Хорошая новость: машины будущего в обслуживании станут удобнее мобильных телефонов. Если у владельца автомобиля не хватает времени на обычную подзарядку, он сможет быстро заправить его бензином. Плохая новость: в будущем машины будут дороже, чем сейчас.
Когда с десяток лет назад наши мобильные внезапно «похудели», это был лишь легкий намек. Потом появились беспроводные инструменты, и стало понятно, что однажды литий-ионные аккумуляторы доберутся до автомобилей. «Однажды» не заставило себя ждать: уже сегодня в Штатах владельцы гибридных автомобилей могут без особых проблем дооснастить свою машину комплектом емких литий-ионных батарей и электрической вилкой. Если не выезжать за город и не забывать подзаряжать аккумуляторы, то ваше чудо техники скоро забудет запах бензина. До недавнего времени переделкой обычных гибридных автомобилей (HEV, hybrid electric vehicle) в машины с возможностью подзарядки от сети (PHEV, plug-in HEV) занимались в основном гаражные гуру, но грядет новый этап: возможностью производства таких машин заинтересовались автомобильные концерны. Сегодня подобные работы выполняют уже несколько автомобильных концернов, в число которых входят Ford, DaimlerChrysler, Toyota, Nissan... А концерн General Motors собирается освоить выпуск серийных PHEV уже в 2010 году — раньше всех остальных.
Учитывая, что в отличие от водородных машин гибриды с возможностью подзарядки и без нее не потребуют создания новой инфраструктуры и сопутствующих ей миллиардных инвестиций, можно признать, что риск GM вполне оправдан.
Главной сложностью на пути к популяризации гибридов и электромобилей продолжают оставаться аккумуляторы. Говорят, что сто лет назад, когда Томас Эдисон безуспешно пытался изобрести идеальную батарейку для массового производства, он однажды заявил коллеге из General Electric: «Я не думаю, что природа будет так к нам недобра, что не позволит нам раскрыть секрет батареи с высокой емкостью, если мы действительно постараемся узнать его». Несмотря на все наши дерзкие попытки, природа продолжает быть недоброй. Тем не менее нельзя не признать: за последнее десятилетие аккумуляторы заметно прогрессировали и продолжают улучшаться. Большинство специалистов, занимающихся разработками в этой области, уверены — будущее в транспорте за электромоторами, работающими от литий-ионных аккумуляторов.
Рик Фалуп, выпускник Массачусетского технологического института (MIT) и вице-президент компании A123Systems, — один из представителей новой аккумуляторной интеллигенции. Сегодня его фирма является единственным поставщиком литий-ионных аккумуляторов компании Black & Decker и попутно занимается разработкой аккумуляторов для будущих PHEV по заказу «автомобилистов». Работа в фирме Рика кипит: ведь если именно его компании среди десятка таких же небольших фирм удастся создать наиболее долговечные, безопасные и емкие аккумуляторы для автомобилей, его ждет завидное будущее.
Сегодня среди 230 млн. легковых и грузовых машин, зарегистрированных в США, можно насчитать всего 700 000 машин с колесным приводом от электромоторов. Это всего лишь треть одного процента, но, учитывая миллионные инвестиции автомобильных компаний в создание экологически чистых машин, можно не сомневаться: диковинкой гибриды будут оставаться недолго. Причем, если на первом этапе лучше всего будут покупаться обычные гибриды, не исключено, что в скором времени по объемам продаж гибриды с вилкой их опередят. Опросы общественного мнения в США показывают, что если в 2005 году только 17% опрошенных были готовы переплатить $4000 за гибрид с возможностью подзарядки от сети вместо обычного, то в 2006 году их число увеличилось до 26%.
PHEV отличается от обычного гибрида впечатляющей экономичностью: машина приличных размеров может расходовать всего 2−3 л бензина на 100 км. Сегодня добиться такого расхода владельцы обычных гибридных автомобилей могут самостоятельно — для этого им потребуется потратить $5000 на комплект оборудования и провести какое-то время в гараже, занимаясь доработкой своей машины. Но скоро все желающие смогут получить PHEV более цивилизованным путем: калифорнийская фирма EDrive Systems и компания Hymotion из Торонто будут сами переделывать HEV в PHEV, дополняя штатные никель-металлгидридные батареи более емкими литий-ионными с соответствующей заменой управляющей электроники. Правда, стоить такая цивилизованная доработка будет вдвое больше самостоятельной.
Первые серийные PHEV обещают появиться в продаже в 2010 году. General Motors собирается представить сразу два таких автомобиля — GM E-Flex и Saturn Vue Green Line. Любопытно, что Vuе, подобно нынешним машинам из этой серии, будет гибридом параллельного типа, то есть бензиновый двигатель и электромотор будут одновременно или по отдельности вращать колеса автомобиля. А E-Flex станет гибридом последовательного типа: колеса будут вращаться только электромотором, а когда аккумуляторы сядут, маленький ДВС — бензиновый или дизельный (а когда-нибудь на смену ДВС могут прийти топливные элементы) — будет вращать генератор, подзаряжая аккумуляторы. Такая схема имеет меньший КПД по сравнению с параллельной из-за потерь при переходе механической энергии в электрическую и в обратном направлении, но она удобна с точки зрения компоновки при конструировании и производстве.
Стоит упомянуть и об электромобилях (EV, electric vehicle). Этой осенью в продаже должен появиться Tesla Roadster ценой в $93 000, который способен разгоняться до 100 км/ч с места за 4 секунды и проезжать около 400 км без подзарядки. Огромный прогресс по сравнению с более ранними электромобилями, но для путешествий такая машина не подойдет. Вице-президент GM Боб Лутц метко заметил: «Вам не удастся взять канистру и на заправке наполнить ее электричеством на пять баксов».
«Один вопрос не дает мне спать по ночам, — признается Боб Лутц, — как нам сделать аккумуляторы. Ведь требования к аккумуляторам для электронных устройств и автомобилей совершенно разные. Но полагаю, что мы сможем их сделать».
Самый главный вопрос здесь надежность. Обычно производители гибридных машин дают гарантию на батареи на 8 лет или 120 000 км. В тех американских штатах, которые следуют более высоким калифорнийским стандартам, цифры внушительней — 10 лет и 220 000 км. Это высокие стандарты для литий-ионных батарей, но слишком сложно предсказать, сколько могут прослужить недавно разработанные аккумуляторы. Небольшие компании, такие как Hymotion, могут предложить более короткую гарантию, но большим автопроизводителям придется придерживаться заданных стандартов.
Еще один важный параметр — безопасность. Вы, наверное, слышали о самовоспламеняющихся аккумуляторах ноутбуков? Но если возгорание батареи опасно для компьютера, то для автомобиля это настоящая трагедия. Компания A123, разрабатывающая аккумуляторы для GM; Reno; невадская фирма Altair Nanotechnologies, которая поставляет литий-полимерные батареи фирме Phoenix Motorcars, выпускающей электромобили; французская компании Saft, также разрабатывающая аккумуляторы для GM, — все эти инноваторы уверяют, что их батареи долговечны и безопасны. Например, катоды батарей компании A123 изготовлены из нанофосфата с низким сопротивлением, который в случае короткого замыкания не нагревается так быстро, как обычный кобальтовый катод. Рик Фалоп уверен, что его компания сможет выполнить требования GM, и очень скоро. «На уровне элементарных элементов питания наши аккумуляторы готовы, — говорит он. — Они могут выдерживать более 7000 циклов зарядки». Ресурс такого элемента больше 10 лет. Но одним элементом не обойтись: для PHEV потребуется аккумуляторная батарея емкостью 9 кВтч, чтобы можно было проехать на ней более 60 км. Для этого потребуется соединить между собой около 200 отдельных элементов, что увеличит размер, вес и количество электроники, необходимой для управления уровнем разрядки и другими факторами. Фалуп говорит, что аккумулятор PHEV может занимать объем всего 110 литров и весить 180 кг. Но пока непонятно, как долго он сможет прослужить.
Автопроизводители считают, что самое главное в аккумуляторах — это цена. Согласно правилу буравчика автомобилистов, каждый кВт/ч добавляет примерно $1000 к стоимости батареи. Получается, что E-Flex, например, будет стоить на $9000−10 000 тысяч больше обычного бензинового автомобиля. По крайней мере, в начале.
«Если речь зайдет о производстве 100 000 аккумуляторов в год, цена будет меньше», — рассуждает Алан Готчер, глава компании Altair Nanotechnologies. Другие производители аккумуляторов называют схожие цифры: они полагают, что через несколько лет цена обычного аккумулятора для PHEV упадет до $5000 и в конце концов снизится до $3000.
Но сделать технологию доступной — только половина дела. Что произойдет, когда тысячи, а затем десятки и сотни тысяч автомобилистов начнут заправлять свои машины от домашней сети? «Не стоит волноваться, — успокаивают эксперты, — благодаря гибким тарифам можно сделать так, что большинство людей будут подзаряжать свои машины ночью, когда сеть сильно недозагружена. Подсчеты показывают, что, ничего не меняя в электроснабжении, в США при гибком подходе уже сегодня 73% легковых автомобилей можно перевести на зарядку от сети. Это бы позволило сократить ежедневное потребление нефти на 6,5 млн. баррелей, или на одну треть. Выбросы углек"