Рынок углеводородов не только играет важнейшую роль в экономике, но и определяет основные принципы мировой политики. Зачастую именно энергоносители дают толчок к развитию целых регионов и направлений бизнеса. В нашем проекте «ТЭК 360» мы рассмотрим ключевые тренды отрасли, перспективы ее развития, влияние на другие сферы экономик.
Тема
месяца
Энергия движения

Покорение суши: от локомобиля до автомобилей-роботов

Практически половину всей нефти, добываемой в мире, потребляет транспорт. И значительная часть продуктов переработки нефти уходит в баки автомобилей: легковых, грузовых и многих других машин. Можно сказать, что автомобили создали мировую нефтедобывающую промышленность, и это не будет особым преувеличением. Но путь к привычной нам бензозаправке был довольно долог. 

История автомобиля, то есть повозки, которая движется по суше без участия силы человека или тяглового скота, начинается еще со времен паровой игрушки фламандского иезуита Фердинанда Вербиста, который, пребывая при дворе китайского императора примерно в 1672 году, соорудил самобеглую игрушечную тележку, приводимую в движение энергией пара. 

До практики дело дошло в 1769 году, когда француз Николя Кюньо установил паровую машину конструкции Томаса Ньюкомена на трехколесную повозку, которая могла везти людей и перетаскивать боевые орудия. И хотя она оказалась плохо управляемой, принцип автомобиля, то есть самодвижущегося устройства был воплощен в жизнь. 

После Кюньо появились и другие аппараты. Все эти машины работали на твердом топливе — дровах и угле. Кочегар был обязательным членом команды локомобиля (то есть «парового самохода»). Для железной дороги это не было проблемой, так как локомотив тащил за собой множество вагонов, и лишний человек не был в тягость. А вот для персонального транспорта было нежелательно. Нужно было придумать, как дозировать топливо самостоятельно самим водителем. 

Тогда же инженеры задумались и над тем, нужно ли вообще использовать в цилиндрах двигателей пар, ведь двигать поршень может любой расширяющийся газ. В 1806 году братья Ньепс предложили сжигать в цилиндрах угольную пудру. Спустя год Франсуа де Рива создал двигатель внутреннего сгорания, который работал на чистом водороде. Зажигалась смесь электрической искрой. 

В то время шел лихорадочный поиск топлива, которое должно было удовлетворять целому ряду критериев — оно должно было легко дозироваться и легко заполнять собой рабочий цилиндр. И еще очень важно было количество энергии, запасенное в единице объема топлива.

Середина XIX века ознаменовалась появлением керосиновых ламп для освещения и приготовления пищи. Однако керосин как основной продукт нефтеперегонки того времени не рассматривался как топливо для двигателей внутреннего сгорания по причине плохой испаряемости. А для паровых машин он был слишком уж дорог по сравнению с тем же углем. В итоге очередной мотор для автомобиля также использовал газ — его сделал в 1860 году бельгиец Этьен Ленуар. 

Выдающийся немецкий изобретатель Август Отто был знаком с двигателем Ленуара и обнаружил возможности его дальнейшего совершенствования. Его мотор, запатентованный в 1864 году, оказался в несколько раз более экономичным, чем мотор Ленуара. В 1876 году он сделал четырехтактный двигатель, работавший на спирту, и видел именно в этом виде топлива перспективу. 

Тем временем в Америке Джордж Брайтон, устав экспериментировать с керосином, пришел к выводу, что нужно другое топливо, а именно бензин, который в то время считался ненужным побочным продуктом при производстве керосина и даже сливался в водоемы. Для этого в 1872 году Брайтон придумал устройство испарения и смешения паров бензина с воздухом, которое можно назвать прототипом карбюратора. 

В 1880 году сербский инженер, работавший в Петербурге, Огнеслав Костович, разработал многоцилиндровый двигатель, который также мог работать на нескольких видах топлива, в том числе и на бензине. Но мировая слава выпала на долю бывшего сотрудника фирмы Отто, Готлиба Даймлера, который примерно в то же время, что и Костович, задумал использовать бензин для двигателей внутреннего сгорания. Даймлер ушел от Отто, который продолжал экспериментировать со спиртом, вместе с Вильгельмом Майбахом сделал свою фирму и в 1883 году выпустил первый бензиновый двигатель. 

Тем временем в начале 90-х годов разработки немецкого изобретателя Рудольфа Дизеля и русского инженера Густава Тринклера, работавшего на заводах Эммануила Нобеля в Петербурге, привели к появлению моторов, работающих на более тяжелом топливе, нежели керосин и бензин, а именно на солярке и даже на легкой нефти. Эти двигатели, которые мы сейчас называем «дизелями», не нуждаются в электрическом зажигании смеси — она вспыхивает сама от быстрого сжатия топливной смеси до очень высокого давления. Однако первые дизельные моторы были слишком тяжелы для автомобилей. 

Массовое производство автомашин началось в последнее десятилетие XIX века. В тот момент шла конкурентная борьба между моторами, работающими на бензине, спирте, и электромобилями. Выбор потребителей был связан в первую очередь с энергоемкостью топлива. Баки автомобилей позволяли проехать без дозаправки гораздо большее расстояние, чем электрические батареи, тем более что двигатели того времени могли заправляться и бензином, и спиртом, и самыми удивительными смесями этих веществ. 

В 1912 году была решена проблема безопасного и легкого запуска двигателя внутреннего сгорания — его стал запускать электрический стартовый двигатель, питающийся от аккумуляторной батареи. Так электродвигатели расчистили дорогу машинам с двигателем внутреннего сгорания. 

В 1920-е годы аналогичная ситуация возникла с использованием этилового спирта — как главное топливо спирт становился дороже бензина, но обнаружилось, что примерно 10-процентная добавка спирта к бензину повышает октановое число топлива и улучшает работу двигателей. Так и спирт уступил пальму первенства бензину, став из «противника» его «другом». 

В то же время на рынке появились гораздо более эффективные дизельные двигатели. В 1923 году на дороги Германии выкатился первый дизельный грузовик, а в 1933 году — и первый легковой автомобиль, оснащенный дизельным двигателем. Распространение дизельных моторов позволило эффективнее использовать нефть. 

Тем временем инженеры обратили внимание еще на одну — наилегчайшую — фракцию перегонки нефти. Еще в 1910 году американский химик Уолтер Снеллинг выделил из бензина ряд газов, которые испаряются при атмосферном давлении, — это были пропан и бутан. Уже в 1913 году был испытан двигатель на этих газах, а Снеллинг очень выгодно продал патент на использование сжиженного пропан-бутана. 

В Западной Европе в середине 20-х годов ХХ века началось массированное использование нефтяных газов. Поэтому, когда в Советском Союзе в 30-х годах стали испытывать нехватку бензина, тоже был сделан акцент на дизельные двигатели и на внедрение газомоторного топлива. В 1936 году было издано соответствующее постановление советского правительства. Вновь к этой идее решили вернуться после Великой Отечественной войны, но открытие огромных нефтяных месторождений в Поволжье и Западной Сибири сделали данное направление в СССР неактуальным на несколько десятилетий. 

В 1985 году в СССР вернулись вновь к идее использования газового топлива для двигателей внутреннего сгорания, но уже на новом уровне, а именно используя сжатый природный газ — метан. Было построено около 500 автомобильных компрессорных станций, однако столь перспективное направление встало после распада Советского Союза. Вместе с тем в США и особенно в странах Западной Европы как раз вырос интерес к использованию пропана и метана исходя из экологических соображений — это топливо имеет самый низкий уровень вредных выбросов в ходе своей работы. 

В развитых странах существуют особые системы льгот при переводе транспорта на газомоторное топливо. Оно наиболее эффективно для городского общественного транспорта, а также для большегрузных машин, следующих по обустроенным магистралям, где функционируют газозаправочные станции. В черте же города актуальна синергия электромоторов и двигателей внутреннего сгорания — сильные стороны различных систем позволяют обеспечивать эффективное движение в разных режимах с минимальными выбросами в атмосферу вредных веществ. 

Ну а для автотранспорта, который совершает переезды на значительное расстояние в неблагоприятных погодных условиях, дизельное топливо и бензин по-прежнему вне конкуренции. И смены им в грядущем веке пока нет, несмотря на то что в городах назревает революция, связанная с электромобилями или автомобилями на топливных элементах.