энергосберегающие технологии

Автомобильный газогенератор — технология будущего

Из истории

К 1938 году Франция имела 7800 газогенераторных грузовиков, что составляло 2% её автомобильного парка. Но через 2 года, в 1940 году, Франция предприняла массовый перевод коммерческих и военных транспортных средств на твердотопливную биомассу. К концу 40-го года 50 тысяч газогенераторных автомобилей были введены в эксплуатацию, а 40 тысяч газогенераторных установок ещё находилось в производстве. Кроме того, на газогенераторы были переведены 30 тысяч тракторов, 150 речных барж и 50 дрезин.

В Германии перевод транспортных средств на газогенераторное топливо стал национальной политикой. Уже к 1935 году на генераторное топливо было переведено более 10 тыс. автомобилей и несколько сотен барж и дрезин. Во время войны все тыловые транспортные средства были переведены на генераторное топливо. Так, только в период с 1940 по 1945 год в Германии было произведено примерно 500 тысяч транспортных газогенераторных установок. Такой большой парк газогенераторной техники (более 300 тысяч единиц только грузовых автомобилей) вызвал в стране дефицит топливной биомассы. В результате немецкое правительство инициировало создание газогенераторов, работающих на торфяных брикетах и каменном угле. Любопытно, что до войны в Германии изготовили ещё около 400 тысяч транспортных газогенераторных установок типа «Имберт», а также разработали съёмный транспортный газогенератор. Последний предназначался для выполнения челночных рейдов по транспортировке военной техники к Восточному фронту. В Германии к 1943 г. было коммерчески доступно 7 типов транспортных газогенераторов.

На тот момент в Великобритании (1939 г.) более 1500 автомобилей были оснащены газогенераторными установками.

В Дании в 1940 году имелось примерно 100 газогенераторных автомобилей. Немецкая оккупация Дании в апреле 1940 года оставила гражданское население без нефтепродуктов. В течение 48 часов были раскуплены продовольственные запасы, соответствующие обычной двухмесячной норме. Тем, кто не успел запастись продовольствием, угрожала голодная смерть, так как из-за отсутствия бензина не было возможности транспортировать продовольствие из пригородных зон.

В течение последующих б месяцев Дания повысила парк газогенераторных автомобилей до б тысяч штук. В результате удалось избежать голода среди населения — были восстановлены транспортные перевозки между фермами и городами. Дания, не обладая достаточными запасами топливной биомассы, до войны не развивала газогенераторные технологии. Однако во время немецкой оккупации в Дании были разработаны газогенераторы, работающие на морских водорослях, брикетах из опилок и различных видов торфа. Эти твердые виды топлива обслуживали транспортные средства датского сельского хозяйства и промышленности вплоть до 1945 года.

Рис. 1. Урал-ЗиС 354. Наиболее известный советский газогенераторный автомобиль.

Наиболее интересна иллюстрация возможностей газогенераторных технологий на примере Швеции. В сентябре 1939 года Швеция имела приблизительно 1500 газогенераторных грузовых автомобилей и один газогенераторный автобус. К марту 1942 года автомобильный парк Швеции уже насчитывал 67 тысяч газогенераторных транспортных средств (35 тысяч легковых автомобилей, 3400 автобусов, 28500 грузовиков и 400 тракторов). К 1 мая 1943 года Швеция увеличила свой транспортный парк до 73650 газогенераторных автомобилей, что составило 91% от всех транспортных средств на дорогах Швеции и приблизительно 33% от общего довоенного парка автомобилей. Кроме того, к лету 1942 года, когда нехватка металла приостановила производство новых газогенераторов, ещё 15 тысяч тракторов, 100 дрезин и 700 дрезин облегченного типа были переведены на твердое топливо.

К 1940 году численность парка газогенераторных автомобилей в СССР составляла 5 тыс. штук, что соответствовало примерно 5% всего парка грузовых автомобилей страны, а также 16 тысячам газогенераторных тракторов.

Рис. 2. Сохранившийся в работоспособном состоянии газогенераторный автомобиль (США 2001 г.)

В период с 1938 г. по 1944 г. парк газогенераторных автомобилей в СССР увеличился в 40 раз и, по имеющимся данным, к началу 1941 года составил 200 тысяч автомобилей, оснащенных 12-тью типами транспортных газогенераторов.

Швейцария, имевшая в 1938 году 500 газогенераторных автомобилей, к 1943 довела их количество до 15 тысяч штук.

В Италии правительственным декретом в 1942 году все 68500 автомобилей были переведены на твердое топливо.

В Норвегии и Голландии все рыболовецкие суда к 1943 году были переведены на газогенераторное топливо.

Японское правительство, отдававшее приоритет газогенераторным технологиям, в 1939 году издало декрет, запрещающий регистрацию новых автомобилей, неприспособленных к работе на древесных чурках или древесном угле.

В Австралии в 1939 году было коммерчески доступно 34 типа газогенераторов. К 1942 году приблизительно 1500 транспортных средств и 700 тракторов перевели на твердое топливо. К 1943 году парк газогенераторных автомобилей Австралии вырос до 40 тысяч штук.

Новая Зеландия, не имевшая до Второй мировой войны газогенераторных автомобилей, к 1943 году оснастила 1773 автомобиля (507 грузовиков, 700 тракторов, 10 автобусов и 556 легковых автомобиля) газогенераторами.

Рис. 3. Легковой автомобиль, переоборудованный на твердое топливо (Швеция, 1960 г.)

В Бразилии к 1942 году было изготовлено 22 тысячи газогенераторных автомобилей, из которых 11 тысяч грузовых, 1 тысяча автобусов и 10 тысяч тракторов.

В Индии, Китае и других азиатских странах в начале 1940-х также появились газогенераторные автомобили.

Рис. 4. Заправка газогенераторного легкового автомобиля с кустарной газогенераторной установкой (Швеция, 1972 г.)

В США в 1943 году было только 6 газогенераторных экспериментальных автомобилей, но тысяча транспортных газогенераторов построили в Мичигане для экспорта в Китай.

Приведенная выше статистика хорошо иллюстрирует возможности и доступность технологий силового использования биомассы. Так, в 1938 году общее количество газогенераторных автомобилей на Земле составляло не более 10 тысяч штук, но уже к 1942 году их количество выросло до 600 тысяч (см. таблицу), а к 1946 году — превысило 1 млн. штук.

Рис. 5. Компоновка легкового автомобиля кустарной газогенераторной установкой (США, 1975 г.)

К тому времени технология газификации твердых топлив достигла высокого уровня развития. Однако большинство транспортных средств, находящихся в эксплуатации, было временно переведено с бензина на твердое топливо и эксплуатировалось на газогенераторных установках лишь до появления возможности перехода обратно на бензин. Таким образом, стремительный рост числа газогенераторных автомобилей в промышленно развитых странах на протяжении Второй мировой войны был вызван исключительно военной обстановкой и дефицитом жидкого топлива.

Рис. 6. Кустарная компоновка газогенератора на багажнике легкового автомобиля (США, 1975 г.)

В 1946 году, сразу после окончания войны, развитие технологии и интерес к автомобильным газогенераторам стали падать, т.к. появился недорогой бензин ($15/галлон). Технология была настолько заброшена, что даже передовые разработки XXI века зачастую не позволяли достичь тех технических характеристик газогенераторных установок, которые были обычны для 40-х годов прошлого века. В 1946 г. большинство проектов, исследований и производственных команд прекратили своё существование и были перепрофилированы. Принимая во внимание, что большая часть опыта и результаты последних экспериментов утеряны, до нас дошла лишь небольшая часть накопленных тогда знаний. В основном это то, что к тому времени уже издали. Таким образом, к 1950 году парк газогенераторных транспортных средств в промышленно развитых странах сократился до 300 штук.

Рис. 7. Газогенераторный трактор с газогенераторной установкой типа «Имберт» (Швеция, 1976 г.)

В СССР из-за большого объема древесных отходов, производимых лесозаготовительной промышленностью, было принято решение дальше развивать технологию термохимической конверсии биомассы. В результате серийное производство и эксплуатация газогенераторных автомобилей продолжалась до 1965 года. В период с 1850 г. по 1950 г. в мире проводилось множество исследований, направленных на коммерциализацию технологии газификации твердого топлива для силовых целей. Число книг, статей и патентов в тот период превысило 10000. Наибольшее количество публикаций пришлось на период с 1919 г. по 1950 годы.

В СССР исследования в области автомобильного газогенераторостроения продолжались с 1923 г. вплоть до 1965 г. и были освещены в более чем 5000 публикациях.

На первый взгляд может создаться впечатление, что технология транспортного газогенераторостроения была достаточно глубоко изучена. А упадок вызван научной обоснованностью её технической несостоятельности. В действительности технология активно развивались в преддверии и во время Первой и Второй мировых войн. Большинство фундаментальных трудов по теории газификации твердых топлив и, особенно, по транспортным газогенераторам были изданы в период с 1936 по 1944 гг. Глубокий анализ публикаций по этой теме, проведенный Академией наук США в 1983 году, выявил интересный факт. Большинство трудов, изданных в то время, дублировали друг друга и отличались лишь незначительными конструктивными вариациями, которые особо не влияли на работу газогенераторной установки. Анализ развития технологии транспортных газогенераторов, проведенный Королевской академией наук Швеции (1950 г.) и Академией наук США в 1983 г. позволил выделить из 15000 тематических публикаций 490 основных. В них сосредоточены те знания и опыт конструирования транспортных газогенераторов, которые сохранились до наших дней. Проведенное авторами исследование отечественных литературных источников по транспортному газогенераторостроению позволило выделить из более чем 5000 книг, статей и патентных материалов 100 источников, содержащих основную информацию. С 1965 г. и по сей день в мире было опубликовано порядка 200 научных трудов по данной теме. Такое количество публикаций в мировом масштабе свидетельствует о том, что технология газогенераторостроения находится лишь в начале своего технического развития.

Её развитие велось лишь нескольким научными школами и отдельными специалистами, которые систематизировали и сохранили часть достижений середины прошлого века. Сегодня любой специалист, интересующийся технологией и конструкциями транспортных газогенераторов, сталкивается с проблемой дефицита технической информации. Только этим можно объяснить создание в 60–70 гг. прошлого века газогенераторных установок (Рис. 6, Рис. 7), которые по своим техническим и эстетическим характеристикам оказались идентичны моделям, разработанным ещё в начале XX века. Эти разработки воспринималась как чудачество, и зачастую результаты использовались для иллюстрации технической несостоятельности технологии в целом.

Возрождение транспортных газогенераторов произошло на фоне топливного дефицита и скачка цен на нефть, случившимися одновременно в 20 странах в 1970 году. Именно с тех пор велись немногочисленные исследования энергетического использования биомассы (Рис. 4, Рис. 5). Коммерческий интерес к транспортным газогенераторам был наиболее выражен среди таких организаций, как Мировой Банк, Американское Агентство Международного Развития, Европейский Банк Реконструкции и Развития и пр., ведущих свой бизнес в малоразвитых странах. По сути дела, на гранты этих организаций и велось развитие технологии с 1970 года вплоть до наших дней. На их деньги была издана большая часть тематических книг по технологиям силового использования биомассы и организованы несколько десятков научных конференций и семинаров. Кроме того, эта технология в результате получила широкую правительственную поддержку и поощрение к дальнейшему развитию в некоторых малоразвитых странах. Например, Южно-Африканская Республика уже к концу 1985 года перерабатывала для энергетических целей более 1 млн тонн древесной биомассы, из которой 2% использовалось для нужд транспортных средств (Рис. 14). На Филиппинах, благодаря правительственным инициативам, в 1980 году 25 бензиновых и 3 дизельных транспортных средства были оснащены транспортными газогенераторами. С тех пор в стране эта технология получила широкое распространение, найдя применение в сельском хозяйстве, в речном судостроении (для ирригационных насосов) и в дизель-генераторах.

Рис. 8. Современный газогенераторный грузовой автомобиль (Франция, 2005 г.)

Работы по развитию этой технологии также проводились и в других странах. В Австралии (на западе континента) в 1981 году был построен транспортный газогенератор для использования на грузовых автомобилях грузоподъемностью до 8 тонн. Определенные разработки велись в Бельгии, Китае, Финляндии, Франции, Германии и Швеции. Опыт Швеции особенно интересен. Там принята программа перевода сельскохозяйственного транспорта на генераторное топливо до 2010 г. По мнению правительства, это позволит сделать цены на сельскохозяйственную продукцию независящими от стоимости нефтепродуктов.