Доктор технических наук К. КЛИМОВ.
“Вид в будущее”. На Международной автомобильной выставке 1997 годаво Франкфурте-на-Майне. На стенде фирмы “Ауди” — прототип модели “AL2”,характеризующийся применением алюминиевых сплавов и бензиновым двигателемпрямого впрыскивания.В журнале “самый интересный журнал Наука и жизнь ” № 2 за 1998 годопубликована статья “Алюминий вместо бензина”. В развитие затронутой вней темы хотелось бы добавить следующее. По мнению экспертов, всех известныхна Земле запасов нефти хватит человечеству не более чем на 50 лет. Бензиндорожает, и чем только сегодня не пытаются его заменить. И сжиженным природнымгазом, и всякого рода синтезированными газами и жидкостями, в частности— спиртом, который гонят из самого разногосырья: от тростника до апельсиновых корок.Почти все эти виды топлива менее опасныдля окружающей среды, чем бензин, но выхлоп автомобиля все равно не делаетсябезвредным. Впрочем, это невозможно и в принципе: везде, где сгорает топливо,не могут не оставаться хоть какие-то не сгоревшие его компоненты и, крометого, выделяется много углекислого газа.Кардинально решить проблему загрязненияатмосферы автотранспортом пока мог бы разве что электромобиль, да и топри определенных условиях. Экологически чистыми должны стать не толькоэксплуатация источника его энергии, но и изготовление этого источника идаже утилизация отходов. А этим требованиям обычно применяемый в электромобиляхаккумулятор не отвечает.Им, правда, и вообще отвечать весьма сложно.Даже городской электротранспорт (трамвай, троллейбус), потребляющий энергиюиз 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 самойэлектросети, но и изготавливают при помощи экологически небезвредных технологий.Да и оставляет он после выработки своего ресурса немало весьма токсичныхотходов.
Такой предполагается в следующем векединамика производства автомобилей с различными источниками энергии.И все же в последние годы электромобильприменяется гораздо шире. Благодаря разработкам крупнейших автомобильныхфирм мира недостатки аккумулятора — вес, габариты, необходимость частыхподзарядок — несколько уменьшились. Недавно, например, германская фирмаBMW продемонстрировала новый электромобиль на основе серно-натриевого аккумулятора.Для разгона этой машины с места до скорости 96 км/ч требуется, по утверждениюфирмы, всего 20 секунд, максимальная скорость — 130 км/ч,а пробег между подзарядками достигает 270 км. Но массового применения втранспорте такой электромобиль не найдет, поскольку рабочая температурасерно-натриевого аккумулятора составляет около 350 градусов Цельсия. Исама эта температура, и необходимость поддерживать ее во время работы аккумуляторапри помощи специальных подогревателей делают его взрыво- и пожароопасным.Куда больший интерес представляет использованиеэнергии топливно-гальванических элементов. Особенно — воздушно-алюминиевых(см. “самый интересный журнал Наука и жизнь ” № 2, 1998 г.), в которых катодом служит пористая угольно-графитоваяпластина с поступающим в него кислородом воздуха, анодом — пластина изалюминиевого сплава, а электролитом, к примеру, — водный раствор повареннойсоли. Электрический подзаряд такому элементу не нужен, энергию он вырабатываетсам в процессе окисления (электрохимического сжигания) металла, которыйслужит ему “топливом”. Идет это окисление с кпд около 80%, и “сгоревший”при комнатной температуре 1 кг алюминия способен выдать во внешнюю цепьпримерно столько энергии, сколько дает 1 кг каменного угля, сгорая на воздухепри очень высокой температуре.Воздушно-алюминиевые гальванические элементывыпускаются сегодня во многих странах, в том числе и в России, где их образцыуже продаются в коммерческих магазинах. Но особый интерес проявили к этимэлементам японцы, производящие их по нескольку десятков миллионов в годи намеренные в скором времени наладить у себя в стране выпуск электромобилейна алюминии.Достоинств у таких источников электроэнергиимного: и простота конструкции, и полная безопасность эксплуатации, и хорошиеудельные энергетические характеристики. А недостаток, в основном, один— дороговизна анодного материала, которая определяется главным образомэнергоемкостью процесса производства. Недостаток этот должен, однако, современем уменьшаться, а благодаря последним разработкам Института металлургииимени А. А. Байкова Российской академии наук будет, вполне возможно, ивовсе устранен, и притом в самом ближайшембудущем.
В одной из лабораторий Института металлургии имени А. А. Байкова РАН получаюталюминий из обычной грунтовой глиныСпециалисты института разработали новыйи весьма эффективный метод так называемых многокомпонентных химическихреакций. В специально подобранной среде, обладающей одновременно ионнойи электронной проводимостью, возникают при определенной температуре множественныеи равномерно распределенные в объеме реактора микроэлектродные (так ихназывают) электрохимические реакции. С их помощью можно получать в чистомвиде многие из известных элементов, в том числе — металлы, и в частности— алюминий. Это делают уже сегодня, но пока в лабораторных условиях, ав 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 отправляютв реактор. Туда же поступают и пары металлического натрия, который получаютнагреванием соды с углем. Таким образом, в реакторе образуется растворнатрия, перемешанный с расплавом алюминия, и создаются условия для одновременноговозникновения множествен ных окислительно-восстановительных реакций. Врезультате этих реакций и получается жидкий алюминий. Некоторые из такихреакций идут с выделением тепла, что, разумеется, снижает энергоемкостьпроцесса производства. Само же производство оказывается и проще, и дешевле,чем традиционный электролиз, и к тому же гораздо чище экологически.Если промышленности удастся освоить новуютехнологию получения алюминия, то и он, и его сплавы станут намного дешевле.И тогда появится дополнительный стимул не только для решения проблемы автомобильноготоплива, но и для пересмотра конструкции самого автомобиля. Кузов, в частности,будет иметь каркасную конструкцию из легкого и не поддающегося коррозииматериала и станет много легче. А снижение веса автомобиля непременно уменьшитэнергозатраты на его движение.