1. Inhalt
  2. Navigation
  3. Weitere Inhalte
  4. Metanavigation
  5. Suche
  6. Choose from 30 Languages

Наука и техника

Биоиндикаторы

11.11.2002

В последнее время жители ряда европейских городов всё чаще обнаруживают установленные в самых, казалось бы, неподходящих местах цветочные горшки, причём с растениями, которые трудно назвать декоративными. Прохожие недоумевают, но всё объясняется просто: это так называемые биоиндикаторы, а установлены они в рамках проекта «Euro-Bionet» – программы, цель которой состоит в мониторинге состояния воздуха в европейских городах. На прошлой неделе в Штутгартском университете были подведены промежуточные итоги этого длящегося вот уже 4 года проекта. В его основе – идея использовать для экологического мониторинга биоиндикаторы, то есть растения, реагирующие на присутствие в атмосфере тех или иных вредных примесей. Сегодня учёные обладают целым набором таких узкоспециализированных растений: табак очень восприимчив к концентрации озона в воздухе, листовая капуста чутко реагирует на содержание углеводородов, злаки позволяют судить о присутствии тяжёлых металлов. Есть растения, выявляющие в атмосфере мутагены, то есть вещества, способствующие изменениям генетической структуры. Кроме того, программа рассчитана и на психологический эффект: появление непривычных растений в неожиданных местах призвано напомнить прохожим о важности экологических проблем. В рамках проект сто таких станций мониторинга были установлены в 12-ти крупных европейских городах. Доктор Андреас Клумп (Andreas Klumpp), научный сотрудник Института экологии растений и сельского хозяйства при Штутгартском университете и координатор проекта «Euro-Bionet», говорит:

Конечно, в крупных городах мы регистрируем гораздо более высокую концентрацию вредных веществ в воздухе, чем в небольших городах или в сельской местности. Тем не менее, по подавляющему большинству вредных примесей мы в целом имеем вполне удовлетворительную, не вызывающую серьёзных опасений картину. Однако это не исключает того, что в отдельных населённых пунктах по отдельным показателям загрязнение может оказаться и довольно высоким.

Конечно, проект не ограничивается использованием биоиндикаторов: учёные располагают и традиционными измерительными приборами. Однако растения позволяют не просто выявить само наличие вредных веществ, но и изучить их воздействие на живой организм. Кроме того, биоиндикаторы эффективнее, когда речь идёт о поиске источников загрязнения. Горшки с растениями можно легко переносить с места на место, и им – в отличие от традиционных приборов – не нужна электророзетка, – говорит доктор Клумп:

В одном из британских городов-партнёров наш метод позволил в первый же год выявить вполне конкретную весьма тревожную ситуацию. Оказалось, что крупное местное промышленное предприятие загрязняло окружающую среду гораздо сильнее, чем принято было считать. Тогда нашим британским коллегам удалось благодаря биоиндикаторам быстро обнаружить источник загрязнения.

Недавно группа специалистов завершила изучение экологической обстановки в средиземноморском регионе, причём здесь также широко применялись биоиндикаторы. Андреас Клумп поясняет:

Мы обнаружили, что в изученных нами городах Средиземноморья экологическая ситуация – самая неблагополучная по сравнению с другими городами Европы. Во-первых, Средиземноморье – зона, неблагоприятная с точки зрения концентрации озона, поскольку интенсивное солнечное излучение приводит там к усиленному образованию озона в атмосфере. Во-вторых, и по части загрязнения тяжёлыми металлами положение там гораздо хуже, чем у нас в Германии или на севере континента.

Любопытно, что двуокись серы, ещё лет 50 назад занимавшая одно из первых мест в перечне вредных веществ, сегодня попала в разряд «прочие примеси».

Результаты измерений однозначно показывают, что в центральных районах городов, на улицах с интенсивным дорожным движением уровень загрязнения воздуха тяжёлыми металлами и органическими субстанциями гораздо выше, чем на окраинах и в предместьях. Таким образом, со всей определённостью можно утверждать, что в большинстве городов главным фактором, негативно влияющим на экологическую ситуацию, сегодня являются уже не промышленные предприятия и не электростанции, как раньше, а транспорт. Правда, бороться с этим мобильным источником загрязнения ещё труднее, чем с дымящими заводскими трубами.

Помочь справиться с этой проблемой могли бы, например, электромобили. Первые прототипы таких машин появились ни много ни мало сто лет назад, однако массового распространения не получили до сих пор. Главный их недостаток – малый запас хода. Создать ёмкие, но не слишком тяжёлые и громоздкие аккумуляторные батареи инженеры пока не смогли. Новые перспективы перед электромобилем открылись благодаря топливным элементам, которые производят электроэнергию путём химической реакции между кислородом и водородом. Правда, пока и эти машины не вышли из стадии прототипов. И вот недавно весьма неожиданное техническое решение предложили конструкторы автоконцерна «Форд». Их детище – разработанная в США электроверсия модели «Фокус» – проходит сейчас ходовые испытания в научно-исследовательском центре концерна в Ахене.

Только звук отличает электро-«Фокус» с топливным элементом от его собрата с обычным бензиновым двигателем. Да ещё яркая надпись на боку, извещающая, что перед нами – гибридный автомобиль. Обычно этот термин используется для обозначения машины, имеющей два различных привода – скажем, электромотор и двигатель внутреннего сгорания. Коробка передач при этом может быть и общей. Главное – бортовой компьютер самостоятельно определяет, какому из двигателей какое усилие когда развивать. Так решаются сразу две задачи – экономии горючего и снижения вредных выбросов в атмосферу. Помнится, года три назад я подробно рассказал об одном из первых запущенных в серийное производство представителей этого типа машин – «Тойоте-Приус». Но конструкторы электро-«Фокуса» вкладывают в понятие «гибридный» совсем иное значение, – поясняет Руди Кунце (Rudi Kunze), глава европейского научно-исследовательского центра концерна «Форд»:

Гибридная техника применительно к топливному элементу означает, что мы параллельно к этому самому элементу, вырабатывающему электроэнергию, подключили аккумуляторную батарею, тоже поставляющую электроэнергию в бортовую сеть.

На первый взгляд такое усложнение конструкции электромобиля представляется довольно бессмысленным. Однако при ближайшем рассмотрении это решение имеет и ряд преимуществ. Руди Кунце говорит:

Топливный элемент обладает слишком большой инерционностью – вы особенно хорошо это чувствуете, когда трогаетесь с места, или при изменении нагрузки. А аккумулятор даёт вам стабильное напряжение и нужную энергию сразу и в любой момент. Комбинируя оба источника энергии, мы получили электромобиль, который резво стартует и резво ускоряется, то есть по своим спортивным качествам практически не уступает конкурентам с двигателем внутреннего сгорания.

Обычно в электромобиле с топливным элементом между нажатием на педаль газа и началом ускорения проходит почти целая секунда. Кислород подаётся в топливный элемент компрессором из окружающего воздуха, водород поступает из баллона высокого давления, который должен время от времени пополняться на специальных заправочных станциях. Подачу водорода водитель регулирует педалью газа. Но поскольку излишек водорода просто уйдёт в атмосферу, не вступив в реакцию, вентиль баллона сконструирован так, что он даже при резком нажатии на педаль газа открывается постепенно. Топливный элемент развивает мощность, не торопясь, и в эти моменты снабжение электромотора энергией осуществляет аккумуляторная батарея. Руди Кунце говорит:

Применяемый здесь нами топливный элемент способен обеспечить мощность в 92 лошадиные силы. Аккумуляторная батарея даёт ещё 25 лошадиных сил, и этот резерв оказывается очень кстати в моменты резкого изменения нагрузки.

Взаимодействие между аккумулятором и топливным элементом контролируется бортовым компьютером. Во время равномерного движения электромобиля батарея подзаряжается. Такая гибридная конструкция обеспечивает машине запас хода в 320 километров – это почти вдвое больше, чем у предыдущего прототипа. Но говорить о выходе на рынок пока рано, – считает Кунце:

Автомобиль, которым мы тут сейчас располагаем, уже почти пригоден к производству. То есть он сконструирован так, что все компоненты хорошо друг с другом сочетаются, эффективно функционируют, могут быть унифицированы и обеспечивают высокий уровень безопасности при столкновении с препятствием. Собственно, в США машина уже прошла все процедуры, необходимые для допуска, и может быть передана потребителю. В Европе мы ещё не до конца готовы к сертификации, но активно работаем в этом направлении. Однако в любом случае речь может идти пока лишь о малой серии.

Эта малая серия будет состоять из 5-ти экземпляров.

К массовому серийному производству автомобиль будет готов, если смотреть на вещи реалистично, не ранее 2010-го года. Скорее даже ещё позже.

Тем временем представители 8 крупнейших автомобилестроительных концернов мира съехались на прошлой неделе в Сакраменто, столицу штата Калифорния, чтобы обсудить перспективы развития водородного привода. Встреча проходила в рамках объединения «California Fuelcell Partnership», что можно перевести как «Калифорнийское партнёрство в сфере разработки топливных элементов». То, что местом проведения встречи был избран город Сакраменто, конечно, не случайно: уже не первый год крупные производители испытывают здесь свои электромобили. Все эти испытания планируется завершить к 2010-му году, а затем каждый из автоконцернов выпустит на рынок по 50 тысяч электромобилей с водородно-топливным элементом. Но до тех пор предстоит решить две непростые задачи: во-первых, снизить себестоимость таких машин примерно в 10 раз, а во-вторых, развернуть широкую сеть новых водородно-заправочных станций. Понятно, что создание такой инфраструктуры требует гигантских расходов, поэтому обычно не слишком склонные к сотрудничеству автомобилестроительные концерны в данном случае сочли за благо скооперироваться. Из Штутгарта в Сакраменто прилетел член правления концерна «ДаймлерКрайслер» профессор Фердинанд Паник (Ferdinand Panik) – он возглавляет отдел, ответственный за разработку топливных элементов:

В Европе мы работаем сейчас над крупной автобусной программой, в ходе которой проводятся испытания 30-ти автобусов с топливными элементами в 10-ти городах. Параллельно Организация Объединённых Наций и Всемирный экологический фонд финансируют сходные автобусные программы в Китае, Бразилии, Мексике, Египте и Индии. Ну и в самой Калифорнии реализуется обширная автобусная программа. Все эти программы были представлены здесь, в Сакраменто. Цель нашей встречи состояла в том, чтобы выяснить, на каком этапе мы находимся, в каком направлении движемся, на какие технические параметры нам следует ориентироваться.

Такой обмен опытом очень важен, чтобы каждому производителю не приходилось всё разрабатывать самостоятельно. Конкуренция – конкуренцией, но многие подходы и наработки просто должны быть едиными.

В то же время обмен мнениями и демонстрация опытных моделей показали, что члены «Калифорнийского партнёрства» продолжают бороться за лидерство на рынке. Каждый из концернов ведёт свои разработки, так что одно поколение приводов быстро сменяется следующим. Однако есть одна сфера, в которой без стандартизации не обойтись: как сегодня все автомобили с бензиновыми или дизельными двигателями, независимо от марки и модели, пополняют запасы горючего на одних и тех же заправочных станциях, так и все электромобили на топливных элементах должны будут заправляться водородом на одних и тех же колонках. Профессор Паник говорит:

Это очень важно, а поскольку колонки строим тоже мы, то мы согласовали единый стандарт на заправочный узел – с тем, чтобы его можно было использовать в автомобилях всех марок. Наши поставщики компонентов намерены разработать универсальный водородный бак и ряд других деталей и узлов, которые будут применяться всеми производителями. Только высокий уровень стандартизации и унификации даст нам возможность начать массовое производство таких автомобилей, а это, в свою очередь, приведёт и к снижению цен.

Унифицированная заправочная станция, демонстрация которой состоялась в городке Ричмонде близ Сакраменто, получила название «Community fueler» – что-то вроде «общей, или коллективной заправки». Она представляет собой автоматизированный генератор водорода, способный подавать газ либо непосредственно в бак машины, либо в резервуар-накопитель под давлением 420 килограммов на квадратный сантиметр. Заполнив накопитель, генератор сам переходит в режим готовности. По предварительным расчётам, заправка одного автомобиля будет занимать – в зависимости от ёмкости баллона – от 2-х до 3-х минут. Сегодняшние прототипы электромобилей имеют баки объёмом в 120 литров. Такое количество водорода позволяет им преодолевать без дозаправки около 300 километров. Внешне водородная заправочная колонка почти ничем не отличается от привычной бензиновой, если не считать более тонкого и гибкого шланга и более удобного в обращении стандартизованного штуцера. Водород производится на месте посредством электролитической диссоциации воды, а значит, его не придётся доставлять цистернами, как сегодня дизельное топливо и бензин. Таким образом, заправка электромобилей на топливных элементах будет весьма простой и в экологическом отношении чистой операцией. Кроме того, все представленные в Сакраменто прототипы обладают высокими динамическими характеристиками и низким уровнем шума. И всё же пока неясно, хватит ли этих достоинств, чтобы сделать электромобили нового поколения привлекательными для массового потребителя. Поэтому профессор Паник указывает и на иные факторы, благодаря которым, как он полагает, такие машины будут пользоваться спросом:

Топливный элемент не только обеспечивает автомобиль электроэнергией в пути, но и позволяет – благодаря отсутствию вредных выбросов – потреблять её в большом количестве на стоянке. Значит, в автомобиле обязательно появится множество электроприборов, которые можно будет включать в любой момент и эксплуатировать сколь угодно долго или даже непрерывно. Это и холодильники, и кондиционеры, и компьютеры, и кофеварки. Сегодня автомобиль выполняет лишь одну функцию – транспортного средства, но в будущем – я в этом уверен – он всё чаще станет заменять гостиничный номер или офис. А это важный аспект, способный существенно повысить спрос на такие машины.

Вот и всё на сегодня. На этом я, Владимир Фрадкин, прощаюсь с вами, всего вам доброго.