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미국 주변의 기술, 기술, 개체의 역사
대체 연료를 사용하는 자동차. 발명과 생산의 역사
전문가들에 따르면 지구상의 모든 알려진 석유 매장량은 XNUMX년을 넘지 못할 것입니다. 휘발유는 점점 더 비싸지고 있으며 오늘날 그들은 그것을 무엇으로 대체하려고하지 않습니다. 그리고 액화 천연 가스, 모든 종류의 합성 가스 및 액체, 특히 알코올은 지팡이에서 오렌지 껍질에 이르기까지 다양한 원료에서 추출됩니다. 이러한 연료는 거의 모두 휘발유보다 환경에 덜 해롭지만 자동차 배기 가스는 여전히 무해하지 않습니다. 특정 조건에서 전기 자동차는 자동차로 인한 대기 오염 문제를 근본적으로 해결할 수 있습니다. 이를 위해서는 에너지원의 운영뿐만 아니라 이 에너지원의 생산과 폐기물 처리까지도 친환경적이어야 합니다. 지금까지 전기차에 일반적으로 사용되는 배터리는 이러한 요건을 충족하지 못했다. K. Klimov는 저널 "Science and Life"에서 "그러나 최근 몇 년 동안 전기 자동차가 훨씬 더 널리 사용되었습니다. 세계 최대 자동차 회사의 발전 덕분에 배터리(무게, 크기, 자주 충전해야 할 필요성)가 다소 감소했습니다.예를 들어 최근 독일 회사인 BMW는 황화나트륨 배터리를 기반으로 한 새로운 전기 자동차를 시연했는데 회사에 따르면 단 96초가 소요된다고 합니다. 정지 상태에서 시속 20km, 최고 속도 시속 130km, 재충전 범위는 270km에 달하지만 이러한 전기 자동차는 작동 온도가 나트륨 황 배터리는 섭씨 약 350도입니다. 이 온도 자체와 특수 히터의 도움으로 배터리 작동 중에 배터리를 유지해야 하는 필요성으로 인해 폭발 및 화재 위험이 있습니다." . 매년 점점 더 많은 "전기" 자동차가 공공 도로에 있으며 이 지역의 새로운 발전에 대한 보고서는 잡지와 신문의 페이지를 떠나지 않습니다. 최근까지 전기 자동차의 개발은 전류 소스의 낮은 매개변수로 인해 제약을 받았습니다. 수년 동안 기존의 납축전지가 이 용량으로 사용되었습니다. 다른 심각한 단점 외에도 약 150km로 재충전하기 전에 자동차의 주행 거리를 제한했습니다. 현대화의 결과 배터리가 가벼워지고 액체 형태의 산이 덜 위험한 젤로 대체되었습니다. 그럼에도 불구하고 이 방향의 돌파구를 기다릴 필요가 없으며 에너지 "패킹" 밀도와 산성 배터리의 전력이 이론적인 한계에 거의 도달했습니다. 그러나 납을 니켈로 대체하면 니켈-카드뮴, 니켈-수소 및 니켈-아연과 같은 모든 범위의 새로운 배터리를 만들 수 있습니다. 그들은 납산 배터리와 유리하게 비교됩니다. 그들은 내구성, 서리에 대한 둔감성, 빠르게 재충전하는 능력이 특징입니다. 사실, 더 비싸고 일부 유형의 배터리는 여전히 주기적으로 충전해야 합니다. 니켈-금속 수소화물 시스템은 오늘날 가장 유망한 것으로 인식되고 있습니다. 최대 특정 지표를 가진 사람들이며 자체 방전이 허용됩니다. 한 달에 용량의 XNUMX %입니다. 이 배터리가 자동차 산업에 처음 사용된 지 XNUMX년이 지났습니다. 이 기간 동안 실험용 전기 자동차는 도로에서 수백만 킬로미터를 주행하여 영하 XNUMX도에서 XNUMX도 사이의 온도에서 작동하기에 적합함을 입증했습니다. "Behind the wheel" 잡지는 다음과 같이 기술합니다. "니켈 금속 수소화물 시스템의 명백한 이점은 무엇보다도 다음 재충전까지 거의 두 배의 주행 거리(납축 배터리와 비교하여 최대 250km)입니다. 1996년에는 니켈 수소 배터리로 구동되는 전기 모터로만 구동되는 Solectria-Sunrise 자동차가 한 번에 600km 이상을 주행했다는 기록도 기록되었습니다! 10회 이상의 충방전 사이클을 통해 80km를 주행한 것과 같습니다. 이 모든 것은 예를 들어 미국의 Toyota 쇼룸에서 구매자에게 즐거움으로 알려질 것이며 즉시 새로운 RAV-4EV 오프로드 차량을 타겠다고 제안할 것입니다. 바닥 아래에는 24hp 용량의 전기 모터에 동력을 공급하는 67개의 니켈 금속 수소화물 배터리가 숨겨져 있습니다. 이것은 상당히 빠른 가속(0-100km/h - 18초)에 충분하며 최대 속도는 125km/h로 제한되어야 했습니다. 나는 그것을 좋아했다 - "RAV-4EV"는 $42000에 바로 거기에서 살 수 있다. 뭔가 어울리지 않나요? 화를 내지 마십시오. 결국 Toyota의 전기 자동차 선택은 제한되지 않습니다. Honda EV Plus, Ford Ranger EV 및 Nissan Altima EV가 있습니다. 목록은 계속됩니다. 유럽인은 Peugeot-106 Electric 및 Citroen-AX Electric을 좋아했으며 Bombardier NV 마이크로모빌은 일부 VAZ보다 요구하는 것이 거의 없는 세련된 젊은이들에게 깊은 인상을 주기 위해 요구되었습니다.
무엇보다도 전기 자동차는 소위 하이브리드 자동차라는 새롭고 매우 유망한 방향을 탄생시켰습니다. 하이브리드 방식은 일반 연료(가솔린 또는 가스, 그러나 더 자주 디젤 연료)로 작동하는 엔진과 전기 모터의 조합입니다. 이 특정 그룹의 대표적인 대표자인 Toyota Prius는 상업적으로 가장 성공한 사례 중 하나입니다. 작년에 XNUMX명 이상의 구매자가 이 모델을 선호했으며 이는 이미 의미가 있습니다. 미국에서는 자동차 산업이 적극적으로 새로운 솔루션을 찾도록 자극하기 위해 모든 회사가 2003년까지 프로그램에 적어도 하나의 전기 자동차 모델을 포함하도록 요구하는 법률이 통과되었습니다. 그렇지 않으면 - 무역 금지. 오늘날 "내연 기관의 주요 경쟁자"라는 제목의 주요 경쟁자 중에는 연료 전지가 장착된 자동차가 있습니다. 연료 전지는 1839년 영국의 물리학자 William Grove가 수소와 산소의 전기화학 반응으로 전기를 생성하면서 처음으로 빛을 보았습니다. 1960년대와 1970년대에 연료전지 엔진이 우주 산업에서 처음으로 사용되면서 주제가 집중적으로 개발되기 시작했습니다. 일반적으로 화력발전소에서 연료의 화학 에너지를 전기 에너지로 변환하는 방법은 무엇입니까? 첫째, 연소 중에 방출되는 열에너지가 증기의 운동에너지로 변환된다. 그런 다음 터빈 로터의 증기 에너지는 기계적 회전 에너지로 변환됩니다. 그리고 마지막으로 발전기의 권선에서 기계적 에너지가 전기가 됩니다. 손실은 모든 단계에서 불가피합니다. 연료 전지에서 연료의 화학 에너지는 즉시 전기 에너지로 변환됩니다. 연료 전지 또는 전기 화학 발전기는 전기가 생성되는 동안 연료 산화 반응이 일어나는 기술 장치입니다. 수소, 알코올, 암모니아 및 탄화수소(천연 가스, 오일)는 연료 역할을 할 수 있고 산소, 질산 등은 산화제 역할을 할 수 있습니다(연소는 산화 반응임). 연료 전지의 디자인은 간단합니다. 이것은 전해질(산 또는 알칼리 수용액), 두 개의 다공성 전극(배터리에서와 같이 양극과 음극) 및 연료(양극에) 및 산화제(음극에)를 공급하기 위한 튜브가 있는 용기입니다. . 양극에서 수소 분자는 원자로 분해되어 전자를 잃고 양이온이 되어 전해질로 들어갑니다. 이온을 잃은 양극은 다른 전극에 대해 음전하를 얻고 자유 전자는 외부 회로를 따라 후자를 향해 이동합니다. 거기에서 그들은 산소 원자와 결합하여 음이온이 형성됩니다. 후자는 전해질을 통과하여 양성 수소 이온과 결합합니다. 이것은 전류가 흐르는 폐쇄 회로를 생성하고 연료 전지는 발전기가 됩니다. 전기 외에도 부산물인 증류수도 생성합니다. 단일 연료 전지는 약 1,5V의 전압을 생성합니다. 더 높은 전압을 얻기 위해 전지를 서로 직렬 연결하여 배터리를 형성합니다.
배터리의 연속 작동 시간은 연료, 산화제 및 전극 재료의 마모(산화) 비축량에 따라 달라지며 기존 설비에서는 1000시간입니다. 따라서 이제는 심해 차량이나 지구 근처 우주 정거장과 같은 자율 소비자의 전원 공급에만 사용됩니다. 오늘날 수소-산소 연료 전지가 가장 일반적으로 사용됩니다. 그러나 공기-알루미늄 연료 전지는 공기 산소가 유입되는 다공성 탄소-흑연 판을 음극으로 사용하고 알루미늄 합금 판을 양극으로 사용하는 훨씬 더 효율적입니다. 산화는 XNUMX%의 효율로 진행되며 실온에서 "연소된" 알루미늄 XNUMXkg은 매우 높은 온도에서 공기 중에서 연소될 때 석탄 XNUMXkg이 제공하는 에너지와 거의 같은 양의 에너지를 외부 회로에 전달할 수 있습니다. K. Klimov는 "Science and Life" 저널에 실린 자신의 기사에서 "이러한 전기 공급원은 설계의 단순성, 완전한 작동 안전성 및 우수한 특정 에너지 특성과 같은 많은 장점을 가지고 있습니다. 주로 에너지에 의해 결정되는 재료 생산 공정의 강도. 그러나 이 단점은 시간이 지남에 따라 감소해야 하며 러시아 과학 아카데미의 A.A. Baikov 야금 연구소의 최신 개발 덕분에 완전히 제거될 수 있으며 더욱이 아주 가까운 미래 . 연구소 전문가들은 소위 다성분 화학 반응의 새롭고 매우 효과적인 방법을 개발했습니다. 이온 및 전자 전도성을 모두 갖는 특별히 선택된 매질에서, 다중 및 균일하게 분포된 미세전극(일명) 전기화학 반응은 특정 온도에서 발생합니다. 그들의 도움으로 금속, 특히 알루미늄을 포함하여 알려진 많은 원소를 순수한 형태로 얻을 수 있습니다. 이것은 오늘날 이미 이루어지고 있지만 지금까지는 실험실 조건에서 일반 토양 점토 또는 알루미나를 포함하는 모든 광석 원료가 원료로 사용됩니다. 산화알루미늄(알루미나의 주성분)은 염화칼슘과 함께 염화알루미늄으로 전환되어 반응기로 보내진다. 소다를 석탄으로 가열하여 얻은 금속 나트륨 증기도 여기에 들어갑니다. 따라서 알루미늄 용융물과 혼합된 나트륨 용액이 반응기에서 형성되고 다중 산화환원 반응이 동시에 발생하기 위한 조건이 생성됩니다. 이러한 반응의 결과로 액체 알루미늄이 얻어진다. 이러한 반응 중 일부는 물론 생산 공정의 에너지 집약도를 감소시키는 열 방출과 함께 진행됩니다. 생산 자체는 기존의 전기분해보다 간단하고 저렴하며 환경적으로 훨씬 깨끗합니다.” 업계가 알루미늄 생산을 위한 새로운 기술을 습득할 수 있다면 알루미늄과 그 합금 모두 훨씬 저렴해질 것입니다. 이렇게 하면 한 번에 두 가지 문제가 해결됩니다. 첫째, 자동차 연료 문제 해결에 속도를 낸다. 둘째, 차체를 가볍고 부식되지 않는 재료로 만들 수 있어 무게를 크게 줄일 수 있습니다. 그리고 자동차의 무게를 줄이면 운전할 때 에너지 소비를 줄일 수 있습니다. 공기-알루미늄 연료 전지는 이미 러시아를 비롯한 많은 국가에서 생산되고 있습니다. 그러나 일본인들은 그들에게 특별한 관심을 보였다. 그들은 일년에 수천만 개를 생산합니다. 일본은 곧 알루미늄으로 전기 자동차 생산을 시작하려는 의도를 숨기지 않습니다. Mercedes-Benz(현 Daimler-Chrysler)는 이 기술을 자동차 산업에 도입한 선구자 중 하나로 간주됩니다. 1994년 밴을 기반으로 연료 전지 "Neckar-1"이 장착된 프로토타입 자동차를 제작했습니다. 3년 후, V급 승용차에 유사한 발전소가 장착되었습니다. 새로운 단계는 메탄올을 연료로 사용하는 Nekar-3의 초연이었습니다. 잡지 "Behind the wheel"에 따르면 "이 모델의 특징은 에너지를 저장하기 위한 배터리가 없다는 것입니다. 시스템의 프로세스는 직접 발생합니다. 가속 페달을 밟으면 최대 출력의 약 38%를 사용할 수 있습니다. 결과적으로 자동차의 적절한 가속 역학은 기존의 디젤 또는 가솔린 모델과 상당히 비슷합니다.연료의 경우 메탄올 사용에는 특별한 보안 조치가 필요하지 않으며 자동차에 연료를 보급하는 과정 탱크에 휘발유를 채우는 것과 크게 다르지 않습니다.그런데 Neckar-400 연료 탱크에는 4리터의 연료가 들어 있으며 자동차는 XNUMXkm를 극복할 수 있습니다.이것은 이미 좋은 결과를 얻은 것 같습니다. Neckar-XNUMX" - 대량 생산을 위한 다음 프로토타입이자 마지막 프로토타입이 아닙니다. Daimler-Chrysler에 대한 우려 외에도 Ford 및 Volvo, Nissan 및 Renault, Mazda와 같은 많은 회사에서 연료 전지가 장착된 차량의 연구 및 개발을 수행하고 있습니다. 그리고 여전히 해결해야 할 문제가 많지만 방법 Daimler-Chrysler 예측에 따르면 이 회사는 이러한 차량의 연속 생산으로 향후 40-100년 동안 4~5대의 연료 전지 차량을 생산할 수 있을 것입니다. "Formula 1"의 디자이너인 Guy Negre는 MDI라는 회사를 설립하여 하이브리드 엔진이라는 새로운 엔진을 만들기 시작했습니다. 특히 공기가 연료 역할을 할 수 있습니다! Negro는 모든 작업이 하나의 실린더에서 수행될 때 고전적인 계획을 포기하기로 결정했습니다. 그는 두 가지를 사용합니다. 하나는 270 부피이고 다른 하나는 755 입방 센티미터입니다. 실린더는 20입방센티미터의 구형 챔버가 있는 밸브로 연결됩니다. 엔진이 가솔린으로 작동할 때 작은 실린더가 가연성 혼합물을 흡입하고 압축한 다음 연소실로 밀어 넣습니다. 거기에서 스파크 방전에 의해 점화되고 일정한 부피로 연소됩니다(챔버의 두 밸브가 모두 닫힘). 그런 다음 팽창 실린더(대형)로 연결되는 밸브가 열립니다. 이러한 계획에는 여러 가지 장점이 있습니다. 연소 단계는 팽창과 분리되어 기존 엔진보다 훨씬 더 길기 때문에 새 엔진은 극도로 희박하고 천천히 연소되는 혼합물에서 작동할 수 있으며 소음기가 필요하지 않으며 배기 독성은 일반 도시 공기와 비슷합니다. 압축 공기로 작업할 때 엔진의 프로세스는 실제로 변경되지 않습니다. 목표를 달성한 것 같았지만 Guy Negro는 새 엔진과 새 자동차 작업에 착수했습니다. 그는 그것을 TOP - "제로 오염 택시"라고 불렀습니다. 이 이름은 개념을 반영합니다. 이 차는 가솔린으로 연료를 공급하지 않고 압축 공기로만 연료를 공급할 것입니다. "프로젝트에서도 자동차는 전문가들 사이에서뿐만 아니라 권력자들 사이에서도 큰 관심을 불러 일으켰습니다. 그래서 멕시코의 의회 교통위원회는 프랑스 엔지니어의 발전에 관심을 갖게되었습니다. 그리고 멕시코인들이 Brignole를 방문한 후 세계에서 가장 오염된 수도인 멕시코시티에 있는 1997대의 모든 택시를 깨끗한 "내쉬는" 차량으로 점진적으로 교체하는 계약에 서명했습니다. TOP 모델은 현장에서 조립됩니다 - 프랑스 해외에 턴키 공장을 건설합니다. 우리는 반대를 예상합니다. 그들은 공기를 실린더로 펌핑하려면 에너지가 필요하며 발전소도 오염의 원인이라고 말합니다. 프로젝트의 저자는 가솔린, 전기 및 "공기"자동차에 대한 "정유 공장 - 자동차"체인의 최종 효율을 각각 9,4, 13,2 및 20%로 계산했습니다. "공기"가 눈에 띄게 앞서 있습니다. 새로운 모터는 이미 런인 하이브리드를 크게 반복했습니다. 그러나 이제 피스톤은 크랭크축의 특수 슬리핑 클러치 덕분에 사각지대(시간의 80%)에서 더 길어졌습니다. 실린더로 흡입되는 것은 외부 공기가 아니라 배기의 일부입니다. 점화 시스템, 연료 분사, 가스 탱크가 없습니다. 그러나 바닥 아래에는 50개의 탄소(거의 무중력!) 200리터 압축 공기 탱크가 깔끔하게 위치합니다. 그것의 예비 (200 기압에서 500 리터)는 시속 40 킬로미터의 속도로 100 킬로미터 또는 시속 90 킬로미터에서 XNUMX 킬로미터에 충분합니다. 제동하는 동안 에너지가 회수됩니다. 고압 압축기는 외부 공기를 실린더로 다시 펌핑합니다. 자동차에 "급유"하는 두 가지 방법이 있습니다. 고압 공기 라인에서 - 2-3분(서양 가격에서 단 4달러) 또는 본선에서: 전기 자동차를 충전하는 것보다 동일한 압축기가 XNUMX시간 만에 실린더를 팽창시킵니다. 전기차라고 하면 테슬라 모터스를 빼놓을 수 없다. 전기 자동차 생산에 중점을 둔 실리콘 밸리의 미국 자동차 회사입니다. 세계적으로 유명한 전기공학자이자 물리학자인 Nikola Tesla의 이름을 따서 명명되었습니다. 회사의 첫 번째 자동차는 Tesla Roadster 스포츠카였습니다. 공식 프레젠테이션은 19년 2006월 XNUMX일 캘리포니아 산타모니카에서 열렸습니다.
Tesla는 자동차 생산뿐만 아니라 전기 자동차 충전 스테이션인 Supercharger 네트워크 구축에도 참여하고 있습니다. 저자: Musskiy S.A.
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