Хокен П., Ловинс э-, Ловинс X. Естественный капитализм: грядущая промышленная революция
|
Скачать 6.32 Mb.
|
| подводимой к колесам, снижает потери и, следовательно, обеспечивает значительную экономию топлива. \053\ Мощность, необходимую для движения автомобиля, можно систематически уменьшать тремя способами. В городе, при движении по обычным дорогам, примерно одна треть мощности используется на разгон автомобиля, а затем теряется на разогрев тормозов, когда автомобиль останавливается. Другая треть мощности тратится на нагревание примерно 6-7 т воздуха, который автомобиль должен расталкивать при своем движении - это так называемое "аэродинамическое сопротивление". Последняя треть мощности нагревает шины и дорогу в результате преодоления сопротивления качению. Следовательно, ключ к проектированию эффективного автомобиля - сокращение всех этих потерь. Кузов, отлитый из углеродных композитов, может уменьшить массу в 2-3 раза. Это пропорционально снижает потери на торможение и сопротивление качению, а также размер двигательной установки, требуемой для достижения заданного ускорения. Простые обтекаемые детали, в частности плавная форма задней части автомобиля и несколько уменьшенная лобовая поверхность, могут сократить воздушное сопротивление примерно на 40-60% без ограничения стилистического разнообразия. Уменьшение массы транспортного средства вместе с применением шин удвоенной эффективности, которые уже появились на рынке, может сократить сопротивление качению примерно на 66-80%5. Вместе эти изменения помогут в 2-3 раза сократить мощность, необходимую для перемещения автомобиля и пассажиров и, следовательно, в несколько раз уменьшить расход топлива для обеспечения этой мощности. В середине 80-х годов многие автомобилестроители продемонстрировали концептуальные модели автомобилей, выполненные вручную для испытания новых идей. Они вмещают от четырех до пяти пассажиров и весят всего 450 кг, т.е. в 3 раза меньше, чем средний новый автомобиль в США сегодня. С традиционным двигателем они в 2—4 раза эффективнее сегодняшнего среднего нового автомобиля и изготовляются из легких металлов, например алюминия и магния. Те же самые результаты теперь получить еще проще, заменив штампованный металлический корпус на корпус, отлитый из композитов, армированных углеродом, кевларом, стеклом и другими сверхпрочными волокнами. Такие усовершенствованные композитные автомобили первоначально 5 Сконструированные фирмой "Дженерал Моторс" для аккумуляторных электромобилей марки EV-1, эти шины высокого давления имеют хорошее сцепление с дорожным покрытием несмотря на малый нес ант омобиля благодаря тому, что они более узкие (поэтому давление в области контакта не уменьшается) и содержат специальные добавки для улучшения сцепления, например, кварц. \054\ весили приблизительно 700 кг для шестиместной модели, сравнимой по объему с полуторатонным "Таурусом" Форда. В дальнейшем их массу возможно удастся снизить до 600 кг или даже меньшей величины. Типичный четырех-пятиместный легковой автомобиль с кузовом типа "седан" может весить еще меньше. Особое внимание, уделяемое созданию сверхлегкого автомобиля, приносит свои плоды, потому что экономия веса окупается. При облегчении тяжелого автомобиля на 1 кг его масса фактически уменьшается на 1,5 кг, так как требуются более легкие рама и подвеска, чтобы поддерживать эту массу, меньший двигатель, чтобы перемещать автомобиль, менее мощные тормоза, чтобы остановить его, и меньшее количество топлива для питания двигателя. Экономия 1 кг в сверхлегком автомобиле снижает его массу еще больше, потому что компоненты транспортного средства не просто уменьшаются в размерах, а могут даже стать ненужными. Например, рулевой привод с усилителем и мощные тормоза не нужны для управления таким легким транспортным средством. Гибридный электропривод становится маленьким и достаточно дешевым, что особенно привлекательно в таком легком автомобиле, а это в свою очередь позволяет отказаться от сцепления, трансмиссии, карданного вала, универсальных шарниров, осей, дифференциала, стартера, генератора переменного тока и т.д. Специфические характеристики сверхлегкого корпуса и остекления могут также сочетаться с новаторскими методами уменьшения шума и обеспечивать комфорт, освещение и другие дополнительные удобства при уменьшении энергии и массы в несколько раз. Сделать легкий автомобиль безопасным Генри Форд сказал, что легкий человек способен победить тяжелого человека: вес — не есть предпосылка силы. Современные композиты подтверждают эту истину: испытания при столкновении с препятствием показали, что новаторские сверхлегкие конструкции по крайней мере столь же безопасны, как стандартные автомобили, даже при столкновениях на большой скорости с опорами моста или с тяжелыми стальными транспортными средствами. Композиты столь необычно прочны, что они могут поглощать в 5 раз больше энергии на единицу массы, чем сталь. Примерно 5 кг полых конусов из пластика, армированного углеродными волокнами, могут при своем разрушении плавно поглотить полную энергию 500-килограммового автомобиля при ударе о стену на скорости 80 км/час. \055\ Такие качества позволяют по-новому подойти к конструированию систем безопасности, которые сводят на нет недостаток массы сверхлегкого автомобиля при столкновении с тяжелыми транспортными средствами. Миллионы зрителей наблюдали в программе новостей столкновения гоночных автомобилей "Инди-500" со стенами. Это -сверхлегкие автомобили на основе углеродных волокон; их части сконструированы так, чтобы рассеивать энергию удара при смятии или разрушении. Несмотря на то что они подвергались воздействию удара с энергией, во много раз превосходящей энергию при столкновениях на шоссе, корпус автомобиля и защитные устройства для водителя обычно предотвращали серьезный ущерб. Гиперавтомобили сочетают качества материалов е удачной конструкцией, которая выдерживает самые разнообразные дорожные происшествия. Образно этот подход можно описать как "человека, погруженного в пену, окруженного сверхпрочной скорлупой, обернутого пористым упаковочным материалом". Сверхлегкие автомобили обеспечивают защиту их собственных пассажиров и представляют меньшую опасност], для пассажиров других транспортных средств при столкновении. Это путь к прекращению "гонки вооружений", которая характеризуется появлением всё более тяжелых "колесниц". Дополнительные средства безопасности, в том числе четыре ведущих колеса, отсутствие участков обзора, закрытых для водителя, на всегда сухих электронных зеркалах заднего вида и легкость управления снижают вероятность несчастных случаев. Экономика сверхлегкости Гиперавтомобили обязаны многими из своих преимуществ отказу от почти столетнего опыта использования конструкций, основанных на стали. Этот отказ мог бы поначалу показаться донкихотством. Сталь повсеместно распространена и всём знакома, её технологии высоко развиты. Современный стальной автомобиль, по оценкам экспертов, удовлетворяет часто находящимся в противоречии друг с другом требованиям - быть эффективным, однако относительно безопасным, мощным, однако относительно экологически чистым. Большинство автомобилестроителей всё еще полагает, что только сталь достаточно дешева для доступных автомобилей и что альтернативные конструкции, например на основе углеродных волокон, непреодолимо дороги. Однако история индустриального общества богата примерами, когда стандартные материалы быстро замещались новыми. В США ку- \056\ зова автомобилей еще в 1920 г. на 85% состояли из дерева, а уже в 1927 г. - на 70% из стали. Детройтские руководители, которые полагают, что полимерные композиты никогда не найдут места в автомобильной промышленности, возможно во время своих уи-кендов катаются на катерах из композита на основе стекловолокна и полиэстера. Синтетические материалы уже доминируют в строительстве катеров и яхт и быстро завоевывают позиции в аэрокосмической промышленности. Логически, автомобили -следующие на очереди, потому что новые методы производства и новое мышление в экономике создания транспортного средства в целом позволяют сделать следующий вывод: сталь - дешевый материал, но делать из него автомобили дорого, в то время как углеродные композиты - дорогостоящий материал, но делать из него автомобили дешевле. Углеродные волокна - черные, блестящие, жесткие нити тоньше человеческого волоса. По плотности они в 4 раза легче стали, но более жесткие и прочные. В 1995 г. 1 кг углеродного композита стоил приблизительно в 20 раз дороже, чем 1 кг стали. В ближайшие годы это отношение может уменьшиться до 12. Но если ориентировать углеродные волокна должным образом и переплести их, чтобы распределить напряжения, то такая же прочность и жесткость, что и у стали, может быть достигнута с меньшей в 2 или 3 раза массой углеродных волокон, погруженных в прочную полимерную "матрицу". Всё это вместе и есть композит. Более того, во многих случаях применения волокна из стекла и кевлара столь же хороши как углерод или лучше его и к тому же в 2-6 раз дешевле. Комбинации разных волокон обеспечивают огромную гибкость конструкции и её точное соответствие требованиям к данной детали. Композиты также дают возможность использовать облегченную конструкцию кузова, в том числе совершенно бескаркасную, (подобно яйцу, скорлупа которого играет и роль каркаса). её чрезвычайная жесткость улучшает управляемость и безопасность. (Если вы сомневаетесь в прочности тонкого, жесткого, бескаркасного кузова, попробуйте есть омара или клешню краба без специальных инструментов.) Такие проекты позволяют сэкономить дорогостоящие материалы - требуется лишь около 450 кг углеродных волокон на автомобиль. Углеродные волокна, даже если их расходовать бережливо, всё еще выглядят слишком дорогими в расчете на 1 кг. Но стоимость 1 кг — неправильное основание для сравнения, потому что автомобили продаются штуками, а не на вес, и должны производиться из соответствующего сырья. Только приблизительно 15% от стоимости типичной стальной автомобильной детали - это не- \057\ посредственная стоимость стали; остальное - стоимость штамповки, сварки и обработки. В отличие от этого детали из композитов и других литых синтетических материалов отливаются в готовом виде и не требуют обработки. Даже очень крупные и сложные узлы могут быть отлиты целиком. Композитный кузов собирается приблизительно из 5-20 частей, в то время как стальной кузов состоит из 200-400 деталей. Для изготовления каждой из этих сотен стальных деталей необходимы в среднем четыре пресс-формы из инструментальной стали, каждая из которых обходится в 1 млн долл. Полимерные же соединения отливаются в готовом виде за один шаг с использованием пресс-форм низкого давления, которые можно сделать даже из эпоксидной смолы с защитным покрытием. Затраты на обработку снижаются на 90%. Большая экономия достигается на следующих этапах производства после изготовления кузова - затраты труда на сборку и необходимые рабочие площади уменьшаются примерно на 90%. Легкие и удобные в обращении детали можно поднимать без лебедки. Они точно подгоняются друг к другу без дополнительной обработки и соединяются с помощью сверхпрочного клеи вместо использования сотен сварочных автоматов. Окраска — самый дорогостоящий, наиболее сложный и грязный этап производства, который составляет от четвертой части до половины общей конечной стоимости окрашенных частей стального кузова, - может быть устранена добавкой красителя в расплав композита. Вместе эти преимущества могут сделать углеродное волокно конкурентоспособным в производстве кузовов автомобилей [348. 353, 374]. Различия между использованием стали и композитов проявляются на каждом этапе производства. Для обычной новой модели автомобиля тысяча инженеров расходует год на проектирование и год на изготовление оборудования стоимостью в 1 млрд долл. - целое футбольное поле стальных пресс-форм размером с автомобиль. На возмещение их стоимости уходят годы, даже десятилетия. Этот негибкий набор инструментов в свою очередь требует огромных эксплуатационных расходов и увеличивает финансовые риски, поскольку продолжительность цикла производства значительно превосходит срок надежного прогнозирования рынка. Дели изделие терпит неудачу на рынке, огромные инвестиции фактически теряются. В отличие от этого несложные инструментальные средства для производства гиперавтомобилей можно изготовить за сутки. Стратегия гиперавтомобиля построена на использовании труда малочисленных бригад проектировщиков, дешевом массовом производстве, высокой рентабельности, быстрой экспериментальной проверке и диверсификации новой модели и большой гибкости всего процесса. Комбинация \058\ низкой капиталоёмкости и быстрых циклов изготовления характеризуется меньшим финансовым риском, объединением процессов, отработанных по отдельности и с большей чистотой и безопасностью для рабочих [73, 74, 353]. Гибридный электрический двигатель и революция водородных топливных элементов Гиперавтомобили, как и аккумуляторные электрические автомобили, используют очень эффективные электродвигатели для вращения колес и возможность вернуть значительную часть энергии торможения для повторного использования. Однако гиперавтомобили отличаются от аккумуляторных электрических автомобилей не только значительно меньшей массой, но также и источником электроэнергии. Несмотря на последние достижения, батареи, подзаряжаемые в сети станций обслуживания, остаются слишком тяжелыми, дорогостоящими и не позволяют запасти достаточную энергию для движения на большие расстояния. Аккумуляторные электрические транспортные средства, как заметил профессор Ван дер Кох из Дельфтского университета, -это "автомобили, которые перевозят в основном батареи, но не очень далеко и не очень быстро, - иначе им потребовалось бы еще больше батарей". Поскольку бензин и другие жидкие топлива содержат в 100 раз больше полезной энергии на 1 кг веса, чем батареи, поездки на большие расстояния лучше всего совершать, запасая энергию в форме топлива, а затем преобразовывая её по мере необходимости в электроэнергию с помощью маленького бортового двигателя, турбины или топливного элемента. Гибридный двигатель - маленький и благодаря своему размеру может быть установлен ближе к типичным потребителям тягового усилия, так как его не требуется непосредственно связывать с колесами и он постоянно работает в условиях, близких к оптимальным. В результате современная гибридно-электрическая система привода весит в 3 раза меньше, чем полтонны батарей, необходимых для аккумуляторного электрического автомобиля, а её способность временно запасать энергию должна составлять лишь несколько процентов от аналогичного показателя аккумуляторного автомобиля. Таким образом, гибриды обладают всеми преимуществами электрического двигателя, отвечающего требованиям нулевых выбросов, принятым в штате Калифорния, но без недостатков батарей. \059\ В зависимости от выбора бортовой силовой установки гиперавтомобили могут использовать бензин или любое чистое альтернативное топливо, включая жидкости, произведенные из отходов сельского хозяйства и лесозаготовок [364]. Такого "биогорючего" достаточно, чтобы обеспечить очень эффективную систему транспорта в США без выращивания специальных культур или добычи ископаемых углеводородов. Сжатый природный газ или водород также удобно использовать в качестве топлива в таких эффективных автомобилях, потому что даже маленький, легкий, недорогой бак может содержать достаточно газового топлива для продолжительного движения, особенно, если это топливо - водород и он используется в топливных элементах, очень высокий КПД которых увеличивает и КПД самого транспортного средства. Но самое большое достижение гипсравтомобилей может состоять в преобразовании не только автомобильной, нефтяной, сталелитейной и алюминиевой отраслей промышленности, но также и угольной промышленности, и энергетики. Причина этого заключается в том, что самый чистый и наиболее эффективный известный способ питания гиперавтомобиля - водородный топливный элемент. Технология, изобретенная в 1839 г., лишь в 90-х годах XX в. совершила крупный прорыв, обеспечивший её широкое распространение. Вам уже знаком принцип действия топливного элемента, если в кабинете химии средней школы Вы проводили эксперимент по пропусканию электрического тока через воду в пробирке. При этом вода расщеплялась на пузырьки водорода и кислорода. Этот процесс получил название "электролиза". В топливном элементе тот же самый процесс просто протекает в обратном направлении: на тонкой пластиковой мембране с напыленным слоем платины6 кислород (обычно в составе воздуха) соединяется с водородом. В результате образуются электричество и чистая горячая вода, и больше ничего. Нет никакого сгорания. Электрохимический процесс, родственный процессам в аккумуляторе, но использующий непрерывный поток топлива, является бесшумным, стабильным и наиболее эффективным и безопасным из известных способов превратить топливо в электричество в любом масштабе - от слухового аппарата [459] до фабрики. Моряки на подводных лодках и астронавты пьют воду, являющуюся побоч- |
Похожие:
 |
Книга “Караоке-капитализм” была задумана во времена, когда всем нам... Йонас Риддерстрале, Кьелл Нордстрем. Караоке-капитализм. Менеджмент для человечества |
|
Магистерская программа «Теория международных отношений и внешнеполитический... Революция в военном деле в германии в период канцлерства ангелы меркель (2005-2014) |
|
Учебник создан преподавателями кафедры «Промышленная экология и безопасность» «Безопасность жизнедеятельности» (бжд) для всех специальностей и направлений бакалавриата высшего профессионального образования.... |
|
Решение по жалобе ООО «Промышленная энергетическая компания» Ооо «Промышленная энергетическая компания» (далее – Заявитель) на действия Единой комиссии №2 (далее – Аукционная комиссия), при... |
 |
Президент Союза «Торгово-промышленная палата Республики Башкортостан» Общее руководство подготовкой и проведением Игр осуществляет Управление по физической культуре и спорту Администрации городского... |
|
Техническое задание на выполнение работ по обеспечению освещенности... Санкт-Петербург, промышленная зона Парнас, ул. Домостроительная д. 4 корп. 3 лит. В |
|
Арматура промышленная трубопроводная общие требования безопасности ... |
|
Игорь Ашурбейли Первая юридическая революция в околоземном пространстве может завершиться созданием первого государства на орбите |
|
Книга рецептов Это старый, как мир, способ приготовления блюд позволяет сохранить в продуктах максимальное количество витаминов и минералов, а также... |
|
Ортопедическая подушка обеспечивает Алоэ вера широко известно своими способностями обновлять клетки и сохранять естественный баланс кожи. Полезные свойства ткани сохраняются... |
|
Техническое задание на разработку рабочей документации и выполнение... Объекту: «Автомобильная дорога «Промышленная» (городской округ Большой Камень Приморского края)» |
|
Презентация педагогического опыта Мастер-класс по теме «Российский... Высокие результаты же достигаются, если учитель не только владеет теорией и методикой преподавания предмета, но и творчески использует... |
|
«цветные революции» как угроза региональной безопасности: специфика и пути противодействия Ключевые слова: цветная революция, дестабилизация, угроза, региональная безопасность, терроризм, экстремизм |
|
Техники восстановления зрения Естественный метод восстановления зрения. Коррекция зрения по методу Шичко-Бейтса |
|
"Высшая школа экономики" Факультет мировой экономики и мировой политики «Сланцевая революция» как внутренне событие для ес – потенциал добычи собственных ресурсов 28 |
|
«Дядя Саша и Кристина Орбакайте» В системе свободного предпринимательства, когда компании не могут выжить, они просто гибнут. Конкуренция и есть двигатель свободного... |