Audi › Очищаем совесть с синтетическим метаном от Audi

Леонид Попов,

О будущем метановом двигателе было объявлено ещё больше года назад, и вот теперь готов первый серийный автомобиль Audi на сжатом газе. Наибольшее же впечатление производит не сама машина, а развёрнутый специально под неё проект по массовому выпуску искусственного горючего.

Чистая совесть при спортивной езде — так ёмко озвучил генеральную линию компании один из ведущих её дизайнеров Кристиан Лабонт. Более сухо цель Audi формулируется так: «CO2-нейтральная мобильность в премиум-классе». Спросите — это электромобили, гибриды? Без них не обойдётся. Но в ближайшее время «зелёное» будущее постучится к нам в виде… искусственного метана от Audi. Топливо, названное e-gas, позволит владельцам легковушек передвигаться на ДВС, не усиливая пресловутые парниковый эффект и глобальное потепление.

Презентация новинок и целого ряда перспективных разработок «четырёх колец», прошедшая в конце минувшей недели в Мюнхене, так или иначе вертелась вокруг сокращения выбросов и экономии топлива, но никак не в ущерб удовольствию от вождения (в чём можно было убедиться в ходе дорожных тестов). Диапазон там был широчайший: от новых вариаций двигателей и разнообразных электронных систем, рассчитанных на среднесрочную перспективу, до безумного, в хорошем смысле, полноприводного батарейного суперкара F12 (на переднем плане), который поступит в продажу только через восемь лет (по-видимому, уже не в кузове нынешней двухдверки «эр-восемь»). Обо всём этом мы расскажем подробно в наших материалах.

В третьем квартале 2013 года ингольштадтцы выведут на рынок свой первый серийный автомобиль на метане. Это пятидверка A3 Sportback в модификации TCNG (обычный хэтч нового поколения стартует раньше — в феврале). Повышенный интерес вызывает то, что немцы намеренно развивали параллельно два проекта, дополняющие друг друга. Одни специалисты Audi превращали модель А3 в двухтопливную машину, а другие, совместно со штутгартской компанией SolarFuel, доводили до ума экзотический процесс конвертации электричества и углекислого газа в метан. Со многих точек зрения такой приём интереснее, чем зарядка батарейных машин.

«Трёшка» Audi нового поколения была взята для «метанизации», так как это первый автомобиль бренда на платформе MQB. А она изначально была рассчитана на безболезненное добавление разнообразных альтернативных топливных систем. В результате конструкторам не пришлось жертвовать объёмом багажника или бензобака.

Два баллона в сумме вмещают 15 кг метана (это 100 л при давлении 200 атмосфер), а бак — 50 л бензина. Суммарный пробег на обоих видах топлива составляет солидные 1180 км (400 на газе и далее 780 на бензине). Баллоны, кстати, необычные. Они состоят из трёх слоёв. Внутренний — полиамид, для герметичности. Выше идёт слой, выдерживающий большое давление, — это полимер, усиленный карбоном (CFRP). А внешний слой сделан из полимера, усиленного стекловолокном (GFRP), — он нужен для защиты от повреждений извне. Между двумя последними слоями размещена толика эпоксидной смолы для более прочного соединения. Каждый такой баллон вышел на 27 кг легче традиционного. Иначе говоря, на 70% меньше.

Начинается процесс с обычного электролиза воды. Электрическая энергия для него будет взята от ветровых ферм. Полученный водород поступает во второй химический реактор, где встречается с углекислым газом. Его источник — соседние биогазовые установки, для которых CO2 — побочный продукт, который иначе попал бы в атмосферу. Притом сырьём для этих биогазовых заводов являются органические отходы. Это позволяет избежать любой конкуренции с агропромышленным производством пищи. Ведь широко распространённая ныне выработка биотоплива из растительного сырья отнимает немалые посевные площади.

Во втором реакторе происходит процесс метанирования (на схеме вверху). В ходе него углекислота и водород превращаются в метан и воду. Важно, что сжигание такого метана получается углеродно-нейтральным, так как при сгорании одного килограмма этого топлива образуется такое же количество CO2, сколько ранее было изъято для синтеза этого самого килограмма. И ещё один большой плюс новации: для заправки е-газом не нужна особая инфраструктура — достаточно существующих сетей, наполняющих баллоны машин природным метаном.

Весь цикл замкнут по углекислому газу: сколько его будет выпущено при сжигании синтетического метана от Audi (в цилиндрах ДВС или конфорках газовой плиты), столько же потом будет забрано для производства новой порции е-газа.

Первый в мире завод по производству искусственного метана в промышленном масштабе уже строится в местечке Верльте на севере Германии. Он заработает в третьем-четвёртом квартале следующего года одновременно с запуском хэтчбека A3 Sportback TCNG в продажу. Завод будет вырабатывать ежегодно по тысяче тонн е-газа, потребляя мощность 6 МВт и захватывая при этом 2800 т углекислого газа. Этого количества топлива достаточно для питания 1500 ингольштадтских газовых легковушек, проезжающих по 15 тысяч километров в год каждая.

Двухтопливный мотор A3 Sportback TCNG основан на движке 1.4 TFSI, в котором были скорректированы головка цилиндров и турбонаддув, система питания и нейтрализатор. Мощность этой модификации составляет 110 «лошадок», а максимальный крутящий момент — 200 Н•м. Благодаря оптимизации конструкции оба эти показателя совершенно не меняются при переходе между бензином и метаном. Максимальная скорость автомобиля превышает 190 км/ч.

Переключение между двумя видами горючего выполнено автоматическим: по умолчанию машина питается газом, и лишь когда тот заканчивается, ДВС переходит на бензин. Происходит это незаметно для владельца. Почему нет ручного переключателя? Инженеры отвечают так: «Предполагается, что эту машину будут покупать сознательно, желая сберечь природу, следовательно, метановый режим будет главным, а бензиновый — только запасным». Но в будущем создатели TCNG подумают над возможностью произвольного выбора топлива водителем.

A3 Sportback TCNG тратит в среднем 3,6 кг метана на 100 км, выбрасывая в воздух менее 100 г углекислоты на километр пути (такой же уровень выброса сохраняется и при езде на бензине, которого расходуется 5,6 л/100 км). Если учесть ранее забранный у планеты углекислый газ, то при заправках такой пятидверки е-газом в сумме получается вроде бы чистый ноль. Но для пущей строгости следует учесть выбросы, произведённые в ходе изготовления ветровых генераторов и постройки завода по выпуску е-газа.

Углеродный баланс модели TCNG, рассчитанный от источника энергии до колёс, оказывается не вполне нулевым, но очень скромным — 28 г/км. Это намного ниже других машин с ДВС, особенно если в них тоже учитывать выбросы не только самого автомобиля, но и те, что сопутствуют производству горючего и постройке всей инфраструктуры. Ещё показательнее получаются числа, если включить в уравнение выбросы углекислого газа, сопровождающие изготовление легковушки.

Специалисты Audi составили такой полный баланс для бензинового автомобиля, для аналогичного по размеру и мощности электрокара, заряжаемого электричеством от ветряков и, наконец, для машины, питающейся е-газом. Оказалось, что выбросы в первом случае равны 168 г/км, во втором — 54, а в третьем — 61 г/км.

Мотор новичка дополнен системой start/stop. Коробок передач будет две на выбор: базовая «механика» на шесть передач и семиступенчатый S tronic как опция.

Выходит, по вкладу в парниковый эффект машины на синтетическом метане находятся почти на одном уровне с электромобилями, самыми эффективными в данном плане. И тут нужно добавить ещё одно сравнение: тотальный выброс CO2 за весь срок службы машины, с учётом не только производства автомобиля и топлива, но и утилизации легковушки, для транспорта на е-газе оказывается самым низким. Он даже ниже, чем для автомобиля на природном метане и на биогазе, получаемом из растительного сырья.

Рассказывая о метановой модификации A3 Sportback, немцы обратили наше внимание на занятную вещицу, впервые появившуюся в гольф-классе: поверхность кругляша-контроллера мультимедийной и навигационной системы тут является ещё и тачпадом, распознающим рукописный ввод, скажем, названий населённых пунктов. Ранее похожую систему, только иначе сконструированную, можно было увидеть на флагманском седане А8.

Логично спросить: как отличить искусственный метан от природного? Ответ — никак, они абсолютно идентичны. Да этого и не требуется. И всё же покупатели A3 Sportback TCNG получат возможность ездить с практически нулевым углеродным балансом. Метан от завода в Верльте будет направляться в обычную газовую сеть, где, конечно же, смешается с метаном, добытым из-под земли. Но при зарядке баллонов на обычных газонаполнительных станциях по специальной заправочной карте количество отпущенного клиенту горючего будет списано из того объёма, что производит завод по выпуску е-газа (очевидно, если эта новация пойдёт, то число таких заводов может быть существенно увеличено).

Аналогичный метод подсчёта, кстати, уже апробирован при зарядке электромобилей «зелёным» электричеством, то есть получаемым на ветровых фермах или солнечных электростанциях. Такой ток попадает в обычные сети, где присутствует энергия от всех видов станций. Никакого разделения энергии не требуется. Чтобы гарантировать передвижение без выхлопа, нужен только централизованный подсчёт прихода и расхода киловатт.

Видение будущей топливной инфраструктуры от Audi. «Зелёное» электричество может быть направлено непосредственно на зарядку электрокаров (слева-направо, первое ответвление). Такое, условно говоря, топливо в компании назвали e-power. Или электричество можно потратить для разложения воды. Тогда получится водород (в терминах Audi — e-hydrogen, второе ответвление на макете). Но поскольку автомобили на топливных элементах пока дороги, а заправочная водородная инфраструктура развита слабо, H2 лучше отправить дальше — на производство метана (e-gas, третий «ручей»). Ещё правее видно производство синтетического спирта и дизельного топлива (e-ethanol и e-diesel).

Помимо е-газа важная роль в оздоровлении планеты Audi отводит искусственным спирту и дизелю (проекты Audi e-ethanol и e-diesel), вырабатываемым опять же из вредного углекислого газа, воды и солнечного света, но уже при помощи бактерий. Спирт, кстати, будет смешиваться с бензином, на выходе — горючее Е85 (85% этанола).

Такое пилотное производство фирма Audi строит сейчас в США (штат Нью-Мексико) совместно с американской компанией Joule, несколько лет разрабатывающей данную технологию. Первые пробные порции е-этанола этот опытный завод должен выдать в конце 2012 года, первую партию е-дизеля — в конце 2013-го. Постоянное же производство партнёры по проекту запустят где-то в течение следующих двух-пяти лет. Пока что эту технологию необходимо всесторонне обкатать.

Райнер Мангольд, глава программы Audi по созданию экологически устойчивых продуктов, показывает макет длинных молекул алканов, составляющих дизельное топливо и пробную смесь воды и такого горючего, созданного бактериями. Кстати, немцы уверяют, что солярка от микробов получается очень чистой, свободной от серы и ароматических углеводородов, отлично поджигается и сгорает и пригодна для современных дизелей без переделки моторов.

По сравнению с нефтяным топливом e-ethanol и e-diesel позволяют снизить суммарные выбросы углекислого газа на 80%. Хотя выхлоп из трубы автомобиля будет сопоставим с таковым при применении обычных бензина, спирта или солярки, производство этанола и дизеля силами генетически модифицированных бактерий удаляет из атмосферы порцию CO2 (аналогично производству е-газа). Полного же нуля выбросов мешает добиться «углеродный след», сопутствующий изготовлению самого автомобиля. А вот езда на нём будет практически CO2-нейтральной.

Так примерно будет выглядеть завод по выпуску е-этанола и е-дизеля. Углекислый газ от промышленных предприятий должен прокачиваться вместе с водой через ряды прозрачных труб, в которых обитают миллиарды бактерий. На выходе будет получаться вода, насыщенная спиртом или смесью алканов (в зависимости от типа микробов), далее эти молекулы отделят, а воду пустят на второй круг.

Горючее e-ethanol и e-diesel не требует для своего синтеза никакого органического сырья. Сами бактерии в заполненных водой прозрачных трубах, выставленных на солнце, живут достаточно долго и практически не расходуются. В довершение всех плюсов: такое производство намного эффективнее существующего сейчас процесса выработки биотоплива. Так, один гектар поля зерновых культур даёт в год 3500 л спирта, сахарной свеклы — 7000 л, а бактериальных трубок — 75 тысяч литров. Дизельного топлива от бактерий также удаётся получить больше (с одного гектара земли), чем от рапса или пальм.

В компании Audi надеются, что к 2018–2020 году им удастся масштабировать выпуск различных видов углеродно-нейтрального горючего до поистине индустриальных величин. Конечно же, очистке воздуха должно способствовать и распространение гибридов, а также чисто электрических машин. Но не нужно забывать про совершенствование простых бензиновых моторов. Тут фирма Audi создала и испытала несколько интересных технических придумок (это тема для следующего большого разговора).

Соединение всех озвученных направлений вместе и позволит совершить, по определению компании, энергетический переворот в баке. Тогда ДВС сможет оставаться основным типом двигателя ещё многие годы, не тревожа экологическую совесть своего владельца.

Поездить на пятидверке журналистам не дали. Но можно было убедиться, что по удобству салона и простору багажника машина с огромными метановыми баллонами под полом не уступает соседям по гольф-классу.

Комментарии 38
Поделиться
Лайкнуть
Отправить

Крупным планом

Вы бы выбрали A3 Sportback TCNG ради экологии?

  • Да, с удовольствием
  • Нет, но купил бы из-за двухтопливности и запаса хода
  • Нет, выбрал бы бензиновый A3
  • Нет, предпочёл бы дизель
Закрыть
ВКонтакте Facebook Одноклассники Рассылка Подпишитесь на новости Драйва, чтобы ничего не пропустить.

Комментарии

Загружаем комментарии...