Оксид алюминия (основной компонент глинозема) переводят при помощи хлористого кальция в хлорид алюминия и отправляют в реактор. Туда же поступают и пары металлического натрия, который получают нагреванием соды с углем. Таким образом, в реакторе образуется раствор натрия, перемешанный с расплавом алюминия, и создаются условия для одновременного возникновения множественных окислительно-восстановительных реакций. В результате этих реакций и получается жидкий алюминий. Некоторые из таких реакций идут с выделением тепла, что, разумеется, снижает энергоемкость процесса производства. Само же производство оказывается и проще, и дешевле, чем традиционный электролиз, и к тому же гораздо чище экологически».
Если промышленности удастся освоить новую технологию получения алюминия, то и он, и его сплавы станут намного дешевле. Это позволит решить сразу две задачи. Во-первых, ускорит решение проблемы автомобильного топлива. Во-вторых, кузов автомобиля можно будет производить из легкого и не поддающегося коррозии материала, что приведет к значительному снижению его веса. А снижение веса автомобиля позволит уменьшить энергозатраты при движении.
Воздушно-алюминиевые топливные элементы уже сегодня выпускаются во многих странах, в том числе и в России. Но особый интерес проявили к ним японцы. Они производят их по несколько десятков миллионов в год. Японцы не скрывают намерений в скором времени наладить выпуск электромобилей на алюминии.
Одним из пионеров внедрения этой технологии в автомобилестроение считается фирма «Мерседес-Бенц» (ныне «Даймлер-Крайслер»). В 1994 году на базе фургона ею был построен прототип автомобиля с топливными элементами «Некар-1». Спустя еще два года подобной силовой установкой оснастили пассажирский автомобиль V-класса. Новой ступенью стала премьера «Некара-3», использующего в качестве топлива метанол. Как пишет журнал «За рулем»: «Отличительная особенность этой модели — отсутствие батарей для хранения энергии. Процесс в системе происходит напрямую — при нажатии на педаль акселератора около девяносто процентов максимальной мощности доступно уже спустя менее двух секунд. Как следствие — достойная разгонная динамика машины, вполне сопоставимая с обычными дизельными или бензиновыми моделями. Что касается топлива, то применение метанола не требует каких-либо особых мер безопасности, а процесс заправки автомобиля мало чем отличается от заполнения бака бензином. Кстати, топливный бак "Некар-3" вмещает 38 литров топлива, на котором машина способна преодолеть 400 километров. Этот, казалось бы, уже неплохой результат побил "Некар-4" — следующий и наверняка не последний прототип на пути к массовой продукции.
Помимо концерна "Даймлер-Крайслер", исследования и разработку автомобилей с топливными элементами ведут многие фирмы — "Форд" и "Вольво", "Ниссан" и "Рено", "Мазда"… И хотя предстоит еще решить массу проблем на пути к серийному выпуску таких машин, по прогнозам "Даймлер-Крайслер", одна только эта компания сможет наладить выпуск от 40 до 100 тысяч штук автомобилей на топливных элементах уже в ближайшие 4–5 лет».
Ги Негр, конструктор «Формулы-1», основал фирму MDI, где занялся созданием нового двигателя — гибридного. В нем в качестве топлива, в частности, может выступать воздух!
Негр решил отказаться от классической схемы, когда все действия происходят в одном цилиндре. У него используется два: один объемом в 270, а другой в 755 кубических сантиметров. Цилиндры соединены клапанами со сферической камерой в 20 кубических сантиметров.
При работе двигателя на бензине в малом цилиндре происходит всасывание и сжатие горючей смеси, которая затем выталкивается в камеру сгорания. Там она поджигается искровым разрядом и сгорает при постоянном объеме (оба клапана камеры закрыты). Затем открывается клапан, ведущий в цилиндр расширения (большой).
У такой схемы ряд преимуществ. Фаза сгорания отделена от расширения и намного продолжительнее, чем в обычном двигателе, поэтому новый мотор может работать на предельно обедненных, медленно горящих смесях, ему не нужен глушитель, а токсичность выхлопа сравнима с обычным городским воздухом.
При работе на сжатом воздухе процессы в двигателе практически не изменяются. Казалось, цель достигнута, но Ги Негр принялся за новый двигатель и новый автомобиль. Он назвал его TOP — «такси с нулевым загрязнением». Такое название отражает концепцию: в этой машине не будет бензиновой подпитки, только сжатый воздух.
«Еще в проекте автомобиль вызвал огромный интерес не только у специалистов, — сообщает журнал «За рулем», — но и у власть предержащих. Так, в Мексике парламентская комиссия по транспорту заинтересовалась разработками французских инженеров, и после посещения мексиканцами в 1997 году завода в Бриньоле был подписан контракт о постепенной замене всех 87 тысяч такси Мехико, самой загазованной столицы в мире, машинами с чистым "выдохом". Собирать "TOP-модели" будут на месте — французы построят за океаном завод под ключ.
Предвидим возражения: дескать, для того чтобы закачать в баллоны воздух, нужна энергия, а электростанции — тоже источники загрязнений. Авторы проекта посчитали конечный КПД в цепочке "нефтеперегонный завод — автомобиль" для бензинового, электрического и "воздушного" автомобиля: 9,4, 13,2 и 20 процентов соответственно — "воздушник" лидирует с заметным отрывом.
Новый мотор во многом повторил уже обкатанный гибридный. Однако теперь поршни стали дольше "зависать" в мертвых точках (80 процентов времени) благодаря особым проскальзывающим муфтам на коленчатом валу. В цилиндр засасывается не наружный воздух, а часть выхлопа. Нет систем зажигания, впрыска топлива, бензобака. Зато под днищем аккуратно расположились четыре карбоновых (почти невесомых!) 50-литровых резервуара для сжатого воздуха. Его запаса (200 л при 200 атм.) хватает на 500 километров при скорости 40 километров в час или на 100 километров при 90 километрах в час.
При торможении энергия рекуперируется — компрессор высокого давления закачивает наружный воздух обратно в баллоны. "Заправлять" автомобиль можно двумя способами. От воздушной магистрали высокого давления — 2–3 минуты (по западным ценам всего за полтора доллара) или от электросети: тот же компрессор накачает баллоны за 4 часа — быстрее, чем заряжается электромобиль».
С 2001 года TOP должны появиться в продаже, причем по всему миру: уже продано 19 заводов мощностью 2000 автомобилей в год каждый — в Австралию, Новую Зеландию, Южную Африку, Мексику, Испанию, Францию, Швейцарию.
Машина «Формулы-1»
В 1894 году состоялись первые в истории автомобильные гонки по трассе Париж — Руан длиной 127 километров. К участию в них допускались автомобили с любыми двигателями. Заявки подали 102 гонщика. Однако только 21 автомобиль сумел взять старт (14 из них имели двигатели внутреннего сгорания, 7 — паровые двигатели), а закончили гонку только 13 бензиновых и 2 паровых автомобиля. Первый приз поделили «Панар» Левассора (который сам вел машину) и «Пежо» с двигателями Даймлера. Они показали среднюю скорость 20,5 километров в час.
Гонки «Формулы-1» стартовали в 1950-е годы. Сегодня машина этого класса стоит порядка 6000000 долларов. Болид «Формулы-1» — компьютер на колесах, мощности которого вполне хватит, чтобы обеспечить полет «Шаттла». Бортовая ЭВМ непрерывно фиксирует более 100 параметров. Часть информации она оставляет в своей оперативной памяти, остальную по телеметрии передает на стационарный компьютер в боксе. С его помощью механики и инженеры следят за основными параметрами двигателя — оборотами, температурой, давлением, расходом горючего, а также оценивают другие критичные характеристики — например, температуру подвески правого заднего колеса.
В общем, бортовой компьютер его помощник и друг. Но не единственный, конечно. Не забывают о пилоте и в боксах. Время от времени следуют команды по радио типа: «Мика, увеличь подачу горючего на единицу…» Или: «Дэвид, на следующем круге меняем колеса…» И команды эти безукоснительно выполняются гонщиками, которые понимают: все обсчитано, со стороны виднее…
Гоночные автомобили создаются на основе новейших технологий. Эти технологии впоследствии часто используются на обычных автомобилях. Так, дисковые тормоза и турбонаддув впервые были испытаны на гоночных автомобилях.
Корпус машин «Формулы-1» делают из сверхлегких материалов, в которые, например, входят углеродные волокна.
Базовая структура не зависит от дизайнера и состоит из трех основных узлов: кокпита, передней и задней подвесок с колесами и двигателя, сблокированного с коробкой передач. Одновременно двигатель служит и несущим элементом конструкции.
Основная часть передней подвески спрятана под носовым обтекателем. Он служит не только для улучшения аэродинамики. Вмонтированная в него толстая прочная стенка предохраняет ноги пилота в случае столкновения машины с каким-либо препятствием на трассе.
При отделке кузова обращают внимание даже на малейшие детали, способные помешать достижению максимальной скорости. Обтекаемая форма — результат кропотливых поисков инженеров и многократных тестов в аэродинамической трубе. Она значительно уменьшает сопротивление воздуха при высоких скоростях, а болиды на прямых едут быстрее трехсот километров в час, что позволяет снизить потребляемую мощность и расход горючего и, конечно же, в результате увеличить скорость.
Для того чтобы машина не теряла устойчивость на высоких скоростях сзади к корпусу крепится антикрыло. Переднее антикрыло обеспечивает машине прижимную силу.
Мощность гоночного двигателя — 850–900 лошадиных сил. Весит такой мотор около 150 килограммов, поскольку максимально облегчен за счет применения высококачественного алюминия для цилиндров, всевозможных легких, но прочных материалов для других деталей.