Его наилегчайшее высочество

Водород, сыгравший заглавную роль в трагедии о подъеме и падении дирижаблей, вновь стал объектом внимания специалистов-транспортников.

В ходе проведенных фирмой "Дженерал моторс" сравнительных испытаний 63 экспериментальных автомобилей, работающих на всевозможных видах топлива, первое место занял водородный "Фольксваген". Его выпускные газы оказались менее вредными, чем всасываемый двигателем воздух. В этой короткой заметке из "Попьюлар сайенс" (США) отмечается одно из важнейших достоинств водорода как перспективного топлива будущего - экологическая чистота. Ресурсы водорода в природе практически неограничены, процесс сгорания характеризуется высоким экологическим и энергетическим совершенством. Основной продукт сгорания водорода - водяной пар - спустя короткое время в виде атмосферных осадков возвратится в реки, озера и моря, завершая круговой цикл энергопотребления.

Широкому использованию водорода в топливных системах современных транспортных средств (в том числе автомобилей) препятствует ряд все еще не решенных до конца вопросов: прежде всего плотность газообразного водорода, обусловливающая трудности его применения в сжатом виде (велика масса баллонов для его хранения). При использовании жидкого водорода необходимо устанавливать дорогостоящие и сложные криогенные резервуары и специальную термоизоляцию. Перспективно аккумулировать этот легчайший газ в состав некоторых металлогидридов. Водород выделяется при подогревании гидридов горячей жидкостью из системы охлаждения или непосредственно выпускными газами. Зарядку гидридного аккумулятора можно производить несколько тысяч раз без каких-либо изменений в его энергоемкости.

В нашей стране работы по эффективному использованию водорода в качестве топлива для двигателей раз личных транспортных средств можно условно разделить на два этапа. На первом этапе из-за ряда серьезных технических трудностей, возникающих при применении чистого водорода в топливных системах, были проделаны шаги по пути создания двигателя, работающего на смеси бензина и водорода. Уже первые результаты оказались обнадеживающими: добавка даже небольшого количества водорода к обычному топливу активизировала процесс сгорания в цилиндрах двигателей. Благодаря ему доля вредных примесей в выпускных газах резко снизилась.

Когда экспериментальная "Волга" с модернизированной топливной системой работала на топливной смеси из 3% водорода и 97% бензина, в выпускных газах количество окиси углерода уменьшилось в 5 раз, углеводорода -в 4 раза по сравнению с предельными нормами, допускаемыми стандартами. Окиси азота в выпускных газах вовсе не было. Неоспоримое достоинство этой экспериментальной топливной системы в том, что при отсутствии водорода двигатель может работать на одном бензине. Вследствие высокой теплотворной способности (теплоты сгорания водорода) и активизации процесса сгорания топлива существенно сокращается расход бензина: если обычная "Волга" на 100 км пробега расходует 10 л бензина, то экспериментальная - лишь 6.

"Всеядность" современных карбюраторных двигателей позволяет по мере надобности комбинировать топливо: использовать то бензин, то водород.

Например, в условиях напряженного внутригородского движения, когда двигатель работает в нестационарном режиме, целесообразно использовать полностью сгорающий водород; за пределами же городской черты - привычный бензин.

И все же, по мнению академика В. Легасова, водород следует использовать полностью наиболее продуктивно. В электрохимических генераторах (ЭХГ), установленных на отечественных опытных автомобилях, к. п. д. при использовании водорода близок к 80%. Какие перспективы открывает техника, потребляющая с такой высокой отдачей топливо, теплота сгорания которого втрое выше, чем у бензина? В этом суть второго этапа. Пока еще не пришло время говорить о повсеместном использовании ЭХГ; он стоит от 10 тыс. до 30 тыс. руб. Однако в условиях массового производства стоимость одно изделия снизится в 5 - 6 раз.

Сегодня на дорогах Швейцарии появились грузовики, оборудованные химическим реактором, вырабатывающим водородное топливо для двигателей. В этих грузовиках компактные реакторы обеспечивают достаточную площадь для размещения полезного груза. Как правило, наряду с очевидными достоинствами водородных двигателей высокая стоимость энергоносителей все еще сдерживает повсеместную замену бензина водородом. Комплексные исследования, проведенные в Англии и Швейцарии в 70-х годах, позволили сделать вывод, что иметь на автомобиле химический реактор для производства водорода гораздо выгоднее, чем возить это топливо в специальных баллонах.

В настоящее время создан реактор на 50 л, который установлен на автомобиле "Саурер", оборудованном 6-цилиндровым дизелем. Водород в реакторе выделяется как продукт ускоренного крекинга некоторых нефтеподобных жидкостей (например, метилциклогексаиа) при температуре 400° С, находящихся в контакте с катализатором из благородного металла. Производительность реактора 9 кг водорода за 1 ч, двигатель развивает мощность примерно 100 кВт.

В процессе реакции метилциклогексан превращается в толуол. В связи с этим при создании парка автомобилей с двигателями на водородном топливе следует учитывать необходимость организации сети своеобразных "газовых станций", на которых осуществляется обратное превращение толуола в метилциклогексан. Специалисты утверждают, что цикл превращения "метилциклогексан - толуол - водород" является технически отработанным процессом, а система, использующая этот цикл, практически безотходна.

Большое внимание заслуживают работы по водородным двигателям, проводимые в Японии. В 1986 г. патентное бюро США выдало японскому изобретателю Ватанабе патент на автомобиль, двигатель которого работает на водороде. По мнению самого изобретателя, автомобиль - далеко не единственная сфера применил двигателей нового типа. Ими (после небольшой модернизации) успешно оснащают локомотивы, самолеты, суда различного назначения. Так, автомобиль, на котором установлен ротор-но-поршневой двигатель с рабочим объемом 1,2 л, убедительно доказал, что его характеристики не ухудшались в связи с переходом на водородное топливо. После установки выхлопной трубы увеличенного диаметра он развил скорость 210 км/ч. При оснащении автомобиля двигателем Ватанабе и специальной емкостью для хранения водорода вместимостью 70 м3 можно без заправки двигателя совершить пробег не менее 200 км. Заправка же занимает всего 10 мин.

По существу, новый двигатель представляет собой гиб рид двигателя внутреннего сгорания и парового двигателя. В камеру сгорания во время такта сжатия непосредственно поступают газообразный водород и водяная пыль, которые перемешиваются в камере со сжатым горячим воздухом. В этих условиях вода мгновенно превращается в пар. Порции воды, буквально взрываясь, увеличивают свой объем в 1700 раз, давление повышается. Этого вполне достаточно для обеспечения работы двигателя - как парового, так и дизельного. В системах топливоподачи таких двигателей водород следует хранить в связанном состоянии, в металлогидриде, чтобы повысить безопасность пассажиров, исключить возможность взрыва при дорожно-транспортном происшествии или случайно возникшем пожаре. Первые опыты показывают, что на газообразный водород без особых трудностей может быть переведено большинство стандартных двигателей внутреннего сгорания.

В США и Канаде, например, где хорошо освоено промышленное производство водорода, цена 1 м3 водорода, по мнению специалистов, в ближайшие годы не будет превышать одну восьмую цента, т. е. эквивалент галлона бензина (3,76 л) составил бы по стоимости всего 2 цента. Выгоды от использования водородных двигателей на транспорте сегодня не вызывают сомнений даже у закоренелых скептиков, у этого вида топлива большое транспортное будущее.