Секция Технические науки

подсекция 4

Галушка О.А.

Харьковская государственная академия дизайна и искусств

Проблемы развития экологического транспорта

История развития транспорта, как отмечает автор статьи [1] профессор В. Омельяненко, имеет три этапа.

Первый этап – начальный, он длился до конца XVII ст. Вначале был гужевой транспорт. Его появление связано с изобретением колеса, а движителями были животные. Первыми движителем на воде был парус. Эти виды транспорта практически мало изменились до настоящего времени.

Второй этап охватывает XVIII-XIX ст. Это был период бурного развития транспорта в результате изобретений двигателей: парового, электрического и внутреннего сгорания.

Третий этап начинается в ХХ и продолжается в XXI ст. Он характеризуется развитием летательных аппаратов и высокоскоростного электрического транспорта (ВЭТ). Отмечается, что в конце XX ст. возникла очень важная проблема – экологическая. Автор проводит сравнительный анализ различных видов современного транспорта (Рис.).

Рис. Левитационное качество современных видов транспорта

Критерием сравнения является зависимость левитационного качества – отношения подъемной (движущей) силы F_L к силе сопротивления движению F_D, от скорости движения. Кроме того, в виде наклонных линий показаны затраты мощности на перемещение единицы массы. Графики отражают четкие закономерности: с возрастанием скорости для всех видов транспорта уменьшается левитационное качество, а также существенно возрастают затраты энергии. Возрастание мощности двигателей, работающих на органическом топливе, и стремительный рост количества транспорта являются одной из причин современного экологического кризиса. Как альтернатива, предлагается широкое использование ВЭТ. Действительно, поезда на магнитной левитации – это одно из высших достижений ХХ ст. в сфере транспорта. Однако, этот вид транспорта занимает узкую нишу возможных скоростей движения. Это дорогой транспорт. В зоне эстакад его движения обеспечивается экологическая чистота. Но загрязняющие выбросы локализуются вокруг тепловых, атомных и др. электростанций, питающих электромагнитные системы ВЭТ. По существу экологичность ВЭТ относительная. То есть, на основе электротранстпорта глобальные экологические проблемы не решаются.

На наш взгляд, в историю развития транспорта с начала ХХI ст. нужно ввести четвертый этап – развития экологического транспорта. Сейчас это весьма актуальная задача. Многие ведущие автомобильные и, даже авиационные фирмы, занимаются этой проблематикой [2,3]. Так, Франкфуртский автосалон – 2007 прошел под флагом экологии [2]. Утверждается, что автомобили завтрашнего дня – это машины с гибридными силовыми установками. Там были представлены многочисленные гибридные силовые схемы с использованием энергии: бензина, биотоплива, спиртов, водорода, их различных смесей, а также электроэнергии бортовых аккумуляторных батарей. Многие используют смесь Е85 (85% эталона и 15% бензина). Применяются двигатели внутреннего сгорания, работающие одновременно на бензине и водороде, бензине и смеси Е85, бензине и спиртах и т.д. [3].

Бурно развиваются электромобили. Сегодня в мире их насчитывается около полумиллиона [4]. Их широкое использование зависит от качества бортовых электрических батарей. Появились литий – ионные, серно – литиевые батареи, которые при относительно небольших габаритах и массе имеют энергоемкость, обеспечивающую скорость и запас хода, близкие к машинам на бензине. Ученые и инженеры ведут активные поиски для транспорта и других альтернативных источников энергии.

Для анализа экологических качеств транспорта, работающего на известных и перспективных видах энергии, нами представлена таблица.

Таблица. Экологические качества транспорта

№ п/п	Энергетический источник	Оценка экологичности
		Реальность				Перспектива
		отсут-ствует	слабая	относи-тельная	высокая	высокая	абсо-лютная
1.	Бензин	+
2.	Дизельное топливо	+
3	Бензин + катализатор		+
4.	Дизельное топливо + катализатор		+
5.	Газ		+
6.	Биотопливо (рапс, подсолнечник, др. масляные культуры)		+
7.	Спирты (этанол, метанол)		+
8.	Электроэнергия (электробатареи)			+
9.	Мускульная сила				+
10.	Солнечные батареи				+
11.	Водород: газ, жидкость, гидриды металлов, топливные элементы				+
12.	Вода + NaCl + радиочастотный генератор					+
13.	Постоянные магниты					+
14.	Жидкий азот					+
15.	Гравитация						+

В таблице уровнем сравнения экологичности транспорта взяты машины с двигателями внутреннего сгорания на бензине и дизельном топливе. Экологичность машин на бензине с катализаторами, природном газе, спиртах (этанол, метанол), биотопливе (из масличных культур) нами классифицирована как слабая. Это связано с тем, что имеет место сжигание органических топлив, а выброс вредных примесей уменьшается всего на 15-20%.

Уровень экологичности электромобилей, как и описанного выше ВЭТ, определяется как относительный. Загрязнения среды переносится в зону «грязных» электростанций, от сети которых проводится зарядка бортовых электрических батарей машины.

Высокой экологичностью обладают транспортные средства на мускульной и солнечной энергии, но существуют ограничения для широкого их использования. Солнечные батареи площадью 1 м² могут обеспечить мощность электрической энергии порядка 200-300 Вт. Создание солнцемобиля мощностью 10 кВт и более с площадью солнечных батарей больше 30 м² становится практически невозможным.

Безусловно, топливом будущего называют водород [5, 6]. Это неисчерпаемый источник энергии. Он обеспечивает высокие экологические качества. При его сжигании образуются пары воды. Его можно использовать в газообразном состоянии в массивных баллонах высокого давления, жидким в криогенных баллонах, связанным с кристаллической решеткой пылеобразных металлов (гидридов металлов), а также в топливных элементах, превращающих реакцию соединения водорода и кислороде в электрическую энергию. Существенным недостатком водорода является его дороговизна. При обеспечении одинаковой мощности водород в 30 раз дороже бензина. По данным экспертов [5] 99% водорода сегодня добывают за счет сжигания газа и угля. Добыча его методом электролиза воды требует больших энергетических затрат. Если брать его из воздуха, то существует большая вероятность охлаждения стратосферы и разрушение озонового слоя [6]. Но появилась публикация о более эффективном извлечении водорода из соленой, в том числе морской, воды при облучении ее генератором радиоволновой частоты [5]. Таким образом, в перспективе в бак машины будет заливаться подсоленная или морская вода. Это дает уверенность в широком использовании водорода как стратегического экологически чистого топлива.

Весьма перспективными являются двигатели на постоянных магнитах. Они представляются как совершенные источники энергии будущего[7]. Такие двигатели компании «General Dynamics Electric Boat» проходят испытания для управления гребным винтом подводной лодки [8].

Интересная перспектива может быть у двигателей, работающих на жидком азоте. В атмосферном воздухе содержится 78% газообразного азота. Сжиженный азот перед подачей в цилиндры двигателя нагревается и под высоким давлением перемещает поршни двигателя. Процесс горения отсутствует, вредные примеси не образуются. Нейтральный азот при выхлопе возвращаются в атмосферу. Экологичность транспорта на этом принципе высокая.

Энергия гравитации нами отнесена к уровню абсолютной экологичности. Это абсолютно неисчерпаемый источник энергии. В соответствии с теорией гравитации А. Киндеревича и Л. Кича [9] превращение гравитационной энергии в механическую и электрическую является экологически чистым процессом. Многие ученые занимаются этой проблемой. Есть подтверждение явлений перегравитации, наблюдаемых в природных смерчах (торнадо) [10]. Канадский теоретик астрофизики Л. Кофман утверждает возможность измерения гравитационных потоков [11]. Российские физики Е. Подплетов и А. Рыков экспериментально подтверждают возможность управления гравитацией [12]. Американские ученые создали магнит с индукцией около 40 тесла, что на порядок выше, чем достаточно для управления гравитацией по расчетом теоретиков [13].

Все приведенные факты дают основание полагать, что проблемы развития экологического транспорта будут успешно решены.

Литература:

1. В. Омельяненко. Высокоскоростной электрический транспорт// Наука и техника, 2007, №7, с. 16-20.

2. С. Амресов. Автомобили завтрашнего дня// Популярная механика, 2007, №11, с.136-141.

3. Н. Корзинов. Ужин двигателя// Популярная механика, 2008, №3, с.106-110.

4. А. Воробьев–Обухов. Ампер-часы против литров// Вокруг света, 2007, №7, с.72-76.

5. Е. Трибушная. Огненная вода// Корреспондент, 2007, №37, с.62-64.

6. В. Жданов. Разумная альтернатива// Корреспондент, 2006, №29, с.50-52.

7. Э. Вогелс. Совершенный источник энергии. Колеос Минато. Опыты в Швеции// http: fdp. hemsida. net.

8. WWW. marinelog. com /DOCS/ NeWSMMV/ 2005 aug 0252/ html.

9. А. Киндерович, Л. Кича, Теория поля. Элементы теории чисел.- К.: НТТУ «КПИ», - 2000, с.582.

10. В. Медведев. Кто возьмет смерч за хобот// Наука и техника. 2007, №3, с.13-15.

11. Л. Кофман. Космология – это дом для всей физики// Наука и техника, 2007, №3, с.13-15.

12. WWW. membrana. ru.

13. Наука и техника, 2007, №9, с.74.