Шесть раз дальше с той же энергией

В интервью австрийской газете Standard немецкий физик Йоханнес Кюкенс резко критикует политические дебаты вокруг так называемых «высокоэффективных двигателей внутреннего сгорания». Канцлер Фридрих Мерц выступал за отсрочку вывода из обращения двигателей внутреннего сгорания и разрешение перерегистрации современных двигателей после 2035 года. Однако Кюкенса этот термин вводит в заблуждение: «Это не физический термин, а термин политической борьбы». По физическим причинам двигатели внутреннего сгорания — это так называемые тепловые двигатели, у которых есть жесткие ограничения: «Они никогда не смогут быть высокоэффективными».

Кюкенс ясно объясняет эти пределы с помощью термодинамики. Второй закон гласит, что тепловая энергия никогда не может быть полностью преобразована в движение. Большую часть приходится рассеивать в виде отходящего тепла. В результате возможная эффективность дизельных и бензиновых двигателей остается фундаментально ограниченной. Теоретически дизельные агрегаты будут составлять около 65 процентов, но на практике современные двигатели достигают значительно меньшего показателя. «Новые бензиновые двигатели составляют около 40 процентов, дизельные — 45 процентов, но только в оптимальных лабораторных условиях». В дорожном движении реально эта цифра приближается к 25 процентам. И лучше не становится: «Возможности двигателя внутреннего сгорания давно исчерпаны», — говорит Кюкенс.

Кюкенс отвергает часто обсуждаемый вопрос о том, могут ли инженерные навыки еще больше повысить эффективность. Историческое развитие сделало огромный скачок от раннего парового двигателя до современных двигателей внутреннего сгорания. Но теперь все кончено: «Сегодня мы находимся на уровне около 45 процентов эффективности и достигаем физического предела. Никогда не будет возможно достичь 80 или 90 процентов». Сравнение понятно: «Сегодня уже есть двигатели с КПД более 90 процентов. Это электромобили».

Физик особенно критически относится к политическим надеждам на то, что электронное топливо может спасти двигатели внутреннего сгорания в будущем. Кюккенс описывает производство как трехэтапный чрезвычайно энергоемкий процесс: электролиз водорода, улавливание CO₂ из воздуха и последующий синтез в углеводороды. «К сожалению, из-за сложного процесса производства это топливо содержит лишь вдвое меньше энергии, чем изначально было затрачено на возобновляемую электроэнергию». Однако еще более серьезно то, что они сжигаются в неэффективном двигателе: «В конце концов, на дорогу попадает лишь немногим более десяти процентов использованной энергии». Его вывод: «При том же количестве электроэнергии вы можете проехать на электромобиле в шесть раз большее расстояние, чем на двигателе внутреннего сгорания, работающем на электронном топливе».

Кюкенс считает, что широкое использование электронного топлива экономически невозможно. Нет ни соответствующих производств, ни топлива. Он ясно видит будущее за электроприводами – с научной точки зрения и из соображений эффективности. «Электрические автомобили имеют эффективность около 70 процентов в реальном дорожном движении». Эта технология также проще, более ресурсоэффективна в эксплуатации и не имеет локальных выбросов. Хотя двигатели внутреннего сгорания потребляют большое количество сырья в виде масла в течение срока службы, металлы, используемые в батареях, сохраняются и могут быть переработаны. В настоящее время в Европе зарождается индустрия для этого. Крайне важно взглянуть на общий баланс: «Потребности в сырье для автомобиля с двигателем внутреннего сгорания – если сложить производство и использование – намного больше».

«Удобство, конечно, является аргументом в пользу двигателя внутреннего сгорания»

Кюкенс также комментирует медленную трансформацию немецкой автомобильной промышленности. С физической точки зрения перемены давно назрели. Причины для колебаний он видит не столько в технологиях, сколько в поведении пользователей. «Удобство, конечно, является аргументом в пользу двигателя внутреннего сгорания». Электромобили долгое время были дороже и имели меньший запас хода. Это изменение также является психологическим вопросом.

Кюкенс четко оценивает политические дебаты о возможном прекращении использования двигателей внутреннего сгорания в будущем: «Это было бы драматично». Каждый дополнительный год эксплуатации двигателей внутреннего сгорания вреден для климата и приводит к дальнейшему повышению температуры. Он также предупреждает о негативных последствиях промышленной политики. Этот сдвиг может увеличить разрыв Европы с Китаем. И он также не видит будущего для покупателей в поздней покупке двигателей внутреннего сгорания: «Честно говоря, любой, кто купит двигатель внутреннего сгорания в 2035 году, будет винить только себя». С ростом цен на CO₂ этот привод станет значительно дороже электромобиля.

Его окончательный вердикт ясен: «Является ли электродвигатель более совершенной технологией по сравнению с двигателем внутреннего сгорания в автомобиле? Ответ — да, во всех отношениях».

Источник: DerStandard – Физик: «Возможности двигателя внутреннего сгорания давно исчерпаны»