Автомобиль на газовом топливе: от революции в индустрии до «дедушкиного тюнинга»

Сегодня автомобиль на газе воспринимается как компромисс, редкая диковинка или удел таксистов. Но на самом деле двигатели внутреннего сгорания начинались именно с газа, а не с бензина. Жидкое топливо пришло в автопром значительно позже...

В середине XIX века никакой нефтяной инфраструктуры не существовало: не было ни заправочных станций, ни привычного нам бензина. Зато в крупных городах Европы и США полным ходом шла первая энергетическая революция – улицы, заводы и дома освещались светильным газом (продуктом сухой перегонки каменного угля). 

Эпоха первопроходцев: когда газ был первым

В 1860 году французский изобретатель Жан Этьен Ленуар запатентовал первый коммерчески успешный двигатель внутреннего сгорания. Это был огромный стационарный агрегат, который подключался напрямую к городской газовой трубе. Двигатель Ленуара работал на смеси светильного газа с воздухом, и это был прорыв: фабрикам больше не нужно было часами растапливать громоздкие паровые котлы – мотор запускался простым поворотом газового крана и поджогом искры.

В 1876 году Николаус Отто создал четырехтактный двигатель. Его знаменитый мотор лег в основу всего мирового автопрома и тоже был исключительно газовым. Отто даже не думал о жидком топливе: газ легко смешивался с воздухом и не требовал сложных карбюраторов.

Четырехтактный двигатель Николауса Отто. Фото cycleworld.com

Попытки поставить эти моторы на колеса начались незамедлительно. Ленуар еще в 1862 году построил «гиппомобиль» – трехколесную повозку с газовым двигателем. Главной технической проблемой тогда стала транспортировка топлива. Металлические баллоны высокого давления еще не умели производить, поэтому газ приходилось накачивать в огромные прорезиненные мешки похожие на подушки, которые крепились на крыше экипажа. Запаса хода хватало всего на несколько километров.

Так было до тех пор, пока в конце 1880-х годов Готтлиб Даймлер и Вильгельм Майбах не разработали эффективный испарительный карбюратор для жидкого топлива. Жидкий бензин обладал колоссальной энергетической плотностью по сравнению со светильным газом низкого давления: небольшого бака хватало на сотни километров автономного пути. Нефтяной бум окончательно похоронил газовые амбиции первых изобретателей, сделав бензин стандартом на следующие полвека. 

Газогенераторы: как дрова и уголь спасали тыл в кризисы

Вторая половина 30-х и 40-е годы XX века стали временем жесткой проверки мировой логистики. Все нефть, бензин и солярка уходили на фронт – для заправки танков, самолетов, боевых кораблей и армейских грузовиков. Гражданский сектор, сельское хозяйство, лесозаготовки и тыловые перевозки в один момент остались с пустыми баками. Единственным способом не допустить коллапса экономики стал вынужденный возврат к газу. Но не к магистральному, а к «подножному».

Газогенераторный автомобиль ЗИС-6. Фото kolymastory.ru

Решением стали газогенераторные автомобили, или «газгены»: вместо бензобака на машину (чаще всего на подножку, за кабину или на специальный прицеп) устанавливали массивную цилиндрическую «печь». В нее засыпали уголь, торф или даже брикеты из шишек.

Принцип работы строился на химической реакции. Дрова в герметичной камере не просто горели, а тлели при контролируемой нехватке кислорода (это называлось пиролизом). В процессе выделялся так называемый «генераторный газ», состоящий из угарного газа и водорода. Пройдя через систему грубой и тонкой очистки и охладители, этот газ поступал прямиком в цилиндры обычного бензинового двигателя. Мощность мотора падала примерно на 30–40%, максимальная скорость редко превышала 50 км/ч, а перед поездкой нужно было минут 10–15 «разжигать» систему. Но машина ехала и без единой капли бензина.

Масштаб технологии в годы войны был колоссальным:

• в СССР газогенераторные грузовики выпускались серийно гигантскими тиражами. Самыми массовыми стали ЗИС-21 (на базе легендарной «трехтонки») и ГАЗ-42. Они работали в тылу, на лесозаготовках и в сельском хозяйстве, освобождая дефицитное жидкое топливо для фронтовых нужд;
• в Европе ситуация была еще масштабнее. В Германии, где был колоссальный топливный голод, на «газгены» перевели не только гражданские машины, но даже часть учебных танков и бронетранспортеров;
• в Швеции, которая оказалась в полной экономической изоляции, на древесный и угольный газ перешли около 90% всего автомобильного парка страны, включая автобусы и тракторы.

ГАЗ-42, работающий на дровах. Фото kommersant.ru

К середине 1940-х годов по дорогам мира колесило более миллиона газогенераторных машин. Дрова и уголь в буквальном смысле спасли внутреннюю логистику воюющих стран, доказав, что в критической ситуации газ способен полностью заменить нефть.

Советский расцвет: газификация грузового транспорта

После окончания Великой Отечественной войны от «дровяных» машин отказались так же быстро, как и внедрили их: экономика требовала скорости и эффективности. Однако сама идея газового топлива никуда не исчезла – она вышла на новый, общегосударственный, уровень. В СССР началась масштабная добыча природного газа, строились магистральные трубопроводы – страна буквально сидела на колоссальных запасах альтернативного топлива. 

Логика госплана была железной: зачем жечь дорогой дефицитный бензин в городских коммунальных хозяйствах и на стройках, если под ногами есть дешевый газ? Так в 50-80-х годах советская промышленность развернула массовый переход автотранспорта на два типа газа: СУГ (сжиженный углеводородный газ, пропан-бутан) и СПГ (сжатый природный газ, метан).

ЗИЛ-138 на газе. Фото denisovets.ru

При этом ГБО не было кустарной надстройкой. Это были заводские конвейерные модификации, и легендарные советские грузовики сходили с конвейера уже полностью готовыми к работе на газе:

• ЗИЛ-138 (газовый вариант знаменитого ЗИЛ-130) оснащался тяжелыми баллонами, специальным карбюратором-смесителем и измененной под газовое топливо степенью сжатия в цилиндрах;
• ГАЗ-53-07 и ГАЗ-52-27 – рабочие лошадки советского среднетоннажного сегмента, которые развозили товары по всей стране, заправляясь метаном или пропаном.

Параллельно шла тотальная газификация пассажирского транспорта и коммунальной техники. Крупные города массово переводили на газ автобусы ЛИАЗ-677 (знаменитые «луноходы») и городские ЛАЗы. На их крышах выстраивались ровные ряды тяжелых баллонов.

«Луноход» №677 – он же ЛИАЗ-677. Фото kolesa.ru

Причин для такой массовости было три:

1. Экономия: газ стоил копейки по сравнению с бензином, что снижало себестоимость перевозок в масштабах огромной страны;
2. Экология: в крупных городах из-за плотного трафика грузовиков падало качество воздуха. Газовые двигатели практически не дымили, не выделяли свинец и выбрасывали в разы меньше угарного газа, что делало их идеальным транспортом для города;
3. Ресурс мотора: на чистом газе двигатели работали мягче, масло не разжижалось, а нагар на поршнях практически не образовывался. Из-за этого увеличивался межсервисный пробег техники до капитального ремонта.

К 1980-м годам Советский Союз обладал одной из самых развитых систем газомоторного транспорта в мире. Повсюду строились типовые станции АГНКС высокого давления, а количество заводских газовых машин исчислялось сотнями тысяч. Газ перестал быть кризисной диковинкой и стал полноценным столпом советской транспортной системы.

Почему бензин и дизель в итоге победили?

Несмотря на колоссальные успехи советской программы и локальные вспышки газификации в Европе к концу XX века нефть победила, а газ был отброшен на обочину истории по трем ключевым причинам.

Фото drive.com.au

Энергетическая плотность и запас хода. Жидкое топливо эффективно с точки зрения физики. Чтобы проехать 500 километров, бензиновому автомобилю достаточно 50-литрового бака. Для аналогичного пробега на сжатом метане (СПГ) машине требовалась батарея из тяжелых стальных баллонов, которые весили сотни килограммов, занимали половину полезного объема грузовика или весь багажник легковушки.

Эра дешевой нефти. Вторая половина XX века ознаменовалась открытием гигантских нефтяных месторождений по всему миру. Бензин и дизель стали настолько дешевыми и доступными, что экономическая целесообразность сложного газового оборудования для рядового потребителя попросту исчезла. 

Сложность инфраструктуры. Построить классическую АЗС технически просто: достаточно вкопать в землю цистерну и поставить насос. Заправочная станция для метана (АГНКС) – это мини-завод. Ей необходимы мощные, дорогие и энергоемкие компрессорные установки, способные сжимать газ до огромного давления в 200 атмосфер. Это требует жестких мер безопасности, гигантских инвестиций и сложного обслуживания. Бизнес и государство выбрали путь наименьшего сопротивления, покрыв планету сетью бензиновых колонок.

АГНКС в Барановичах. Фото yandex.by

При этом метан остается королем в сфере тяжелого коммерческого транспорта. Магистральные тягачи, коммунальная техника и городские автобусы массово используют природный газ. В сегменте дальних грузоперевозок электромобили до сих пор неконкурентоспособны из-за огромного веса батарей и многочасовой зарядки. При этом в массовом сознании газовый баллон так и остался «дедушкиным тюнингом» из прошлого, хотя исторически и технологически он имеет все права на экологическое будущее.