100+ лет серийным электромобилям. Современные - отстой. Будущее за глюкомобилями
Начнем с простого видео: серийный электромобиль 1913 года. На ходу.
Видео тест-драйва взято на канале: Электромобиль www.ELMOB.co
Устройство электромобиля показано детально. Можно убедиться, что там не было ничего сложного даже для уровня 1913 года. С другой стороны - в современных электромобилях, которые подаются сейчас как вершина транспортного прогресса нет ничего (кроме салонного оформления и цифровых гаджетов) что принципиально превосходило бы модель 1913 года.
И цена этого отстоя, как правило, превышает 30 тысяч долларов*.
Кто-то скажет а как же аккумуляторы? О них и поговорим. Заодно поясним. что такое глюкомобиль, и почему за ним (с высокой вероятностью) будущее.
Разумеется, у кислотных аккумуляторов электромобиля 1913 года была малая емкость. Современные литий-ионные аккумуляторы намного более емкие. Разберемся какова их предельная емкость, как она соотносится с энергоемкостью обычного топлива.
Главное достоинство лития - малая молярная масса (7 кг/кило-моль).
При этом удельная теплота окисления примерно 43 МДж/кг.
Столько же, сколько у бензина.
Но: коль скоро речь идет об аккумуляторе, в котором доля кроме лития должен содержаться окислитель. В теоретически идеальном случае это было бы четверть кило-моля кислорода на кило-моль лития, или 8 кг кислорода на 7 кг лития.
Энергоемкость содержимого такого идеального аккумулятора была бы 20 МДж/кг. За счет более высокого кпд электродвигателя по сравнению с ДВС, он бы не проигрывал автомобильному бензобаку.
Но: такой идеальный аккумулятор (заменяющий 40-литровый бензобак) был бы реальной бомбой с тротиловым эквивалентом 150 кг. Это как средняя авиабомба Второй Мировой войны.
Фактически современные литиевые аккумуляторы для электромобилей имеют состав очень далекий от идеала, и емкость 0.243 КВт*ч/кг, или около 0.9 МДж/кг.
Аккумуляторная батарея для электромобиля "Tesla Model S"** весит 540 кг при емкости 85 КВт*ч (или 306 МДж, или примерно 10 литров бензина). В удельных единицах это 0.57 МДж/кг.
Хотя, как уже говорилось, кпд электромотора намного выше, чем у ДВС, так что запасенная энергия дает больший пробег чем 10 литров безина (заявленный пробег более 400 км).
Так или иначе, эквивалент этой аккумуляторной батареи составляет 7 кг по литию, или 15 кг по идеальному литий-кислородному аккумулятору.
Коэффициент полезного использования веса (по отношению к идеальному аккумулятору): 5%.
Цена такой батареи примерно 12000 долларов**.
Немая сцена.
Для интереса сравним это с энергоемкостью для пневмомобилей (на сжатом воздухе).
Запасенная энергия сжатого воздуха составляет примерно 0.1 МДж/литр при давлении 300 бар.
Это типичное рабочее давление для композитных баллонов.
Вес кубометра сжатого воздуха при нормальной температуре и этом давлении: 400 кг.
Запасенная энергия на кубометр примерно 100 МДж. Да, аккумулятор Тесла втрое выигрывает у баллона со сжатым воздухом. Можно считать это достижением - если не принимать во внимание цену (которая для баллона - мини-газгольдера будет на порядок ниже). Можно поговорить о том, что пневмомобили имеют нулевую пожароопасность, и не содержат никаких токсичных иил экологически-вредных компонентов.
Но, оставим пневмомобили и вернемся к электромобилям. Не будем связываться с опасными и экзотическими энергоносителями вроде лития, а возьмем обычный сахар. Можно ли сделать электромобиль на сахарном сиропе (тот глюкомобиль, который назван в заголовке)?
Ответ утвердительный.
"Как сумели доказать студенты из университета Тяньцзиня, микробный топливный элемент, “подкормленный” 1 ложкой сахара при определенных условиях способен генерировать электроэнергию на протяжении 80 часов. И это далеко не предел, уверены авторы метода. Проект команды студентов признан лучшим на престижной Международной выставке достижений генной инженерии IGem, прошедшей в сентябре 2015 года."***
Поясним суть дела. Колония бактерий, специально выращенная на мембране топливной батареи, и переносящая электроны в ходе окисления сахара, является вполне эффективной батареей.
Кстати: "Идея использования микробных клеток в попытке производства электроэнергии была выдвинута М.С. Поттером еще в 1911 г."***
В те времена (100+ лет назад) биотехнология была на слишком низком уровне, но сейчас микробиологические топливные элементы - реальность.
Оценим энергоемкость топлива к такой топливной батарее для электромобиля, т.е. попросту энергоемкость сахара для случая окисления кислородом воздуха.
Это справочная величина, она составляет 16.8 МДж/кг.
Сахар нетоксичен, имеет низкую пожароопасность, и может храниться в любом тонкостенном бункере, весом которого можно пренебречь.
Сколько сахара дадут нам тот же запас энергии, что и аккумулятор "Tesla Model S"**
Напомним: этот аккумулятор весит 540 кг при емкости 85 КВт*ч (или 306 МДж)
Ответ: 18.2 кг.
Грубо говоря: аккумулятор самого раскрученного электромобиля может быть заменен простым 20-килограммовым мешком сахара. Точка.
В порядке заключения - раз уж мы начали с электромобилей 100+ летней давности:
"La Jamais Contente (в переводе с французского - "Всегда недовольная") - первый в мире обтекаемый рекордный электромобиль.
Разработчиком, создателем и пилотом La Jamais Contente был бельгиец Камиль Женатци. Он получил образование инженера и запустил собственную фабрику по производству электромобилей. В ходе яростной конкурентной гонки с компанией Jeantaud, Женатци решил разработать самый быстрый электромобиль. Он построил прототип, с открытым кузовом, типа «торпедо» в форме пули из сплава алюминия, вольфрама и магния.
29 апреля 1899 года впервые в мире на нем был покорен стокилометровый барьер - 105,876 км/ч."****
1899 год. 120 лет назад. Такие дела...
-------------------------
Источники:
*) Цены на современные электромобили
Недорогие электромобили 2017: ТОП 6 электрокаров, стоимость которых не превышает $45 тыс.
https://yablyk.com/639470-nedorogie-elektromobili-2017-top-6-elektrokarov-stoimost-kotoryx-ne-prevyshaet-45-tys/
Обзор самых дешевых электромобилей в России
https://1electrocar.ru/stoimost/samye-deshevye-elektromobili.html
5 самых дешёвых электромобилей
http://5koleso.ru/ratings/5-samyh-deshyovyh-elektromobiley
**) Из чего состоит батарея для Tesla Model S
https://www.drive2.ru/b/1978720/
Как устроен аккумулятор автомобиля Tesla Model S
https://www.popmech.ru/vehicles/238815-kak-ustroen-akkumulyator-avtomobilya-tesla-model-s/
***) Топливные элементы на сахарном сиропе.
Топливный элемент на штаммах бактерий: 1 ложка сахара = 80 часов работы
https://habr.com/ru/company/icover/blog/387907/
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ МЕЖДУ АНОДНЫМ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ КОНСОРЦИУМОМ И АНОДОМ КАК КЛЮЧЕВЫХ ФАКТОРОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МИКРОБНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА.
https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=10008
Новые топливные элементы заселят колониями бактерий.
https://www.dailytechinfo.org/energy/449-novye-toplivnye-yelementy-zaselyat-koloniyami.html
****) La Jamais Contente (1899): Первая сотня
http://www.carstyling.ru/ru/entry/La_Jamais_Contente_1899_Pervaya_sotnya/
Click to viewВидео тест-драйва взято на канале: Электромобиль www.ELMOB.co
Устройство электромобиля показано детально. Можно убедиться, что там не было ничего сложного даже для уровня 1913 года. С другой стороны - в современных электромобилях, которые подаются сейчас как вершина транспортного прогресса нет ничего (кроме салонного оформления и цифровых гаджетов) что принципиально превосходило бы модель 1913 года.
И цена этого отстоя, как правило, превышает 30 тысяч долларов*.
Кто-то скажет а как же аккумуляторы? О них и поговорим. Заодно поясним. что такое глюкомобиль, и почему за ним (с высокой вероятностью) будущее.
Разумеется, у кислотных аккумуляторов электромобиля 1913 года была малая емкость. Современные литий-ионные аккумуляторы намного более емкие. Разберемся какова их предельная емкость, как она соотносится с энергоемкостью обычного топлива.
Главное достоинство лития - малая молярная масса (7 кг/кило-моль).
При этом удельная теплота окисления примерно 43 МДж/кг.
Столько же, сколько у бензина.
Но: коль скоро речь идет об аккумуляторе, в котором доля кроме лития должен содержаться окислитель. В теоретически идеальном случае это было бы четверть кило-моля кислорода на кило-моль лития, или 8 кг кислорода на 7 кг лития.
Энергоемкость содержимого такого идеального аккумулятора была бы 20 МДж/кг. За счет более высокого кпд электродвигателя по сравнению с ДВС, он бы не проигрывал автомобильному бензобаку.
Но: такой идеальный аккумулятор (заменяющий 40-литровый бензобак) был бы реальной бомбой с тротиловым эквивалентом 150 кг. Это как средняя авиабомба Второй Мировой войны.
Фактически современные литиевые аккумуляторы для электромобилей имеют состав очень далекий от идеала, и емкость 0.243 КВт*ч/кг, или около 0.9 МДж/кг.
Аккумуляторная батарея для электромобиля "Tesla Model S"** весит 540 кг при емкости 85 КВт*ч (или 306 МДж, или примерно 10 литров бензина). В удельных единицах это 0.57 МДж/кг.
Хотя, как уже говорилось, кпд электромотора намного выше, чем у ДВС, так что запасенная энергия дает больший пробег чем 10 литров безина (заявленный пробег более 400 км).
Так или иначе, эквивалент этой аккумуляторной батареи составляет 7 кг по литию, или 15 кг по идеальному литий-кислородному аккумулятору.
Коэффициент полезного использования веса (по отношению к идеальному аккумулятору): 5%.
Цена такой батареи примерно 12000 долларов**.
Немая сцена.
Для интереса сравним это с энергоемкостью для пневмомобилей (на сжатом воздухе).
Запасенная энергия сжатого воздуха составляет примерно 0.1 МДж/литр при давлении 300 бар.
Это типичное рабочее давление для композитных баллонов.
Вес кубометра сжатого воздуха при нормальной температуре и этом давлении: 400 кг.
Запасенная энергия на кубометр примерно 100 МДж. Да, аккумулятор Тесла втрое выигрывает у баллона со сжатым воздухом. Можно считать это достижением - если не принимать во внимание цену (которая для баллона - мини-газгольдера будет на порядок ниже). Можно поговорить о том, что пневмомобили имеют нулевую пожароопасность, и не содержат никаких токсичных иил экологически-вредных компонентов.
Но, оставим пневмомобили и вернемся к электромобилям. Не будем связываться с опасными и экзотическими энергоносителями вроде лития, а возьмем обычный сахар. Можно ли сделать электромобиль на сахарном сиропе (тот глюкомобиль, который назван в заголовке)?
Ответ утвердительный.
"Как сумели доказать студенты из университета Тяньцзиня, микробный топливный элемент, “подкормленный” 1 ложкой сахара при определенных условиях способен генерировать электроэнергию на протяжении 80 часов. И это далеко не предел, уверены авторы метода. Проект команды студентов признан лучшим на престижной Международной выставке достижений генной инженерии IGem, прошедшей в сентябре 2015 года."***
Поясним суть дела. Колония бактерий, специально выращенная на мембране топливной батареи, и переносящая электроны в ходе окисления сахара, является вполне эффективной батареей.
Кстати: "Идея использования микробных клеток в попытке производства электроэнергии была выдвинута М.С. Поттером еще в 1911 г."***
В те времена (100+ лет назад) биотехнология была на слишком низком уровне, но сейчас микробиологические топливные элементы - реальность.
Оценим энергоемкость топлива к такой топливной батарее для электромобиля, т.е. попросту энергоемкость сахара для случая окисления кислородом воздуха.
Это справочная величина, она составляет 16.8 МДж/кг.
Сахар нетоксичен, имеет низкую пожароопасность, и может храниться в любом тонкостенном бункере, весом которого можно пренебречь.
Сколько сахара дадут нам тот же запас энергии, что и аккумулятор "Tesla Model S"**
Напомним: этот аккумулятор весит 540 кг при емкости 85 КВт*ч (или 306 МДж)
Ответ: 18.2 кг.
Грубо говоря: аккумулятор самого раскрученного электромобиля может быть заменен простым 20-килограммовым мешком сахара. Точка.
В порядке заключения - раз уж мы начали с электромобилей 100+ летней давности:
"La Jamais Contente (в переводе с французского - "Всегда недовольная") - первый в мире обтекаемый рекордный электромобиль.
Разработчиком, создателем и пилотом La Jamais Contente был бельгиец Камиль Женатци. Он получил образование инженера и запустил собственную фабрику по производству электромобилей. В ходе яростной конкурентной гонки с компанией Jeantaud, Женатци решил разработать самый быстрый электромобиль. Он построил прототип, с открытым кузовом, типа «торпедо» в форме пули из сплава алюминия, вольфрама и магния.
29 апреля 1899 года впервые в мире на нем был покорен стокилометровый барьер - 105,876 км/ч."****
1899 год. 120 лет назад. Такие дела...
-------------------------
Источники:
*) Цены на современные электромобили
Недорогие электромобили 2017: ТОП 6 электрокаров, стоимость которых не превышает $45 тыс.
https://yablyk.com/639470-nedorogie-elektromobili-2017-top-6-elektrokarov-stoimost-kotoryx-ne-prevyshaet-45-tys/
Обзор самых дешевых электромобилей в России
https://1electrocar.ru/stoimost/samye-deshevye-elektromobili.html
5 самых дешёвых электромобилей
http://5koleso.ru/ratings/5-samyh-deshyovyh-elektromobiley
**) Из чего состоит батарея для Tesla Model S
https://www.drive2.ru/b/1978720/
Как устроен аккумулятор автомобиля Tesla Model S
https://www.popmech.ru/vehicles/238815-kak-ustroen-akkumulyator-avtomobilya-tesla-model-s/
***) Топливные элементы на сахарном сиропе.
Топливный элемент на штаммах бактерий: 1 ложка сахара = 80 часов работы
https://habr.com/ru/company/icover/blog/387907/
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ЭЛЕКТРОНОВ МЕЖДУ АНОДНЫМ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКИМ КОНСОРЦИУМОМ И АНОДОМ КАК КЛЮЧЕВЫХ ФАКТОРОВ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ МИКРОБНОГО ТОПЛИВНОГО ЭЛЕМЕНТА.
https://www.science-education.ru/ru/article/view?id=10008
Новые топливные элементы заселят колониями бактерий.
https://www.dailytechinfo.org/energy/449-novye-toplivnye-yelementy-zaselyat-koloniyami.html
****) La Jamais Contente (1899): Первая сотня
http://www.carstyling.ru/ru/entry/La_Jamais_Contente_1899_Pervaya_sotnya/