АВТОМОБИЛЬ БУДУЩЕГО И АЛЮМИНИЙ

Доктор технических наук К. КЛИМОВ.

В журнале “Наука и жизнь” № 2 за 1998 год опубликована статья “Алюминий вместо бензина”. В развитие затронутой в ней темы хотелось бы добавить следующее. По мнению экспертов, всех известных на Земле запасов нефти хватит человечеству не более чем на 50 лет. Бензин дорожает, и чем только сегодня не пытаются его заменить. И сжиженным природным газом, и всякого рода синтезированными газами и жидкостями, в частности — спиртом, который гонят из самого разного сырья: от тростника до апельсиновых корок.

“Вид в будущее”. На Международной автомобильной выставке 1997 года во Франкфурте-на-Майне. На стенде фирмы “Ауди” — прототип модели “AL2”, характеризующийся применением алюминиевых сплавов и бензиновым двигателем прямого впрыскивания.
Такой предполагается в следующем веке динамика производства автомобилей с различными источниками энергии.
В одной из лабораторий Института металлургии имени А. А. Байкова РАН получают алюминий из обычной грунтовой глины.

Почти все эти виды топлива менее опасны для окружающей среды, чем бензин, но выхлоп автомобиля все равно не делается безвредным. Впрочем, это невозможно и в принципе: везде, где сгорает топливо, не могут не оставаться хоть какие-то не сгоревшие его компоненты и, кроме того, выделяется много углекислого газа.

Кардинально решить проблему загрязнения атмосферы автотранспортом пока мог бы разве что электромобиль, да и то при определенных условиях. Экологически чистыми должны стать не только эксплуатация источника его энергии, но и изготовление этого источника и даже утилизация отходов. А этим требованиям обычно применяемый в электромобилях аккумулятор не отвечает.

Им, правда, и вообще отвечать весьма сложно. Даже городской электротранспорт (трамвай, троллейбус), потребляющий энергию из контактной электросети, только условно можно считать экологически чистым. Ведь сама электроэнергия вырабатывается в основном на тепловых электростанциях — предприятиях, загрязняющих окружающую среду и дымовыми, и тепловыми выбросами, и шлаковыми отходами. А аккумулятор не только заряжают от той же самой электросети, но и изготавливают при помощи экологически небезвредных технологий. Да и оставляет он после выработки своего ресурса немало весьма токсичных отходов.

И все же в последние годы электромобиль применяется гораздо шире. Благодаря разработкам крупнейших автомобильных фирм мира недостатки аккумулятора — вес, габариты, необходимость частых подзарядок — несколько уменьшились. Недавно, например, германская фирма BMW продемонстрировала новый электромобиль на основе серно-натриевого аккумулятора. Для разгона этой машины с места до скорости 96 км/ч требуется, по утверждению фирмы, всего 20 секунд, максимальная скорость — 130 км/ч, а пробег между подзарядками достигает 270 км. Но массового применения в транспорте такой электромобиль не найдет, поскольку рабочая температура серно-натриевого аккумулятора составляет около 350 градусов Цельсия. И сама эта температура, и необходимость поддерживать ее во время работы аккумулятора при помощи специальных подогревателей делают его взрыво- и пожароопасным.

Куда больший интерес представляет использование энергии топливно-гальванических элементов. Особенно — воздушно-алюминиевых (см. “Наука и жизнь” № 2, 1998 г.), в которых катодом служит пористая угольно-графитовая пластина с поступающим в него кислородом воздуха, анодом — пластина из алюминиевого сплава, а электролитом, к примеру, — водный раствор поваренной соли. Электрический подзаряд такому элементу не нужен, энергию он вырабатывает сам в процессе окисления (электрохимического сжигания) металла, который служит ему “топливом”. Идет это окисление с кпд около 80%, и “сгоревший” при комнатной температуре 1 кг алюминия способен выдать во внешнюю цепь примерно столько энергии, сколько дает 1 кг каменного угля, сгорая на воздухе при очень высокой температуре.

Воздушно-алюминиевые гальванические элементы выпускаются сегодня во многих странах, в том числе и в России, где их образцы уже продаются в коммерческих магазинах. Но особый интерес проявили к этим элементам японцы, производящие их по нескольку десятков миллионов в год и намеренные в скором времени наладить у себя в стране выпуск электромобилей на алюминии.

Достоинств у таких источников электроэнергии много: и простота конструкции, и полная безопасность эксплуатации, и хорошие удельные энергетические характеристики. А недостаток, в основном, один — дороговизна анодного материала, которая определяется главным образом энергоемкостью процесса производства. Недостаток этот должен, однако, со временем уменьшаться, а благодаря последним разработкам Института металлургии имени А. А. Байкова Российской академии наук будет, вполне возможно, и вовсе устранен, и притом в самом ближайшем будущем.

Специалисты института разработали новый и весьма эффективный метод так называемых многокомпонентных химических реакций. В специально подобранной среде, обладающей одновременно ионной и электронной проводимостью, возникают при определенной температуре множественные и равномерно распределенные в объеме реактора микроэлектродные (так их называют) электрохимические реакции. С их помощью можно получать в чистом виде многие из известных элементов, в том числе — металлы, и в частности — алюминий. Это делают уже сегодня, но пока в лабораторных условиях, а в качестве сырья используют обычную грунтовую глину или любое рудное сырье, содержащее глинозем.

Оксид алюминия (основной компонент глинозема) переводят при помощи хлористого кальция в хлорид алюминия и отправляют в реактор. Туда же поступают и пары металлического натрия, который получают нагреванием соды с углем. Таким образом, в реакторе образуется раствор натрия, перемешанный с расплавом алюминия, и создаются условия для одновременного возникновения множественных окислительно-восстановительных реакций. В результате этих реакций и получается жидкий алюминий. Некоторые из таких реакций идут с выделением тепла, что, разумеется, снижает энергоемкость процесса производства. Само же производство оказывается и проще, и дешевле, чем традиционный электролиз, и к тому же гораздо чище экологически.

Если промышленности удастся освоить новую технологию получения алюминия, то и он, и его сплавы станут намного дешевле. И тогда появится дополнительный стимул не только для решения проблемы автомобильного топлива, но и для пересмотра конструкции самого автомобиля. Кузов, в частности, будет иметь каркасную конструкцию из легкого и не поддающегося коррозии материала и станет много легче. А снижение веса автомобиля непременно уменьшит энергозатраты на его движение.

 

Случайная статья

Товар добавлен в корзину

Оформить заказ

или продолжить покупки