Чтобы получить представление о том, какими могут быть автомобили через 20 лет, автор и редактор журнала Scientific American Стюарт Браун (Stewart F. Brown) провел беседу с представителями руководства компаний General Motors, Tesla Motors и Toyota и взял отдельное интервью у руководителя программы в Институте исследований электроэнергетики. Специалисты рассказали о том, как изменится сам автомобиль и какие средства коммуникации появятся у участников движения. Компания Tesla планирует выпустить спортивный электромобиль. Toyota будет развивать свой гибридный автомобиль Toyota Prlus, a Clxevrolet в 2010 г. начнет продажи модели Chevy Volt В ближайшем будущем батареи гибридных автомобилей можно будет заряжать от обычной электрической розетки, а затем ожидается появление автомобилей на водородном топливе. Об этих и других инновациях читайте далее.

Использования каких видов автомобильного топлива можно ожидать в период до 2030 г.?

Рейнерт: По моим прогнозам, в ближайшие пять лет и, возможно, в следующие десять цены на бензин будут довольно низкими, и за счет этого основу автомобильного мирового парка будут составлять машины с двигателем внутреннего сгорания. Автомобили получат шести-семиступенчатую систему трансмиссии, для уменьшения трения в узлах будут использоваться керамические подшипники и смазывающие жидкости нового поколения. Уже сегодня ведутся серьезные работы по совершенствованию двигателя внутреннего сгорания.

Если говорить о 2020-2025 гг., то можно предположить, что различия между дизельным и другими видами двигателей внутреннего сгорания будут стираться, и им на смену придет некий универсальный силовой агрегат. Этанол в том виде, в котором он используется сейчас, уйдет, и ему на смену придут биодизель и биотопливо второго и третьего поколения, которые можно будет внедрять во всех автомобилях. Для получения синтетических бензина и дизельного топлива будет использоваться биомасса, вероятно, на основе водорослей или твердых бытовых отходов.

К тому времени будут созданы совершенные аккумуляторные батареи, которые заменят литиевые и позволят создать полноценные электрические автомобили. Но они займут только определенную нишу рынка. Я думаю, что начнется и применение углеводородного топлива с низким содержанием углерода (получаемого не из природного газа), которое было разработано для питания топливных элементов. Это означает, что появятся нишевые аккумуляторные электромобили, а в последующие годы рынок для них будет созревать. Отдельный сегмент рынка займут гибридные автомобили со сменными аккумуляторными батареями и крупные машины с большим пробегом без заправки или подзарядки. Появится множество гибридов с двигателями внутреннего сгорания, а затем на рынок начнут выходить и автомобили на топливных элементах.

В 2030 г. все еще сохранятся автомобили с двигателями внутреннего сгорания, большую долю составят гибридные, возможно — электромобили с увеличенным пробегом и малолитражки, и в большем количестве станут появляться транспортные средства на топливных элементах.

Стремительно ширится использование беспроводной связи во всех областях. Как это скажется на автомобилях?

Берне: Информационные технологии и обмен данными между автомобилями активно распространяются. Все большее число задач, возникающих в процессе движения, решаются в автоматическом режиме процессорами, установленными на машинах. Развитие этих технологий и создание электронных дорожных карт позволит в ближайшие десять лет создать безопасное транспортное средство, а в дальнейшем место водителя займет автоматика.

Рейнерт: Я бы хотел остановиться на том, как обмен информацией между транспортными средствами может повлиять на городские автомобили. Думаю, что равноправный обмен важен не только для уменьшения пробок на дорогах, но с точки зрения социальных сетей, поскольку подрастает поколение милленниума, члены которого не мыслят свою жизнь без Интернета, и за ними буквально тянется информационное облако. Вы уже не привязаны к компьютеру, и ваш автомобиль становится частью информационной среды.

Бернс: В юности мое взросление ознаменовалось приобретением первого автомобиля. Я думаю, что для моей 18-летней дочери таким же по значимости событием был ее первый сотовый телефон. Сегодня у нее есть iPhone и автомобиль Saturn Vue. Я полагаю, что если бы ей пришлось отказаться от одной из этих двух вещей, она скорее отказалась бы от машины, чем от возможностей, которые предоставляет ей IPhone. Вопрос о социальных сетях, которые вы подняли, чрезвычайно важен. Это фактор, сильнейшим образом влияющий на поведение. И ситуация, когда неопытный водитель хочет отправить на ходу текстовое сообщение, очень опасна. Я думаю, что как специалисты мы располагаем решениями, которые позволят молодым водителям пользоваться одновременно и автомобилем, и социальной сетью.

Рейнерт: Несомненно. Если мы не сможем сделать автомобили инструментами социальных сетей вроде IPhone, мы потеряем пользователей, которые моложе дочери Ларри. Они просто не захотят сесть в машину, если будут вырваны из информационной среды. Рано или поздно производители автомобилей будут вынуждены идти навстречу запросам молодых потребителей.

Многим из разрабатываемых передовых автомобилей необходимы аккумуляторные батареи. Достаточно ли они хороши?

Дюваль: Основные усилия разработчиков сосредоточены на продлении ресурса батарей. Сегодня автопроизводители платят за батареи завышенную цену, в дальнейшем она должна упасть. На гибридных автомобилях уже используются батареи нового поколения, что дает возможность потреблять топливо более рационально.

Берне: Chevy Volt будет оснащаться батареей емкостью 16 кВт*ч, и мы будем использовать для езды только половину этого запаса энергии. Нам несомненно предстоит усовершенствовать конструкции.
В мире производится около 70 млн автомобилей в год. Следовательно, для того, чтобы любое решение на основе аккумуляторов чего-то стоило, необходимо наладить выпуск десятков миллионов батарей в год, и я думаю, что у нас есть возможности для работы на опережение (проблемы срока службы и стоимости решены в достаточной степени, чтобы можно было наладить производство в таком масштабе).
Если за время пробега автомобилем 150 тыс. миль (240 тыс. км) придется раз-другой сменить батарею, производители окажутся в трудном положении. Я убежден, что качество литиевых источников энергии будет улучшаться, а цена за единицу мощности падать. Но в этой области требуется некий технологический прорыв, и особенно в химических технологиях. Режимы работы батарей в записывающих устройствах и сотовых телефонах сильно отличаются от режимов их работы в автомобилях, где совершенно другие температурные пределы, а отбор мощности меняется в широких границах. Кроме того, в автомобилях необходимо обеспечить равномерное охлаждение отдельных элементов батарей и их однородную зарядку. Нам предстоит открыть очень многое из этого, чтобы создать новое поколение литий-ионных аккумуляторов.

Рейнерт: Какое-то время долговечность аккумуляторов будет определяющим параметром при их внедрении. Поэтому компания Toyota и я предполагаем, что другие производители будут очень внимательно следить за тем, как мы выполняем рабочие циклы наших батарей, за используемыми нами режимами поддержания и расходования заряда и за размерами батарей, имея в виду и расходы на гарантийное обслуживание. Литий-ионных аккумуляторов, способных сравниться с двигателями внутреннего сгорания, легко обеспечивающими пробег в 150 тыс. миль, пока не существует. Это ограничивает распространение аккумуляторных автомобилей либо нише-выми рынками городских автомобилей и гибридных автомобилей со сменными батареями очень малой емкости, либо транспортными средствами для дальних поездок с батареями средней емкости.

Стробел: Я бы предложил рассмотреть проблему со стороны стоимости одной мили пробега автомобиля. Мы можем говорить о минимальном пробеге без подзарядки, но можно использовать аккумуляторные модули. В этом случае в расчет следует принимать стоимость зарядки и смены модуля. При цене $2 за галлон бензина расчет может быть и не в пользу электромобиля, но при стоимости S3.5-4. как в большинстве стран Европы, можно и сэкономить. Существенную поддержку рынку могут оказать налоговые льготы для владельцев электромобилей и гибридов.

Дюваль: Сегодня существует много возможностей сократить расходы на пользование электрической энергией. В первую очередь, это гибкие тарифы с низкой стоимостью в ночные часы. Электромобиль можно запрограммировать таким образом, что он будет заряжаться в ночное время с двух часов ночи до девяти утра, когда потребление энергии минимально, а цена самая низкая.
Многие энергетические сети могут захотеть помочь в отношении расходов в домохозяйствах людей, т.к. они заинтересованы в зарядке батарей в часы наименьшей нагрузки. А потребители будут охвачены программой ставок, которая будет побуждать выполнять подзарядку преимущественно в часы спадов нагрузки на сети. На практике это приведет к тому, что в течение самых жарких месяцев года ваши автомобили не будут подзаряжаться, скажем, с 14 до 21 часа.

Насколько практично подзаряжать подключаемые автомобили в часы наименьших нагрузок на сети?

Дюваль: В этом заинтересованы энергетические сети. В ближайшей перспективе мы согласны с автомобилестроителями в том, что необходимо достичь определенных целей в отношении автомобилей, включая срок службы батарей. И уже после этого можно будет думать о других вещах. Сегодня разумная организация подзарядки (обеспечение автомобилистами и энергетическими сетями такого графика, при котором она будет обходиться дешевле всего) довольно трудная задача для нас.
Я думаю, энергосети могут пойти на введение зависимости стоимости электроэнергии от времени суток для большинства своих потребителей, в результате чего за энергию, потребляемую в часы пиковых нагрузок на сеть, те будут платить больше, а за потребляемую ночью — меньше. При этом зарядные устройства для автомобилей или сушилки для белья, автоматически включающиеся в три часа ночи, обойдутся дешевле работающих в часы пиковых нагрузок. И если владельцу автомобиля понадобится нажать кнопку немедленной подзарядки в эти часы, он просто заплатит больше. Но, как правило, пользователи будут проводить подзарядку в часы спадов нагрузки.

В последние десять лет много говорилось о топливных элементах. Каковы их перспективы сегодня?

Дюваль: В отношении топливных элементов главную трудность представляют не сами автомобили, а создание инфраструктуры для обеспечения их водородом. Когда дойдет до дела, водород можно будет получать либо из ископаемых видов топлива методом реформинга, либо из воды путем электролиза, что связано с затратами электроэнергии. И в этом случае электромобили будут экономичнее автомобилей на топливных элементах, а инфраструктура для них будет гораздо более дешевой.
Если бы вы создавали энергетическую систему США на основе водородного топлива, то понимали бы значение водорода. Уже сегодня можно создать водородную инфраструктуру, положив в основу процесс электролиза воды, но не стоит забывать о том, что водородные автомобили не доказали на практике свою эффективность, и на производство водородного топлива будут тратиться ископаемые источники энергии.

Стробел: Я считаю, что водородные топливные элементы должны доказать свою эффективность. Но это не панацея от всех бед.

Рейнерт: Тем не менее Daimler. CM. Honda и Toyota уже разработали совершенные топливные элементы и ожидают только создания водородной инфраструктуры, которая должна появиться примерно в 2025 г. Я думаю, что сложится более разнообразная картина пользования автомобилями и что через десять лет пробег в 400 миль (640 км) без дозаправки или подзарядки для каждого автомобиля не будет такой же желанной целью, как сегодня. Возможно, достаточно будет такого пробега, которого хватит, например, на день (или полтора), и что появятся такие службы, как Zipcar, которые позволят потребителям покупать только такой пробег, который им нужен, и не более.

И топливная экономичность, и выбросы в атмосферу, и безопасность автомобилей должны соответствовать определенным стандартам. Что вы думаете о будущих стандартах?

Стробел: Решения в этой области необходимо сосредоточить на вещах, которые позволят экономично расширять масштабы. Бессмысленно проводить политику внедрения чего-то, что не будет экономически оправданным хотя бы два десятка лет. Такая политика не повлияет ни на какие аспекты, связанные с уменьшением выбросов CO2 энергетической независимостью или чем-либо еще.

Берне: При решении вопроса о том, какой же технологии отдать предпочтение, законодатели должны предоставить возможность развиваться и биотопливным, и водородным направлениям. Что будет, если мы станем развивать их все вместе? Традиционные источники энергии, или возобновляемые, или даже водород, если применять их автономно, не позволят нам сократить выбросы углекислого газа в атмосферу.

Все эти технологии будут целесообразными, если они достигнут высокого уровня «командной игры». Мне приходилось общаться с большим количеством политиков и официальных лиц, но большинство из них даже не представляют, что надо сделать для того, чтобы продвинуть ту или иную технологию.

Дюваль: Давайте будем осторожны при принятии решения о продвижении той или иной альтернативы. Не стоит рисковать, вкладывая огромные средства в один проект, который не всегда может оказаться удачным.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
■ К 2030 г. автомобили будут оснащены гибридными двигателями, потребляющими разные виды топлива. Причем некоторые автомобили будут специально рассчитаны на короткие поездки и езду по городу.
■ В ближайшие годы будет развиваться интеграция автомобиля в информационное пространство. Автомобили смогут обмениваться данными, что повысит безопасность движения, а водитель будет находиться в привычной информационной среде.
■ Вопрос о том, будут ли автомобили через 20 лет ездить на водородном топливе, все еще остается открытым.