1. История развития водородных автомобилей в России
Известно, что в 30-е годы прошлого столетия в Советском Союзе в МВТУ им Н.Э Баумана Сороко-Новицкий В.И., (зав. кафедрой "Легкие двигатели" до 1937 г.) совместно с А.К. Курениным исследовал влияние добавок водорода к бензину на двигателе ЗИС-5. Известны также работы по использованию в качестве топлива водорода, которые проводильсь в нашей стране Ф.Б. Перельманом. Однако практическое применение водорода в качестве моторного топлива началось в 1941 году. В Великую Отечественную войну в блокадном Ленинграде техник-лейтенант Шелищ Б.И. предложил использовать водород, "отработавший" в аэростатах, как моторное топливо для двигателей автомобиля ГАЗ-АА.
Рисунок 1. Пост ПВО Лениградского фронта ВОВ, оборудованный водороднгой установкой
На рис. 1 на заднем плане виден спущенный на землю водородный аэростат, из которого водород перекачивается в газгольдер, расположенный на переднем плане. Из газгольдера с "отработашим" водородом газообразное топливо посредством гибкого шланга подается в двигатель внутреннего сгорания автомобиля ГАЗ-АА. Заградительные аэростаты поднимались на высоту до пяти километров и являлись надежным противовоздушным средством обороны города, не позволяя самолетам противника осуществлять прицельное бомбометание. Для опускания аэростатов, частично потерявших свою подъемную силу требовалось большое усилие. Эта операция осуществлялась с использованием механической лебедки, установленной на автомобиль ГАЗ-АА. ДВС вращал лебедку для опускания аэростатов. В условиях острого дефицита бензина были переоборудованы для работы на водороде несколько сотен постов ПВО, на которых использовались автомобили ГАЗ-АА, работающие на водороде.
После воины в семидесятые годы прошлого века Бриса Исааковича неоднократно приглашали на различные научные конферкнции, где в своих выступлениях он подробно рассказывал о тех далеких героических днях. Одно из таких мероприятий - I Всесоюзная школа молодых ученых и специалистов по проблемам водородной энергетики и технологии , организованная по инициативе ЦК ВЛКСМ, Комиссии АН СССР по водородной энергетике, Институтом атомной энергии им И.В. Курчатова и Донецким политехническим институтом, проводилась в сентябре 1979 года за полгода до его смерти. Борис Иссакович свой доклад "Водород вместо бензина" на секции "Технология использования Водорода" сделал 9 сентября.
В семидесятые годы в нескольких научно-исследовательских организациях СССР интенсивно проводились работы по использованию водорода в качестве топлива. Наиболее известны такие организации как Центральный научно-исследовательский автомобильный и автомоторный институт (НАМИ), Институт проблем машиностроения АН УССР (ИПМАШ АН УССР), Сектор механики неоднородных сред АН СССР (СМНС АН СССР), Завод-ВТУЗ при ЗИЛе и др. В частности, в НАМИ под руководством Шатрова Е.В. начиная с 1976 года были проведены научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию водородного микроавтобуса РАФ 22034. Была разработана система питания двигателя позволяющая работать на водороде. Она прошла полный комплекс стендовых и лабораторно-дорожных испытаний.
Рисунок 2. Слева направо Шатров Е.В., Кузнецов В.М., Раменский А.Ю.
На рис. 2 фотографии слева на право: Шатров Е.В – научный руководитель проекта; Кузнецов В.М. – руководителя группы водородных двигателей; Раменский А.Ю. - аспирант НАМИ, внесшие значительный клад в организацию и проведение НИОКР по созданию водородного автомобиля. Фотографии стендов для испытания двигателя, работающего на водороде и микроавтобуса РАФ 22034, работающего на водороде и бензоводородных топливных композициях (БВТК), представлены на рис. 3 и 4.
Рисунок 3. Моторный отсек Болкса №20 для испытаний ДВС на водороде Отдела мотрорных лабораторий НАМИ
Рисунок 4. Водородный микроавтобус РАФ (НАМИ)
Первый опытный образец микроавтобуса был построен в НАМИ в период 1976-1979 году (рис. 4). Начиная с 1979 года в НАМИ осуществлялись его лабораторно-дорожные испытания и опытная эксплуатация.
Параллельно работы по созданию автомобилей работающих на водорода велись в ИПМАШ АН УССР и СМНС АН СССР и Заводе Втузе при ЗИЛе. Благодаря активной позиции академика Струминского В.В. (рис. 5), руководителя СМНС АН СССР несколько образцов микроавтобусов использовались на ХХII Олимпийских летних играх в Москве в 1980 году.
Как головной институт Министерства автомобильной промышленности СССР НАМИ сотрудничал с указанными выше организациями. Примером такого сотрудничества были совместные исследования с ИПМаш АН УССР, директором которого в те времена работал член-корреспондент АН УССР Подгорный А.Н. В области применения водорода на автомобиле следует обратить внимание на работы руководителей ведущих подразделений института: Варшавского И.Л., Мищенко А.И., Соловья В.В. и многих других (Рис. 6).
Широко известны разработки этого института по созданию автомобилей и автопогрузчиков, работающих на БВТК с металлогидридными системами хранения водорода на борту.
Другим примером сотрудничества НАМИ с ведущими НИИ страны была работа по созданию металлогидридных систем хранения водорода на автомобиле. В рамках консорциума по созданию металлогидридных систем хранения сотрудничали три ведущие организации: ИАЭ им И.В. Курчатова, НАМИ и МГУ им М.В.Ломоносова. Инициатива создания такого консорциума принадлежала академику Легасову В.А. Институт атомной энергии им И.В. Курчатова был головным разработчиком металлогидридной системы хранения водорода на борту автомобиля. Руководителем проекта был Чернилин Ю.Ф., активными участниками работ были Удовенко А.Н. и Столяревский А.Я.
Металлогидридные соединения разработал и изготовил в необходимом количестве МГУ им. М.В. Ломоносова. Эта работа велась под руководством Семененко К.Н., заведующего кафедрой химии и физики высоких давлений. 21 ноября 1979 года были зарегистрированы в Государственном реестре изобретений СССР заявки №№ 263140 и 263141 с приоритетом изобретения 22 июня 1978 года. Авторские свидетельства на сплавы-аккумуляторы водорода А.С. №722018 и №722021 от 21 ноября 1979 г. были одними из первых изобретений в этой области в СССР и в мире.
В изобретениях предлагались новые составы, позволяющие существенно увеличить количество запасаемого водорода. Это достигалось путем модификации состава и количества компонентов в сплавах на основе титана или ванадия.Такие композиции позволили добиться концентрации от 2.5 до 4.0 массовых процентов водорода. Выделение водорода из интерметаллида осуществлялось в интервале температур 250-400°С. Этот результат и по сей день является практически максимальным достижением для сплавов такого типа. В разработке сплавов принимали участие ученые ведущих научных организаций СССР, связанных с разработкой материалов и устройств на базе гидридов интерметаллических сплавов - МГУ им. М.В. Ломоносова (Семененко К.Н., Вербецкий В.Н., Митрохин С.В., Зонтов В.С.); НАМИ (Шатров Е.В., Раменский А.Ю.); ИМаш АН СССР (Варшавский И.Л.); Завода-ВТУЗа при ЗИЛ (Гусаров В.В., Кабалкин В.Н.). В середине восьмидесятых годов испытания металлогидридной системы хранения водорода на борту микроавтобуса РАФ 22034, работающего на БВТК, проводились в Отделе двигателей на газовых и других видах альтернативных топлив НАМИ (зав. отделом Раменский А.Ю.) . Активное участие в работе принимали сотрудники отдела: Кузнецов В.М., Голубченко Н.И., Иванов А.И., Козлов Ю.А. Фотография металлогидридной системы хранения водорода для микроавтобуса представлена на рис. 7.
Рисунок 7. Водородный автомобильныйметаллогидридный аккумулятор водорода (1983 г.)
В начале восьмидесятых годов начало зарождаться новое направление в применении водорода в качестве топлива для автомобилей, которое в настоящее время рассматривается как основная тенденция. Это направление связано с созданием автомобилей работающих на топливных элементах. Создание такого автомобиля осуществлялось в НПП "Квант". Под руководством Н.С. Лидоренко. Автомобиль впервые был представлен на международной выставке "Электро-82" в 1982 г. в Москве (рис. 8).
Рисунок 8. Водородный микроавтобус РАФ на топливных элементад (НПП "КВАНТ")
В 1982 микроавтобус РАФ, на борту которого были смонтированы электрохимические генераторы и был установлен электрический привод, демонстрировался заместителю министра автомобильной промышленности Е.А. Башинджагяну. Демонстрировал автомобиль сам Н.С. Лидоренко. Для опытного образца, автомобиль на топливных элементах, имел неплохие ездовые качества, о чем не без удовлетворения отметили все участники просмотра. Планировалось осуществлять эту работу совместно с предриятиями Минавтопрома СССР. Однако в 1984 году Н.С. Лидоренко оставил пост руководителя предприятия, может быть с этим связано то обстоятельство, что эта работа не получила своего продолжения. Создание первого российского водородного автомобиля на топливных элементах, построенного коллективом предприятия более 25 лет могла бы претендовать на историческое событие в нашей стране.