Автоутопия. Будущее машин
Шрифт:
Дизельные двигатели тоже загрязняли среду гораздо больше, чем предполагалось. Нестрогое проведение испытаний, подтасовка результатов проверки выхлопов автомобилей и нечестность производителей в 2015 году вылились в скандал вокруг Volkswagen – «Дизельгейт». Это, а также данные о загрязнении атмосферы, угрозы штрафов и судебных исков побудили политиков по всему миру объявить о создании зон с низким уровнем выбросов. Помимо этого, они ввели запреты на многие автомобили с дизельными двигателями. Власти Мадрида, Парижа, Афин и Мехико объявили, что они полностью запретят дизель к 2025 году, а во многих городах Германии уже действует запрет на использование старых дизельных двигателей, которые больше загрязняют окружающую среду.
Угроза глобального потепления означает, что давление на отрасль никуда не исчезнет. Если учесть
Идея о вреде двигателей внутреннего сгорания распространилась среди политиков так же быстро, как и лесные пожары в засушливое время. Норвегия объявила о планах запретить продажу автомобилей с ДВС к 2025 году, Великобритания и Франция – к 2040 году. Такие планы могут показаться нереалистичными, но это не так. На нашу планету ежедневно поступает огромное количество энергии (даже учитывая солнечные затмения). Нужно научиться ее собирать, хранить и конвертировать таким образом, чтобы ничего не загрязнять. Уже давно существуют альтернативы всем привычным источникам энергии. Но они проигрывали в борьбе с двигателем внутреннего сгорания из-за его дешевизны. Вопрос в том, готова ли замена выйти на сцену.
Мечты об электричестве (и связанные с ним ужасы)
Самый очевидный путь к спасению – последовать примеру Маска. Вскоре появилось самонадеянное предположение, что в будущем машины будут питаться только от аккумуляторов. Правительство фактически сказало производителям автомобилей: если у Tesla получилось, почему бы не попробовать и вам? После чего на отрасль опустился дух маркетингового евангелизма, который присущ выходу в продажу новой продукции Apple.
Руководитель компании Equipmake Ян Фоули, специализирующийся на разработке и изготовлении электродвигателей высокой производительности, заметил следующее: «Если взглянуть на работу, которую проделал Маск, то станет ясно, что подвинуть его с текущих позиций будет сложно, ведь он в одиночку перевернул отрасль. Поначалу я относился к нему скептически. Наверное, поворотным моментом стала его презентация Model 3, после которой в течение недели он заработал 300 миллионов долларов на депозитах, хотя машину еще никто не видел. Именно это поразило представителей автомобильной отрасли и заставило их сказать: „Боже мой, нужно что-то предпринять“».
Но и здесь есть проблемы, которые необходимо преодолеть. Это все те же недостатки, которые и прежде снижали привлекательность электромобилей: ограниченное время поездки, медленная зарядка, большой вес и высокая стоимость.
Электромобили дороже тех, что ездят на обычном топливе, но при этом не могут похвастаться такой же полезностью. В 2018 году я около недели пользовался машиной Nissan Leaf, отдававшей 40 кВт ч. Когда пришла пора возвращать автомобиль, я прозвал его Nissan Stress из-за всего, что мне пришлось пережить. Я не мог добраться туда, куда нужно, сохраняя спокойствие. Мне требовалась заметно большая дальность поездки и, что важнее, более быстрая зарядка. На скорости, обычной для трассы, я мог проехать километров 170, но никак не заявленные 240. (И почему только производители автомобилей постоянно указывают данные, отличающиеся от реальности?) При самой высокой скорости зарядки из доступных (50 кВт • ч) машина заряжалась около часа, при этом на 80 % уходило 40 минут. Не все так плохо, но как бы то ни было, длинная поездка превращается в испытание. Домашняя зарядная станция для электромобиля переносит автовладельца на новый уровень медлительности. На полную зарядку потребовалось 7 часов! Если говорить о задержках на транспорте, то это хуже, чем самая долгая проверка на безопасность в аэропорту и самый медленный компенсационный автобус вместе взятые.
Зачастую зарядные станции вдоль шоссе были сломаны или относились к той сети, на которую
3
Данные актуальны для Великобритании на момент написания книги.
Аккумуляторы – главные виновники всех недостатков.
Ограничения лития
Обычно аккумулятор в автомобиле представляет собой собрание сотен или тысяч отдельных ячеек, которые напоминают огромную упаковку пальчиковых батареек из ближайшего супермаркета. Вместе они способны обеспечить электромобиль из премиум-сегмента аккумулятором, способным отдать нагрузку в 90 кВт ч. Этого достаточно, чтобы проехать более 300 километров по шоссе. Для такой же поездки на автомобиле с двигателем внутреннего сгорания потребуется 22 литра дизеля или 25 литров бензина. Но дизельное топливо такого объема весит 4,25 килограмма, и этот показатель только уменьшается, а аккумулятор весит целых 700 килограммов – это чуть меньше, чем Volkswagen Golf Mk1. Поэтому скорее всего электромобиль будет по меньшей мере на 20 % тяжелее машины на бензине. Чем больше дальность поездки, тем крупнее аккумулятор и заметнее разница, а вместе с тем и потребность в дополнительной энергии, чтобы привести транспортное средство в движение.
В ближайшее время значительных изменений не предвидится. Ионы лития привели к большому прорыву в области аккумуляторов, но сейчас они продвинулись гораздо дальше по пути развития. В теории можно рассчитать удельную энергоемкость идеального литий-ионного аккумулятора, если принять во внимание электрохимические характеристики элементов. Она в два раза превосходит лучшие современные аккумуляторы. Но достичь ее можно только в том случае, если она на 100 % эффективна, а вес блока аккумуляторов равен нулю – ни того, ни другого добиться невозможно.
Зарядиться по максимуму
Разработка аккумуляторов нового типа, которые будут заметно отличаться от имеющихся, займет годы. При этом в лабораториях трудится множество ученых в надежде совершить открытие. Наиболее перспективный вариант – твердотельные аккумуляторы, в которых вместо жидкого электролита используется твердый материал. Они появятся не раньше середины или конца 2020-х годов. Их разработкой занимаются в том числе Dyson и Toyota. Такие аккумуляторы должны обладать большей емкостью, быстрее заряжаться, иметь более долгий срок службы, измеряемый в циклах зарядки, а также дать возможность конструкторам подстраивать их форму под корпус автомобиля. Твердый электролит считается более жаростойким и способным работать в широком диапазоне температур.
Литий-воздушные аккумуляторы больше похожи на топливные элементы, чем на батареи. Ожидается, что они будут обладать большей удельной энергоемкостью, а дальность поездки составит тысячи километров. Но экспериментальные модели забивались из-за того, что в воздухе ионы лития соединялись с углекислым газом и водяным паром, что приводило к короткому сроку службы.
Идея создания стеклянного аккумулятора может показаться глупой, но изобретатель литий-ионных батарей Джон Гуденаф, которому уже далеко за 90, относится к ней со всей серьезностью. Гуденаф сообщил, что у него есть образцы, сделанные исключительно из соли и натрия без использования горючего или редко-земельных элементов. Изобретатель заявил, что по сравнению с литий-ионными батареями у новых аккумуляторов в разы выше удельная энергоемкость, долгий срок службы и быстрая зарядка. Другие ученые относятся к этому скептически.