К таковым относятся, прежде всего, электромобиль, солнечный электрический автомобиль, автомобиль с инерционным двигателем, автомобиль с гибридным двигателем.
Электромобили. Весьма перспективным является проект массового перехода от автомобилей с бензиновыми и дизельными двигателями на электромобили, которые действуют от батарей-аккумуляторов, подзаряжаемых на станциях.
Электромобили бездымны, бесшумны, их выделения не токсичны, они просты в управлении, а эксплуатация значительно экономичнее, особенно в городах. Этому способствует большой среднесуточный пробег автомобилей в городе, скорости и возможность организации сети зарядных станций для батарей-аккумуляторов. Такой автомобиль – идеальный для городов вид транспорта.
Любопытна история создания электромобиля. Первый электрический экипаж с первичным химическим источником тока (ХИТ) был создан еще в 1837 г., а уже в 1880 г. был изготовлен первый в мире аккумуляторный электромобиль. Его 28 свинцовых аккумуляторов обеспечивали автомобилю скорость 13 км/ч. В следующем году во Франции начал действовать пятиместный электромобиль коммерческого назначения. В Англии электромобиль появился в 1888 г., он оказался способным пройти около 9 тыс. км со средней скоростью 12 км/ч. В 1900 г. в Германии начали эксплуатироваться электробусы. В 1902 г. был создан микроэлектробус на 12 мест с запасом хода 140 км, способный развить скорость до 36 км/ч. Известно, что в 1912 г. во всем мире было около 30 тыс. электромобилей.
Однако электромобили того времени, характеризуясь низкими эксплуатационными показателями и конструкционными недостатками, были быстро вытеснены автомобилями с двигателями внутреннего сгорания.
Главными недостатками современного электромобиля, особенно со свинцово-кислотными аккумуляторными батареями, являются: ограниченный ресурс пробега, большая масса, малый срок службы источника тока и общая высокая стоимость.
Для электромобиля, соответствующему современному массовому автомобилю с ДВС, необходима мощность двигателя около 15 кВт, что обеспечивает аккумуляторная батарея массой порядка 300 кг. Она позволит выполнить до перезарядки батареи пробег до 80 км со скоростью 40—60 км/ч.
После мирового энергетического кризиса 1973 г. во многих странах мира развернулись исследования с целью разработки перспективных типов батарей, которые превосходят по энергоемкости наиболее распространенные свинцово-кислотные, а также создания новых накопителей энергии – ультраконденсаторов и топливных элементов (или электрохимических генераторов ЭХГ).
Требования к указанным устройствам изменяются в зависимости от назначения электромобиля, его типа, а также от оценки перспектив и масштабов их применения. Так, Департамент энергетики США установил систему целевых параметров батарей для электромобилей на ближайшее будущее, способных обеспечить запас хода 4-местного автомобиля в городских условиях 100 миль (161 км) и ускорение от 0 до 48 км/ч за 8 с.
В ряде случаев перспективно для получения электричества использовать электрохимические генераторы (ЭХГ) или топливные элементы, которые способны химическую реакцию окисления водорода кислородом на катализаторе преобразовывать в электрическую, но без сгорания. Они практически не выделяют вредных веществ и обладают относительно небольшой массой.
Еще одно достоинство двигателя на топливных элементах — высокий КПД. Для обычных двигателей, которые работают на бензине и дизельном топливе, он составляет 25–45%, КПД же топливных элементов – 70% и выше.
По мнению специалистов, применение топливных элементов, обладающих высокой удельной энергией и достаточно большим сроком службы, позволит устранить наиболее существенный недостаток электромобиля — малый запас хода.
Перспективы массового применения электромобилей определяются успехами в решении проблем увеличения запаса хода (пробег между зарядами аккумулятора или заменой реагентов), снижения стоимости, повышения экономичности и создания системы сервисного их обслуживания. Укажем также на необходимость резкого увеличения резервных мощностей электростанций, поскольку они недостаточны, если потребуется в перспективе ежедневная подзарядка многих миллионов электромобилей.
Солнечный электромобиль. Он представляет собой комплекс, включающий электрическую систему и солнечный коллектор, который обеспечивает перезарядку аккумуляторной батареи во время его движения или стоянки. Такие автомобили постоянно совершенствуются, отдельные модели существенно отличаются по конструкции, дизайну и рабочим характеристикам. Все они имеют солнечный коллектор, который поглощает солнечное излучение и превращает его в электричество. Оно «хранится» в батарее до тех пор, пока не потребуется для приведения в действие электродвигателя.
Солнечные автомобили уже сейчас имеют характеристики, которые вполне привлекательны для потребителей. Например, автомобиль «Санрайдер» (г. Кардифф, Великобритания) весит всего 90 кг, развивает скорость до 30 км/ч и использует электричество, вырабатываемое 300 солнечными батареями.
С теоретической точки зрения солнечный автомобиль должен бы двигаться очень долго, так как единственным необходимым для него топливом является солнечный свет. Однако серьезным недостатком остается невозможность движения ночью или днем в условиях сплошной облачности.
Автомобиль с инерционным двигателем. В качестве накопителя энергии используется не аккумулятор, а маховик. Такое нововведение позволяет обойтись без двигателя, коробки скоростей, радиатора, стартера и выхлопной трубы. Электроток от стационарного источника используется для раскрутки супермаховика из легких, но прочных на разрыв углеродных волокон. Когда он наберет обороты, напряжение отключается. Однако вращение продолжается несколько часов, поскольку супермаховик заключен в герметичную капсулу, из которой выкачан сопротивляющийся воздух, а магнитный подвес устраняет трение в подшипниках. Эксперименты в этой области показывают, что автомобиль с супермаховиком способен разгоняться до 96,5 км/ч всего за 6,5 с. Пробег без подзарядки также обещает быть впечатляющим — до 6000 км.
Автомобили с гибридными двигателями. Предпринимаются активные усилия по устранению недостатков электромобилей и солнечных автомобилей путем создания так называемых гибридных автомобилей.
Идея одного из таких проектов состоит в следующем. Бензин из бензобака попадает в подогреваемый испаритель, а потом сгорает в первом реакторе. Благодаря ограниченному доступу воздуха топливо частично окисляется, образуя водород и оксид углерода СО. Во втором промежуточном реакторе СО взаимодействует с водяным паром и в присутствии катализатора превращается в диоксид углерода СО2 и дополнительный водород. А завершается процесс реформинга в третьем реакторе. В результате из бензина получается водород, преобразуемый топливными элементами в электричество, а попутно — диоксид углерода, вода и азот. Рабочая температура системы 80° С, избыточное тепло удаляется обычным автомобильным радиатором. Расход бензина не превышает 3 л на 100 км.
В Швеции создан 15-тонный грузовик, в двигателе которого соединены электромотор и газовая турбина. Электромотор используется на улицах города, чтобы не загрязнять атмосферу, а турбина — на загородных шоссе. Двигатель достаточно мощный — 170 л. с, что позволяет грузовику развивать скорость 110 км/ч. Газовая турбина работает на этаноле, вредность выхлопных газов при этом в 10 раз меньше, чем от машин с поршневым мотором. А в качестве горючего могут быть использованы также метанол, бензин, дизельное горючее, рапсовое масло и природный газ. Ведущие фирмы по производству автомобилей все более энергично продвигают на мировой рынок автомобили с гибридными двигателями. Так, концерн «Тойота» (Япония) планирует построить в Китае, где относительно дешевая рабочая сила, завод по производству 500 тыс. автомобилей с бензоэлектрическими двигателями. Предполагалось к 2020 г. довести выпуск таких автомобилей до 1 млн. штук. Компания «Форд» (США) сообщила о намерении в течение ближайших 4-х лет довести выпуск гибридных автомобилей до 250 тыс. штук, что составит около 8% от всех выпускаемых автомобилей.