрогенератора в Германии ее себестоимость — от 4 до 8 евроцентов за киловатт-час. На производство одного килограмма водорода уходит никак не менее 50 кВт·ч, то есть примерно 2—4,5 евро. Из килограмма водорода получается восемь килограммов метана — значит, в цену каждого килограмма включается от 0,25 до 0,56 евро на оплату электроэнергии. А ведь этот водород еще нужно переработать в метан...
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
По расчетам специалистов из итальянского национального агентства ENEA, для достижения примерного паритета стоимости синтетического и ископаемого газа (на немецких заправках он стоит 0,9—1,15 евро за килограмм) электричество должно стоить 2,4 евроцента за киловатт-час, то есть почти вдвое дешевле.
Тем не менее в Audi будут пробовать. Газобаллонные «трешки» планируют продавать «в комплекте» с синтетическим топливом: заправить машину «е-газом» можно будет на любой из девятисот заправок в Германии. Вернее, заправитесь вы тем же метаном, что и ваш сосед, поскольку газ с завода в Верльте поступает в общую сеть. Но деньги при этом пойдут «е-газовикам».
Еще один топливный проект Audi: совместно с американской фирмой Joule немцы пытаются получить спирт и дизельное топливо при помощи генно-модифицированных цианобактерий. В природе они поглощают воду и углекислоту и в процессе фотосинтеза перерабатывают их в сахара, крахмал и кислород. А у модифицированных культур на выходе — этанол и кислород либо кислород и насыщенные углеводороды. Мне показали пробирку с алканами, выработанными бактериями, — это прозрачная жидкость со слабым химическим ароматом, напоминающим то ли лак для ногтей, то ли китайскую водку, и ее можно заливать в бак! Правда, для нормальной эксплуатации нужны присадки: без них содержимое пробирки замерзнет уже при +6°С.
Первая микробиологическая «ферма» уже строится, ее запуск запланирован на осень 2014 года. Это площадка с множеством прозрачных пластиковых труб длиной 100 метров, разделенных внутри на отдельные камеры толщиной три сантиметра — для содержания культуры генно-модифицированных бактерий. Разместить такую ферму можно где угодно, главное, чтобы не было недостатка в солнце — например, в пустыне. Сравните: для выращивания кукурузы, свеклы или тростника, из которых вырабатывают этиловый спирт, нужны полноценные сельскохозяйственные земли, отбираемые у пищевых культур. А в Азии и Южной Америке посевные площади получают... вырубкой тропических лесов, которые способствуют сохранению климата гораздо лучше, чем любой биоэтанол! Причем руководитель программы e-fuel Райнер Мангольд уверяет, что если с гектара свекольного поля можно получить до 7000 литров «биодизеля», то ферма с цианобактериями будет выдавать 75 тысяч литров с гектара!
До 2014 года технологам нужно решить две главные проблемы: научиться выделять спирт из водного раствора и синтезировать фермент, который заставит бактерии выбрасывать алканы наружу. Компактная молекула спирта и так проходит сквозь клеточную мембрану, а вот длиннющие молекулы алканов остаются внутри клетки, отчего бактерия гибнет.
Главное отличие обоих проектов — совместимость с уже существующей инфраструктурой: нужно только построить сами заводы по производству топлива — заправки, автомобили и хранилища остаются прежними. Сравните с ситуацией, когда автомобили нужно поменять на электромобили, построить «электрозаправки», как-то обеспечить утилизацию и переработку отслуживших аккумуляторных батарей...
Поездить на газовых Audi A3 TCNG нам так и не дали, но пустили за руль трех других машин — носителей перспективных технологий.
Хэтчбек Audi A7 с бензиновой «шестеркой» 2.8 на ходу ничем не примечателен. Но, догнав попутного тихохода, отпускаешь педаль газа — и мотор глохнет. Оказывается, система «старт-стоп» здесь работает и на ходу: оба сцепления преселективной коробки S tronic размыкаются, двигатель выключается и машина едет накатом. Снова давишь на педаль — стартер-генератор, «висящий» на ремне привода навесного оборудования, запустит двигатель, сцепление замкнется, и ты вновь с тягой. И никаких рывков или вибрации при запуске мотора! По словам инженеров, подобная система позволяет сэкономить до 10% горючего.
В багажнике обычной с виду «шестерки» — батарея суперконденсаторов напряжением 48 В. Они нужны для работы центробежного нагнетателя с электроприводом, помогающего турбокомпрессору поднять отдачу трехлитрового турбодизеля на малых оборотах (вся остальная электрика работает при напряжении 12 В). Никакой турбоямы!
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
Электронаддув — пока опытная технология, как и гибридомобиль Audi A1 e-tron. Этот на ходу похож на... У него под капотом вариатор? Во время бодрого разгона — ни малейших перемен в голосе трехцилиндрового бензинового турбомотора: только нарастающее жужжание электромоторов. Секрет — в схеме трансмиссии. С одной стороны, это электромобиль — передние колеса приводит 85-киловаттный электромотор, питающийся от литий-ионной батареи емкостью 17,4 кВт·ч. Если запас энергии в ней падает, электроника может запустить размещенный под капотом бензиновый двигатель мощностью 130 л.с., который вращает 50-киловаттный генератор (мне машина досталась с сильно разряженными аккумуляторами, так что бензиновый мотор «молотил» почти постоянно). Но есть еще один узел — кулачковая муфта, которая позволяет установить жесткую механическую связь между бензиновым двигателем и колесами через повышающий редуктор: как будто вы постоянно едете на пятой передаче. Режим включается при движении с постоянной высокой скоростью — километров с пятидесяти в час. А значит... правильно, устраняется один из основных недостатков последовательной схемы гибридной трансмиссии — низкий КПД!
Кстати, схожую трансмиссию недавно внедрили в серийное производство на Mitsubishi: гибридный кроссовер Outlander PHEV точно так же имеет сцепление с редуктором для прямого подсоединения бензинового двигателя к передним ведущим колесам на высокой скорости.
Двигатель Audi V6 TDI с электрической системой наддува
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
На ходу гибридная «единичка» производит законченное впечатление, хотя и шумновата. В Audi уже давно ведут ее ходовые испытания, но о перспективах производства — хотя бы мелкосерийного — пока молчок. Кстати, в 2010 году немцы показывали другой концепт-гибрид с таким же названием A1 e-tron, но сделанный по «чисто последовательной» схеме: для подзарядки батарей там использовался размещенный сзади 254-кубовый роторный двигатель, который, само собой, не имел прямой связи с колесами.
Цель всех этих проектов, конечно, благая — борьба с глобальным потеплением. Но, по статистике, выбросы углекислого газа в развитых странах снижаются очень медленно, зато Китай нарастил их так, что переплюнул всю полученную экономию. Россия, кстати, тоже отличилась — лесные пожары 2010 года «нагорели» на 10% всех российских промышленных выбросов. А ведь есть еще «производство» метана крупным рогатым скотом, популяция которого растет вслед за человечеством...
Так что, несмотря на все усилия Audi и других автомобильных компаний, Газпром может добывать природный метан спокойно: масштабная экореволюция откладывается.
Принципиальная схема проекта e-gas
Изображение уменьшено. Щелкните, чтобы увидеть оригинал.
Василий КОСТИН
Фото автора и фирмы Audi
АвтоРевю
