Джон Бентли – Автоутопия. Будущее машин (страница 9)

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 переход от дизеля к бензину, это давление лишь увеличивается. В странах Европейского союза установлено ограничение содержания углекислого газа – 66 г/км. Соответствовать ему становится все тяжелее. В Китае и США лимиты тоже становятся строже. В США в Калифорнии и восьми других штатах действует мандат с нулевым уровнем выбросов: производители должны выпускать определенное количество экологически чистых транспортных средств. Если кратко, то сегодня невозможно игнорировать выбросы углекислого газа, если хочешь всерьез заниматься производством и продажей машин.

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 у меня не было подписки. Что хуже, их было не так много, чтобы оставить машину заряжаться на ночь и не переживать, нарушил ты новый этикет по пользованию станциями или нет. Придут ли владельцы электромобилей в ярость, заметив, что кто-то ее узурпировал? И вот после тяжелого дня я подъезжаю к отелю, ставлю машину на зарядку и… Вот незадача! Я не могу пропустить пару бокальчиков в баре, потому что через час мне придется перегонять машину на парковочное место, освободив станцию для других. Дело здесь не только в воспитании, ведь придется доставать кошелек. Tesla угрожает штрафами за простой: если оставить автомобиль подключенным к «заправке» после того, как аккумулятор полностью зарядился, то за каждую минуту нужно будет заплатить по 70 пенсов[3].

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.

Суперконденсаторы (ионисторы) могут накапливать и отдавать энергию очень быстро. И в отличие от аккумуляторов для них не существует теоретических ограничений по количеству сохраненной энергии на заданный вес. Проблема в том, что их удельная энергоемкость на данном этапе никуда не годится: она составляет четверть от показателей литий-ионных батарей. Но научные открытия не за горами. Британская компания Super Dielectrics Ltd совместно с университетом Суррея и Бристольским университетом исследует возможности использования полимеров вроде тех, что встречаются в одноразовых контактных линзах, для создания суперконденсаторов следующего поколения. Они должны догнать или даже перегнать существующие аккумуляторы по удельной энергоемкости. Графен, вокруг которого много шума, благодаря обширной поверхности также имеет потенциал для формирования структуры будущего суперконденсатора, который изменит отрасль.