О проекте ХайВей

Публикуйте на ХайВей свои статьи, фото, видео.

Получайте рецензии и комментарии от сообщества ХайВей на свои публикации.

Зарабатывайте деньги на публикациях.

Общайтесь с интересными людьми.

 

Новые технологии  21 октября 2008 21:14:03

Украинский криоавтомобиль: вместо бензина жидкий азот

Николай СУХОМЛИН, Харьков

 

Украинский криоавтомобиль: вместо бензина жидкий азот
Идея создания криогенного автомобиля появилась у харьковских ученых более 10 лет назад. Но реально она воплотилась в металле и пластике сравнительно недавно. Разработанную и собранную в Харьковском физико-техническом институте низких температур силовую установку поместили в новосозданную автомашину и получили в результате прототип экологически чистого легкового авто. Вот только для приведения в действие его двигателя использовался не бензин, а жидкий азот. Разработчики рассчитывают, что их проект уже в ближайшем будущем может стать решением проблемы загрязненного воздуха в украинских и не только городах.

 

Авторы изобретения – профессор Харьковского физико-технического института НАН Украины Станислав Бондаренко, а также ученые Харьковского Национального автодорожного университета – профессор Александр Пятак и доцент Игорь Кудрявцев. Участие в проекте также принимало несколько научных сотрудников ряда лабораторий ХНАДУ.

Новая модель, по словам ученых, должна стать прототипом отечественного городского криомобиля, используемого, в том числе, как маршрутное такси. Причем изготовить его технически гораздо проще, чем электромобиль или, скажем, водородный автомобиль, идея создания которого ныне так популярна на Западе. Уровень шума при движении криомобиля вполовину ниже обычного. Что любопытно: его выхлопы представляют собой чистый азот. В то время как обычный автомобиль, по свидетельству специалистов, сжигает тысячи литров кислорода и выбрасывает в атмосферу отравляющие вещества, которые скапливаются близ поверхности земли и поэтому особенно опасны для детей.

«Азотный» автомобиль имеет большие перспективы. Дело в том, что доля азота в атмосфере составляет 78% и запасы его практически неисчерпаемы. Кроме того, отечественные металлургические предприятия, превращая азот в жидкое состояние, нигде его не используют и попросту выкидывают. Создатели криомобиля считают, что в будущем эти организации смогут торговать азотом.

Украинский криоавтомобиль: вместо бензина жидкий азот
Подобное топливо также можно получать, используя дешевую электроэнергию ГЭС и АЭС. Согласно американским данным, на производство 1 кг жидкого азота необходимо 0,44 кВт электроэнергии, а на 1 кг бензина – 5 кВт. Кроме того, такой транспорт может решить проблему ограниченности ресурсов углеводородного топлива и зависимости от поставщиков и производителей нефти и газа, а это принципиально важно для Украины, у которой своих нефтяных ресурсов немного.

Если же говорить об экологической безопасности, то за счет силовой установки криомобиля, в которой азот нагревается до температуры окружающей среды, снижается парниковый эффект. Такой автомобиль, по мнению ученых, может успешно использоваться в мегаполисах, где воздух сильно загазован, а также в курортных городах.

Уже сегодня можно говорить об экономической выгоде криомобиля. Азотное топливо будет стоить в 12 раз дешевле, чем бензин за счет уменьшения затрат на электроэнергию при его производстве. Ученые ХНАДУ рассчитали, что коэффициент полезного действия (КПД) пневматического двигателя может достигать 50-60%. И это при том, что городское движение с частыми разгонами, остановками и работой двигателя на холостом ходу снижает КПД двигателя внутреннего сгорания до 10-20%.

По словам заведующего лабораторией криогенной и пневматической техники ХНАДУ Игоря Кудрявцева, если учесть три фактора – затраты энергии на производство топлива, КПД в городском движении мегаполисов, где скорость автомобиля не превышает 60 км/ч, и энергоемкость топлива, то по материальным затратам криомобиль ничуть не уступает традиционным авто. Однако если вспомнить об экологической безопасности, то экономический эффект от эксплуатации криомобиля сразу же увеличивается. К тому же его производство будет стоить гораздо дешевле.

– Для этой машины не нужна коробка передач. Пневмодвигатель может работать непосредственно с трансмиссией колес без дополнительных механизмов, силовая установка проще и дешевле, – объясняет Кудрявцев. – Если запустить криомобиль в серийное производство, то на Западе его стоимость не будет превышать $10 000. А у нас – чуть ниже.

Себестоимость такого автомобиля в 1,5-2 раза ниже электромобиля и в десятки раз – водородного. Все детали силовой установки могут производиться в Украине, в частности на Харьковщине. А это еще и престиж нашей державы, которая не является ведущей автомобильной страной.

Украинский криоавтомобиль: вместо бензина жидкий азот
Как известно, автотранспорт с двигателями внутреннего сгорания (ДВС) на сегодня является главным загрязнителем атмосферы крупных городов. В Украине «вклад» автотранспорта в общее загрязнение воздуха составляет: для Киева – до 78%, для Одессы – до 62%, для Харькова – до 68%. В густонаселенных районах США, Японии, стран Европы эта проблема стоит настолько остро, что назрела необходимость внедрения автотранспорта с малыми или нулевыми выбросами вредных веществ. К примеру, в США в штате Калифорния принята программа (LEV), предусматривающая, начиная с 2003 года, производство 10% экологически чистых автомобилей (с нулевой эмиссией) от общего их числа на каждом автомобильном заводе штата (примерно 110 000 автомобилей в год).

В последнее время наблюдаются и другие существенные проблемы, связанные с эксплуатацией традиционного транспорта с двигателями внутреннего сгорания, – глобальное потепление климата на планете, угрожающее таянием льдов на полюсах и затоплением обширных территорий, растущая стоимость добычи и транспортировки нефти и природного газа, ограниченные их запасы (по научным прогнозам, этих запасов осталось менее чем на 70 лет), экономическая зависимость некоторых государств от стран-экспортеров топлива.

Поиск путей создания экологически чистого транспорта, использующего альтернативные источники энергии, привел в последние несколько лет к разработке в США первых образцов криогенных (низкотемпературных) автомобилей и стимулировал их исследования в Украине.

Энергию для движения они получают за счет так называемой «конверсии холода», запасенного в криогенных аккумуляторах. Такой аккумулятор представляет собой бак-криостат с жидким (при температуре около 200 °С) негорючим азотом. Сжиженный азот получают на специальных воздухоразделительных установках из окружающей атмосферы.

Особенностью криогенных газов является их способность кипеть при температуре окружающей среды, т. е. создавать пар, в том числе высокого давления. Пар подогревается в теплообменном устройстве и подается в пневматический двигатель. В этой части такой автомобиль похож на паровой, известный с начала века, с той разницей, что для производства пара не требуется топлива. Энергия для парообразования берется из окружающей среды.

Украинский криоавтомобиль: вместо бензина жидкий азот
В жидком состоянии азот может храниться при нормальном атмосферном давлении, не требует применения тяжелых баллонов высокого давления и занимает достаточно малый объем.

К настоящему времени в двух университетах США – университете штата Северный Техас и Вашингтонском университете созданы экспериментальные образцы криоавтомобилей, способные вмещать 124 л жидкого азота.

Полная масса снаряженного автомобиля составляет 700 кг. В силовой установке используется пневмодвигатель мощностью 13 кВт, работающий на давлении порядка 10 атм. Автомобиль содержит два параллельных теплообменника для нагревания азота до температуры окружающей среды (0 °С). Испытания показали, что максимальная скорость такого криоавтомобиля составляет 58 км/ч при дальности пробега на одной заправке до 24 км. Стоит отметить, что экспериментальный образец строился впервые для демонстрации принципиальной возможности создания криоавтомобиля на жидком азоте, разработан с применением пневмодвигателя низкого давления и имеет далеко не оптимальную конструкцию. Однако даже при таких условиях характеристики автомобиля оказались вполне приемлемыми для городского цикла езды.

Вместе с тем сейчас в университете штата Северный Техас (США) разрабатывается пожаробезопасный азотный криоавтомобиль для работ на территории космодрома им. Кеннеди во Флориде. А в ближайшее время планируется создать криоавтомобиль (UNT Goals), позволяющий развивать скорость до 100 км/ч при дальности пробега до 240 км на одной заправке жидкого азота.

Как уже говорилось, основное преимущество криоавтомобиля – его абсолютная экологическая чистота, поскольку он использует в качестве рабочего тела безвредный и химически нейтральный газ азот, являющийся основным компонентом нашей атмосферы. Азот извлекается из атмосферы для ожижения и возвращается в атмосферу после завершения рабочего цикла в двигательной установке криоавтомобиля. При этом температура азота не превосходит температуры окружающей среды на любом из участков рабочего цикла, что исключает образование вредных окислов азота.

Украинский криоавтомобиль: вместо бензина жидкий азот
Расчеты показывают, что при изотермическом рабочем цикле может быть получена механическая работа до 0,4 МДж на каждый килограмм жидкого азота (или около 100 Вт/ч на килограмм). Эта величина в несколько раз больше, чем у современных электрохимических аккумуляторов, применяемых в электромобилях, хотя и существенно уступает (приблизительно в 20 раз) энергоемкости ДВС. Однако если учесть относительно низкую стоимость 1 кг жидкого азота по сравнению со стоимостью 1 кг бензина (к примеру, в США жидкий азот в 10 раз дешевле) и вред, наносимый человеку и природе сжиганием углеводородного топлива, то использование криогенных источников энергии с пневмодвигателем уже сейчас является экономически оправданным.

Стоит учесть, что помимо всего прочего, криоавтомобиль является пожаробезопасным видом транспорта, а это может обусловить, кроме обычных, ряд его специфических применений – в шахтах, на пожароопасных предприятиях, в нефтегазовой и оборонной промышленности. Кроме того, такой автомобиль мог бы служить прекрасным, а главное безопасным тренажером для обучения вождению в школах, техникумах и вузах.

Следует отметить еще одно преимущество бортового криоаккумулятора – жидкого азота. Его наличие в автомобиле позволяет перейти к практическому применению высокотемпературных сверхпроводниковых устройств – электромоторов, электрогенераторов, магнитных подшипников, а также индукционных накопителей энергии (SMES). Это может резко повысить КПД двигательной установки и автомобиля в целом.

В частности, по имеющимся сообщениям, некоторые немецкие фирмы уже сегодня разрабатывают магнитные сверхпроводниковые подшипники (трение в них полностью отсутствует) для современных автомобилей. Отличительной особенностью этих подшипников является возможность осуществления пространственной пассивной магнитной подвески без использования активных корректирующих элементов. Первые образцы таких подшипников уже созданы.

Кроме пневмодвигателя с криоаккумулятором, возможны и прорабатываются еще два типа энергоустановок для экологически чистого автомобиля – скоростной маховик на магнитных сверхпроводниковых подшипниках и индукционный сверхпроводниковый накопитель с электромоторными приводами на колеса автомобиля. Оба типа установок существенным образом используют открытое в конце 80-х годов явление высокотемпературной сверхпроводимости, существующей при температурах жидкого азота.

В перспективе эффективность новых криоавтомобилей предполагается повысить путем объединения двух типов двигателей – пневмодвигателя и инерционного маховика, используемого в качестве рекуператора механической энергии.

Более низкая удельная энергоемкость криогенного пневмодвигателя по сравнению с двигателем внутреннего сгорания приводит к необходимости иметь на автомобиле большую массу рабочего тела (например, 200-400 кг) и более часто производить дозаправку в ходе эксплуатации. При этом скорость заправки может быть сопоставимой с таковой для бензина. Конечно, обслуживание криоавтомобилей потребует создания сети азотозаправочных станций, которые, однако, даже в густонаселенных городах не будут наносить экологического ущерба.

Как показывает проведенный учеными анализ, развитие экологически чистого автомобилестроения на базе криогенных технологий является перспективным и экономически оправданным направлением. Успешное применение криоавтомобилей позволит решить ряд серьезных экологических, энергетических и транспортных проблем Украины и других индустриально развитых государств.

 

Публикацию прочитали

Количество просмотров: 12104
delete
Николай Сухомлин
Николай Сухомлин, Киев, свободный журналист "ХайВей" 

Теги

Для того, чтобы оценить статью, Вас необходимо войти в систему
Право оценивать рецензии на ХайВей можно получить от редакции сайта по рекомендации одного из журналистов ХайВей
Рекомендаций: +5
Всего комментариев: 19, Всего рецензий: 12
Укажите свой e-mail адрес, если Вы хотите получать комментарии к этому материалу
Подписаться

Для того, чтобы опубликовать сообщение в этой теме, Вам нужно ввойти в систему.

Рецензии

22:37 21/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Интересная разработка.
Главное, реальная.
22:58 21/10/08
08:26 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Скіф Донецк
интересно...
Спасибо. ‘smile‘
08:39 22/10/08
10:43 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Интересно...
10:46 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Не могу сказать что всё поняла, но в целом - очень интересно!
15:38 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Дякую.
15:40 22/10/08
17:35 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Самое печальное то, что в Украине на это не найдут денег и будут Украинцы покупать "Шевроле" с азотным двигателем за огромные деньги в кредит на 7 лет...
Так и есть. Разработка ведется на американские деньги. Остальные пошли на перевыборы видимо. ‘sad‘
00:34 23/10/08
19:57 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
OK Львов
20:54 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Интересно...
Спасибо.
00:34 23/10/08
21:28 22/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Автомобилестроение тоже развивалось не скачками – помниться серия из "Приключений Шерлока Холмса" "…О, эта машина способна развивать невиданную скорость – около 35 километров в час…" - речь шла о паровой машине… Главное дать толчок, а последователи найдутся!
05:05 23/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Это новости с пояснениями, фото . с выводом и надеждой на будущее. Получилась замечательная статья.
Спасибо за рецензию!
08:13 23/10/08
12:58 23/10/08
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Юрій Данилець Ужгород
Треба побажати розробникам успіхів та запуску першого серійного авто
Гадаю, у них все вийде.
13:24 23/10/08
00:00 11/07/10
Журналистское мастерство
Язык и стиль
Форма подачи
Общее впечатление
Шикарно! Жаль тільки, що випускати ці авто будуть знову десь в США і Китаї, а ми будемо в черговий раз імпортувати "зарубіжні високі технології". :-(

Комментарии

Ай ні! Таке авто не конкурентноспроможнє авто, який працює на стисненому повітрі. Порівняйте параметри.

Вскоре начнется выпуск автомобиля совершенно новой конструкции, доступного рядовым покупателям и совершенно не загрязняющего окружающую среду.

Заправка полного бака этого автомобиля обходится меньше чем в полтора доллара, а проезжает он от одной заправки до другой около 200 километров - вдвое больше, чем лучший электромобиль - при максимальной скорости 110 км/час.

Автомобиль, созданный после 10 лет интенсивной работы французским изобретателем Гаем Негре, работает на сжатом до давления в 300 атмосфер воздухе, который можно закачать в бак на любой бензозаправочной станции за пару минут.

В домашних условиях на заполнение бака с помощью установленного на автомобиле электрического компрессора уходит около четырех часов.

Секрет нового автомобиля заключается в том, что его четырехцилиндровый двигатель объемом в 700 кубиков и весом всего в 35 килограммов работает на принципе смешивания сжатого воздуха с наружным, атмосферным воздухом.

Необычный двигатель



"Воздушный автомобиль" можно использовать и как такси

Этот силовой агрегат напоминает обычный двигатель внутреннего сгорания, но цилиндры у него разного диаметра - двое малых, приводных, и двое больших, рабочих.

При работе двигателя наружный воздух засасывается в малые цилиндры, сжимается там поршнями и нагревается. Затем он выталкивается в два рабочих цилиндра и смешивается там с холодным сжатым воздухом, поступающим из бака. В результате воздушная смесь расширяется и приводит в движение рабочие поршни, а они - коленчатый вал двигателя.

Поскольку никакого сгорания в двигателе не происходит, его "выхлопными газами" будет только отработанный чистый воздух, а масло придется менять только через каждые 50 тысяч километров пробега автомобиля.

Как говорит Гай Негре, и затраты на техобслуживание будут намного меньше, чем у обычного автомобиля.

Он добавляет, что бак для сжатого воздуха выполнен из стекловолокна, и поэтому никакой опасности его внезапного разрушения в случае избыточного давления нет. В крайнем случае, в баке только образуются трещины, и воздух будет выходить из него постепенно.

Четыре варианта одной машины

Французская фирма, которая разрабатывала вместе с изобретателем "пневматический" автомобиль, намерена выпускать его в четырех вариантах: пятиместный семейный купе, фургон, такси и пикап - первоначально по три тысячи в год в самой Франции, а затем и в Британии.

И при том, что американский автогигант "Форд" закрыл проект своего электрического автомобиля Think City, придя к выводу, что эта технология бесперспективна, автомобиль Гая Негре, работающий на сжатом воздухе, может ожидать большое будущее.
(Автомобиль на сжатом воздухе
Виктор Костин, BBRussian.com )
Але! Публикация аж Суббота, 21 сентября 2002 г. Але ж, знову: "Tata планирует выпустить первые образцы ноу-хау-мобиля в 2008 году. Air Car будет иметь четыре типа кузова: пятиместный компактвэн, пикап, фургон и микроавтобус, компануемый с прицелом на службу в маршрутном такси."
То виходить, що нашим автоконструктором тим більше потрібно ще багацько років до комерційного випуску авто на азоті.
22:25 21/10/08
Насправді ж то є тип міського авто. Погодьтесь, 24 км по місту, то не так мало. В Італіі купують електромобілі, їх теж треба часто підзаряжати. Використовують, як друге, альтернативне авто. Чому? Бо коли у містах, у повітрі є велика концентрація шкідливих газів, то включається заборона автомобільного руху по місту на авто звичайних. Тільки євро 4, 5, єлектромобілі і т.д.

Тому таке авто, поки що, треба розглядати, як другий, альтернативний транспортний засіб... Ну і на випадок нестачі нафтопродуктів...
22:44 21/10/08
Скіф Донецк
Рекомендує цей матеріал
Чому? рекомендую
08:26 22/10/08
Благодарствую.
08:40 22/10/08
Потапов Киев
Вы врач, я Вам верю.
08:39 23/10/08
Рекомендує цей матеріал
Чому? Рекомендую...
10:43 22/10/08
Спасибо, Светлана. ‘smile‘
13:47 22/10/08
глядач Одесса
Ідей, та винаходів багато, і де вони?Отож-то.Не забувайте, про лоббі споживання вуглеводів в ДВС. ‘read‘
08:31 23/10/08
глядач Одесса
Нашому телятку та їхнього вовка би з.їсти. ‘read‘
08:51 23/10/08
Рекомендує цей матеріал
17:35 22/10/08
Спасибо.
20:05 22/10/08
Механик
Украина вырабатывает столько недорогой эл-энергии,а транспорт ездит на3000000000000000000000 проклятом бензине.этих пидарасов в раде в вулкан сбросить пора.
13:45 10/07/09
Потапов Киев
Придолбаться, что ли?

Цитата:
Кроме того, отечественные металлургические предприятия, превращая азот в жидкое состояние, нигде его не используют и попросту выкидывают.


Это где ж у нас жидкий азот выкидывают????

Кроме того, нигде не указано, каков объем "одной заправки азотом". Сколько это - 5 литров, 10, 100???

И еще - относительно безопасности жидкого азота... Вы представляете, что произойдет, если бак с азотом раколется? Фильм "Теримнатор 2" смотрели? Только вот робот оттаял и снова пошет, а человек после разморозки будет годиться только для похоронного бюро. Да и тем кто поблизости - не поздоровится. Испаряющийся азот создает т.н. "азотный вакуум" - пространство, в котором азот вытеснил все остальные газы, в том числе и кислород. Далее - потеря сознания, удушение, смерть.
17:50 22/10/08
Для автомобилей на своем заводе мы делаем пластинчатый теплообменник
из стали.
14:37 12/01/10
Жидкий азот производится в огромных количествах уже более 50-ти лет и не было случая взрыва криоёмкостей. Он широко применяется в различных отраслях промышленности, в медицине, в животноводстве и ни где не один человек не задохнулся в азоте. Любая криоёмкость имеет многослойную конструкцию и сообщается с атмосферой, поэтому даже в случае разгерметизации в ней не может быть высокого давления и взрыва. В случае утечки жидкий азот испаряется весьма медленно из-за высокой теплоты парообразования (что и является одной из проблем при использовании его в криомобилях),поэтому он успевает рассеиваться в открытом пространстве. Все телезрители могли видеть как в передаче о здоровье замораживали розу, погрузив её в открытый термос с жидким азотом. Так что не надо пугать людей страшилками о жидком азоте, а лучше постоянно напоминать о соблюдении правил пожарной безопасности при эксплуатации авто с двигателями внутреннего сгорания (ДВС)и о том громадном вреде, который они наносят всему живому на земле. Статистика жертв в результате возгораний и взрывов авто с ДВС ужасающая. К тому же запасы нефти и газа на исходе. Будущее за криомобилями! Правительства всех государств обязаны всячески поддерживать развитие криомобилей.
13:04 29/09/11
Сподіваюсь, що доля забуття не спіткає цей проект.
08:40 23/10/08
Рекомендует этот материал. Почему?
Несомненно интересная разработка. Но, практическое применение нереально, покрайней мере лет так 100...
13:45 29/09/11
Уважаемая Олена, Вы просто не знаете состояние дел в этой области. Для начала массового производства криомобилей достаточно 5-ти лет, при наличии заинтересованности со стороны властей. Но даже при всем нежелании определенных кругов жизнь неизбежно очень скоро заставит всех заниматься этой проблемой.
16:28 29/09/11

Live

1 час. назад

Белка Белкина комментирует материал Перундень

2 час. назад

Алекс Скиталец комментирует материал стих Сергея Лебедева и Юрия Мельника "К нам Ангелы Бога на помощь спешат"

2 час. назад

Khomiaklit рекомендует материал ВИР БРЕХНІ В УКРАЇНІ

2 час. назад

Khomiaklit пишет рецензию на публикацию ВИР БРЕХНІ В УКРАЇНІ

2 час. назад

Khomiaklit рекомендует материал ЖИТТЯ НЕ ДЛЯ ВКРАЇНИ

3 час. назад

Алекс Скиталец рекомендует материал ВИР БРЕХНІ В УКРАЇНІ

3 час. назад

Алекс Скиталец комментирует материал ВИР БРЕХНІ В УКРАЇНІ

3 час. назад

Родослав Корченюк комментирует материал Перундень

3 час. назад

Белка Белкина комментирует материал Перундень

4 час. назад

Дмитрий Шилин публикует статью Достижения «Запорожстали» вошли в Книгу рекордов Украины

4 час. назад

Дмитрий Шилин публикует статью Комбинат «Запорожсталь» подтвердил соответствие международным стандартам

4 час. назад

Алекс Скиталец комментирует материал стих Сергея Лебедева и Юрия Мельника "К нам Ангелы Бога на помощь спешат"

4 час. назад

Ганка Гличка публикует статью Йде листопадова пора

4 час. назад

Дмитрий Шилин публикует статью Запорожские дети поздравили металлургов с юбилеем «Запорожстали»

5 час. назад

Дмитрий Шилин публикует статью Ростислав Шурма поздравил ветеранов с 85-летием «Запорожстали»