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テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト
代替燃料車。 発明と生産の歴史
ディレクトリ / テクノロジーの歴史、テクノロジー、私たちの周りのオブジェクト 専門家によると、地球上のすべての既知の石油埋蔵量はXNUMX年以内に存続します。 ガソリンはますます高価になっていて、今日彼らはそれを何かと取り替えようとはしていません。 また、液化天然ガス、およびあらゆる種類の合成ガスと液体、特にアルコールは、サトウキビからオレンジの皮までさまざまな原材料から駆動されます。 これらの燃料のほとんどすべては、ガソリンよりも環境への害が少ないですが、車の排気ガスはまだ無害ではありません. 特定の条件下では、電気自動車は自動車による大気汚染の問題を根本的に解決できる可能性があります。 これを行うには、エネルギー源の運用だけでなく、このエネルギー源の生産や廃棄物処理さえも環境に優しくする必要があります。 これまでのところ、電気自動車で通常使用されるバッテリーはこれらの要件を満たしていません。 「それでも」K.クリモフがジャーナル「科学と生命」に書いているように、「近年、電気自動車ははるかに広く使用されています.世界最大の自動車会社の開発のおかげで、電気自動車の欠点バッテリー - 重量、寸法、頻繁な充電の必要性 - はやや減少しました. 最近、たとえば、ドイツの会社 BMW は、会社によると、わずか 96 秒かかる硫化ナトリウム電池に基づく新しい電気自動車を実証しました。停止状態から時速 20 キロメートル、最高時速 130 キロメートルまで加速し、充電までの距離は 270 キロメートルに達します. しかし、このような電気自動車は輸送に大量に使用されることはありません。ナトリウム硫黄電池は摂氏約350度です. この温度自体と、特別なヒーターの助けを借りて電池の動作中にそれを維持する必要があるため、爆発し、火災の危険があります. 公道を走る「電気」自動車は年々増加しており、この分野での新しい開発の報告は雑誌や新聞のページを離れることはありません。 最近まで、電気自動車の開発は、電流源の低いパラメータによって制約されていました。 長年にわたり、従来の鉛蓄電池はこの容量で使用されていました。 他の重大な欠点に加えて、それは約150キロメートルに再充電する前に車の走行距離を制限しました。 近代化の結果、バッテリーが軽量化され、液体の酸が危険性の低いゲルに置き換えられました。 それにもかかわらず、この方向への突破口を待つ必要はなく、エネルギー「パッキング」の密度と酸性電池の電力はほぼ理論上の限界に達しています。 しかし、鉛をニッケルに置き換えることで、ニッケルカドミウム、ニッケル水素、ニッケル亜鉛など、あらゆる種類の新しい電池を作成することができました。 それらは鉛蓄電池と比べて遜色ありません。 それらは、耐久性、霜に対する鈍感、迅速に再充電する能力によって特徴付けられます。 確かに、それらはより高価であり、いくつかのタイプのバッテリーはまだ定期的に補充する必要があります。 ニッケル水素システムは、今日最も有望であると認識されています。 最大の特定の指標を持っているのは彼らであり、自己放電は許容されます.XNUMXか月あたりの容量のXNUMX％です。 これらの電池が自動車業界で初めて使用されてから XNUMX 年が経過しました。 この間、実験用の電気自動車が数百万キロメートルの道路を走行し、マイナス XNUMX 度からプラス XNUMX 度までの温度での動作に適していることが証明されました。 雑誌「Behindthewheel」の内容は次のとおりです。「ニッケル水素システムの明らかな利点には、まず、次の再充電までの走行距離がほぼ250倍になることが含まれます。鉛蓄電池と比較して最大1996kmです。 600年には、記録も記録されました。ニッケル水素電池を搭載した電気モーターのみで駆動されるSolectria-Sunrise車は、一度に10 km以上走行しました。テスト中に、ニッケル水素システムが耐えられることがわかりました。 80回以上の充放電サイクル。これは80000キロメートルの走行距離に相当します。 これはすべて、たとえば米国のトヨタのショールームで購入者に喜んで伝えられ、すぐに新しいRAV-4EVオフロード車に乗ることを申し出ます。 その床の下には、24 馬力の電気モーターを駆動する 67 個のニッケル水素電池が隠されています。 これはかなり軽快な加速 (0-100 km/h - 18 秒) には十分であり、最高速度は 125 km/h に制限する必要がありました。 私はそれが好きでした-「RAV-4EV」は42000ドルですぐに購入できます. 何か似合わない？ 動揺しないでください-結局のところ、トヨタの電気自動車の選択は制限されていません. ホンダ EV プラス、フォード レンジャー EV、日産 アルティマ EV など、まだまだあります。 ヨーロッパ人は、プジョー 106 エレクトリックとシトロエン AX エレクトリックを好み、ボンバルディア NV マイクロモービルはファッショナブルな若者を感心させるために求められています。
とりわけ、電気自動車は、いわゆるハイブリッド車という、非常に有望な新しい方向性を生み出しました。 ハイブリッドスキームは、通常の燃料（ガソリンまたはガス、しかしより多くの場合ディーゼル燃料）で動作するエンジンと電気モーターの組み合わせです。 この特定のグループの典型的な代表であるトヨタのプリウスは、最も商業的に成功した例の XNUMX つです。 昨年、XNUMX 万人以上のバイヤーがこのモデルを好みましたが、これはすでに何かを意味しています。 米国では、自動車産業が新しい解決策を積極的に模索するよう刺激するために、2003 年までにすべての企業が少なくとも XNUMX つの電気自動車モデルをプログラムに含めることを義務付ける法律が可決されました。 そうでなければ - 貿易の禁止。 今日の「内燃機関の主な競争相手」のタイトルの主な候補には、燃料電池を搭載した車があります。 燃料電池は、英国の物理学者ウィリアム・グローブが水素と酸素の電気化学反応から電気を生成した1839年に初めて日の目を見ることになりました。 このトピックは、燃料電池エンジンが宇宙産業で最初に使用された1960年代と1970年代に集中的に開発され始めました。 火力発電所では、通常、燃料の化学エネルギーから電気エネルギーへの変換はどのように行われますか? まず、燃焼時に放出される熱エネルギーが蒸気の運動エネルギーに変換されます。 次に、タービン ローターの蒸気エネルギーが機械的な回転エネルギーに変換されます。 そして最後に、発電機の巻線では、機械エネルギーが電気になります。 どの段階でも損失は避けられません。 燃料電池では、燃料の化学エネルギーが即座に電気エネルギーに変換されます。 燃料電池、または電気化学発電機は、燃料の酸化反応が発生し、その間に電気が生成される技術的なデバイスです。 燃料は水素、アルコール、アンモニア、炭化水素（天然ガス、石油）、酸化剤（燃焼は酸化反応）は酸素、硝酸などです。 燃料電池の設計はシンプルです。 これは、電解質（酸またはアルカリの水溶液）、XNUMXつの多孔質電極（電池のようにアノードとカソード）、および燃料（アノードへ）と酸化剤（カソードへ）を供給するためのチューブを含む容器です。 アノードでは、水素分子が原子に分解され、原子は電子を失い、陽イオンになり、電解質に入ります。 イオンを失った陽極は、もう一方の電極に対して負の電荷を獲得し、自由電子は外部回路に沿って後者に向かって移動します。 そこでそれらは酸素原子と結合します - マイナスイオンが形成されます。 後者は電解質を通過し、正の水素イオンと結合します。 これにより、電流が流れる閉回路が作成され、燃料電池は発電機になります。 電気に加えて、副産物である蒸留水も生成します。 単一の燃料電池は約 1,5 V の電圧を生成します。より高い電圧を得るために、セルを互いに直列に接続してバッテリーを形成します。
バッテリーの連続稼働時間は、燃料、酸化剤、および電極材料の摩耗 (酸化) の埋蔵量に依存し、既存の設備では 1000 時間です。 そのため、現在では、深海ビークルや近地球宇宙ステーションなどの自律的な消費者の電力供給にのみ使用されています。 今日、水素-酸素燃料電池が最も一般的に使用されています。 しかし、空気アルミニウム燃料電池ははるかに効率的であり、空気酸素が入る多孔質のカーボングラファイトプレートがカソードとして機能し、アルミニウム合金プレートがアノードとして機能します。 酸化は XNUMX% の効率で進行し、室温で「燃焼」された XNUMX キログラムのアルミニウムは、非常に高い温度で空気中で燃焼されたときに XNUMX キログラムの石炭が与えるエネルギーとほぼ同じ量のエネルギーを外部回路に供給することができます。 「このような電源には多くの利点があります。設計の単純さ、操作の完全な安全性、優れた比エネルギー特性です」と、K。Klimovはジャーナル「ScienceandLife」の記事に書いています。ただし、この不利な点は時間の経過とともに減少するはずであり、ロシア科学アカデミーのA.A. Baikov Institute of Metallurgyの最新の開発のおかげで、完全に排除される可能性があります。非常に近い将来。 研究所の専門家は、いわゆる多成分化学反応の新しく非常に効果的な方法を開発しました。 イオン伝導性と電子伝導性の両方を持つ特別に選択された媒体では、複数の均等に分散された微小電極 (いわゆる) 電気化学反応が特定の温度で発生します。 彼らの助けを借りて、金属、特にアルミニウムを含む既知の元素の多くを純粋な形で得ることができます。 これは今日すでに行われていますが、これまでのところ実験室の状態であり、通常の土壌粘土またはアルミナを含む鉱石原料が原料として使用されています。 酸化アルミニウム（アルミナの主成分）は塩化カルシウムで塩化アルミニウムに変換され、反応器に送られます。 ソーダを石炭と一緒に加熱して得られる金属ナトリウムの蒸気もそこに入ります。 このようにして、アルミニウム溶融物と混合されたナトリウム溶液が反応器内で形成され、複数のレドックス反応が同時に起こるための条件が作り出される。 これらの反応の結果として、液体アルミニウムが得られます。 これらの反応のいくつかは、熱の放出に伴い、もちろん、製造プロセスのエネルギー強度を低下させます。 製造自体は、従来の電気分解よりも簡単で安価であり、環境的にもはるかにクリーンであることがわかりました。」 業界がアルミニウムを生産するための新しい技術を習得できれば、アルミニウムとその合金の両方がはるかに安くなります. これにより、XNUMX つの問題が同時に解決されます。 第一に、自動車の燃料問題の解決を早めます。 第二に、車体は軽量で腐食しない材料で作ることができ、大幅な軽量化につながります。 また、車の重量を減らすと、運転時のエネルギー消費が削減されます。 空気アルミニウム燃料電池は、ロシアを含む多くの国ですでに生産されています。 しかし、日本人は彼らに特別な関心を示しました。 彼らはそれらを年間数千万個生産しています。 日本人は、アルミニウムでの電気自動車の生産をすぐに開始するという彼らの意図を隠していません。 メルセデス・ベンツ (現在のダイムラー・クライスラー) は、この技術を自動車業界に導入したパイオニアの 1994 つと見なされています。 1年、バンをベースに燃料電池「Neckar-3」を搭載した試作車を製作。 3年後、Vクラス乗用車に同様の発電所が装備されました。 新しいステップは、燃料としてメタノールを使用する Nekar-38 の初演でした。 雑誌「Behind the wheel」には次のように書かれています。 400秒未満. その結果、車のまともな加速ダイナミクス , 従来のディーゼルまたはガソリンモデルに匹敵する.燃料に関しては、メタノールの使用は特別なセキュリティ対策を必要とせず、車に燃料を補給するプロセスタンクにガソリンを入れるのと大差ありません.ちなみに、Neckar-4燃料タンクにはXNUMXリットルの燃料が入っており、その上で車はXNUMXキロメートルを走行できます.これは、すでに良い結果であり、ネッカー-XNUMX - 大量生産に向けた次のプロトタイプであり、最後のプロトタイプではありません。 ダイムラー・クライスラーの懸念に加えて、フォードとボルボ、日産とルノー、マツダなど、多くの企業が燃料電池を搭載した車両の研究開発を行っています。ダイムラー・クライスラーの予測によると、このような車両の連続生産により、この会社だけで、今後 40 ～ 100 年で 4 ～ 5 台の燃料電池車を生産できるようになります。 「フォーミュラ1」のデザイナーであるガイ・ネグレは、MDI社を設立し、そこで新しいエンジン、つまりハイブリッドエンジンの作成を開始しました。 その中で、特に空気は燃料として機能します！ すべてのアクションが270つのシリンダーで行われる場合、黒人は古典的なスキームを放棄することにしました。 彼は 755 つを使用します。20 つは体積が XNUMX 立方センチメートルで、もう XNUMX つは XNUMX 立方センチメートルです。 シリンダーは、XNUMX 立方センチメートルの球状チャンバーとバルブで接続されています。 エンジンがガソリンで作動しているとき、小さなシリンダーが可燃性混合気を吸い込んで圧縮し、それが燃焼室に押し込まれます。 そこで、火花放電によって点火され、一定の量で燃え尽きます（チャンバーの両方のバルブが閉じられています）。 次に、膨張シリンダー（大）に通じるバルブが開きます。 このようなスキームには多くの利点があります。 燃焼段階は膨張から分離されており、従来のエンジンよりもはるかに長いため、新しいエンジンは非常に希薄で燃焼の遅い混合気で運転でき、サイレンサーを必要とせず、排気毒性は通常の都市の空気に匹敵します。 圧縮空気で作業する場合、エンジン内のプロセスは実質的に変わりません。 目標は達成されたかに見えたが、ガイ・ネグロは新しいエンジンと新しい車の開発に着手した。 彼はそれをTOPと呼んだ-「ゼロ汚染タクシー」。 この名前はコンセプトを反映しています。この車はガソリンを燃料とせず、圧縮空気のみを燃料とします。 「このプロジェクトにおいても、自動車は専門家の間だけでなく、権力者の間でも大きな関心を集めました。そのため、メキシコでは、議会の輸送委員会がフランスの技術者の開発に関心を持つようになりました。メキシコ人が訪れた後、ブリニョールは、世界で最も汚染された首都であるメキシコシティの 1997 台のタクシーすべてを、クリーンな「吐き気」を備えた車に段階的に交換する契約を結びました。海外にターンキー工場を建設します。 空気をシリンダーに送り込むためにはエネルギーが必要であり、発電所も汚染源であると彼らは言う。 プロジェクトの作成者は、ガソリン、電気、「空気」車のチェーン「製油所-車」の最終効率を計算しました。それぞれ9,4、13,2、20％で、「空気」がかなりの差でリードしています。 新しいモーターは、すでに慣れ親しんだハイブリッドを大幅に繰り返しました。 ただし、クランクシャフトの特別な滑りクラッチのおかげで、デッド スポットでのピストンのハングが長くなりました (80% の確率)。 シリンダーに吸い込まれるのは外気ではなく、排気の一部です。 点火システム、燃料噴射、ガスタンクはありません。 しかし、底の下には、50 つのカーボン (ほぼ無重力!) 200 リットルの圧縮空気タンクがきちんと配置されています。 そのリザーブ（200気圧で500リットル）は、時速40キロメートルの速度で100キロメートル、時速90キロメートルでXNUMXキロメートルに十分です。 ブレーキをかけると、エネルギーが回収されます。高圧コンプレッサーが外気をシリンダーに送り込みます。 車に「給油」する方法は 2 つあります。 高圧エア ラインから - 3 ～ 4 分 (西側の価格でわずか XNUMX ドル) または電源から: 同じコンプレッサーで XNUMX 時間でシリンダーが膨張します。これは、電気自動車を充電するよりも高速です。 電気自動車といえばテスラモーターズを語らずにはいられません。 シリコンバレーのアメリカの自動車会社で、電気自動車の生産に重点を置いています。 世界的に有名な電気技師で物理学者のニコラ・テスラにちなんで命名されました。 同社の最初の車はテスラ ロードスター スポーツカーでした。 その公式プレゼンテーションは、19 年 2006 月 XNUMX 日にカリフォルニア州サンタモニカで開催されました。
テスラは自動車の生産だけでなく、電気自動車を充電するためのステーションであるスーパーチャージャーネットワークの構築にも取り組んでいます。 著者：Musskiy S.A.
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