Сказ про литр бензина

Литр бензина – это несложно. Литр бензина – это примерно 28 рублей. К осени, может быть, станет 30 рублей. Литр бензина – это 0,75 кг. Что еще?

А еще, чтобы сделать литр бензина, приходится тратить 3 МДж энергии – это если учесть разведку, нефтедобычу, нефтепереработку и доставку бензина до потребителя. 3 МДж – это примерно 8-10% от энергии, которые мы получим при сгорании нашего литра.

За последние пятьдесят лет удельные затраты на изготовление топлива выросли в 10 раз. Со временем соотношение будет ухудшаться – добыча нефти становится сложнее, а требования к топливу выше.

В литре бензина содержится 34 МДж энергии. В двигателе внутреннего сгорания она преобразуется в работу, и хотя КПД современных двигателей принято считать достаточно высоким – до 30-35%, но это пиковое значение. Понятно, что в реальности мотор работает и на холостых оборотах (КПД=0), и при частичных нагрузках, поэтому средний эксплуатационный КПД ощутимо меньше. Он сильно зависит от условий езды, но положим оптимистично, что он составляет 20%. То есть из наших 34 МДж энергии в дело пошло не более 7 МДж. Из них примерно 15% потерялось в трансмиссии, пара процентов – в шинах, значит, в полезную работу по перемещению автомобиля преобразовалось где-то 5,8 МДж.

Вот что получается: чтобы выработать эти 5,8 МДж мы потратили 3 МДж на изготовление литра бензина и еще 34 МДж выделили в атмосферу, сжигая его. Получается, КПД современного автомобиля составляет примерно 16%. Конечно, если вы стоите в бесконечно пробке, может быть и меньше.

Итак, сжигая литр бензина, мы тратим 34+3=37 МДж энергии. Много это или мало? Пусть вы решили выработать их самостоятельно и сели на велотренажер, подключенный к динамомашине. Вам придется крутить педали в интенсивном темпе в течение 28 часов, то есть четыре рабочих дня. Кто из нас способен проезжать в день на велосипеде по 105 километров и делать так в течение 4 дней? Мало кто. Поэтому давайте наймем тренированного «негра» с зарплатой 15 000 рублей в месяц. Тогда энергия, содержащаяся в литре бензина, обойдется нам в 2857 рублей – чуть дороже реальной цены литра бензина. Всего в 100 раз.

Можно также изучить, на что тратятся в автомобиле те 34 МДж энергии, что нам удалось получить при сгорании литра бензина. Примерно 10 МДЖ рассеивается в атмосферу за счет системы охлаждения. Плюс-минус столько же уносится в атмосферу с отработавшими газами. 7 МДж тратится на преодоление внутреннего трения в двигателе и привод навесных агрегатов, 1 МДж теряется в трансмиссии, ну и кое-что по мелочи. Энергия течет мимо рук, как вода сквозь пальцы.

С трудом вырванные у природы 5,8 МДж, которые мы называем полезной энергией, расходуются в основном на кинетическую энергию автомобиля, преодоление сопротивления шин и воздуха. Последние два явления переводят всю выделенную нами энергии сразу в тепло, подогревая атмосферу.

С кинетической энергией интереснее. К примеру, вы едете на Ford Focus на скорости 60 км/час. Кинетическая энергия «Форда» составляет 208 КДж, и для ее получения в ДВС с учетом потерь нужно сжечь примерно 40 мл бензина. Вроде бы немного.

Но из этих 40 мл на разгон вашего тела до 60 км/час было потрачено 2 мл топлива, оставшиеся 38 мл – на ускорение самого «Форда». Для крупных машин соотношение еще печальней.

Но вот вы приблизились к светофору и нажали на тормоз. Все 208 КДж превращаются в тепло тормозных дисков, рассеиваясь безвозвратно. Приходится начинать все заново и жечь новые 40 мл топлива. 25 светофоров – и вот он, наш литр (и это лишь затраты на разгон машины без учета трения и сопротивления).

В обычном автомобиле абсолютно вся энергия в конечном итоге переводится в тепло. Казалось бы, раз это тепло накапливает атмосфера, значит, можно забрать его обратно? Но с нынешним уровнем техники процесс практически необратим: низкопотенциальное тепло атмосферы может растопить ледники, но, к сожалению, не позволяет человеку эффективно забирать его обратно. Сожженный литр – исчезнувший литр.

Один литр бензина – это примерно 10 км пути на автомобиле. Чтобы его преодолеть, нам понадобилось 37 МДж энергии. А если пробежать 10 км, понадобится 2 МДж, причем энергии абсолютно «зеленой», взятой у солнца. Ведь мы получаем ее из животных белков и растительной пищи.

Но это я не к тому, что давайте бегать. Мысль немного другая. Суммируем факты:

1. Энергетическая эффективность автомобиля составляет порядка 16% .
2. На разгон машины тратится в 20 раз больше энергии, чем на разгон водителя, ради которого этот разгон происходит.
3. Абсолютно вся энергия в конечном итоге рассеивается в атмосферу безвозвратно.
4. Эффективность автомобиля в 19 раз ниже, чем эффективность бегущего человека.
5. Цена единицы энергии, вырабатываемой из бензина, примерно в 100 раз ниже, чем энергии, вырабатываемой человеком.

Пункт 5 как будто противоречит пункту 4, но это лишь подчеркивает, насколько дешево нам достается бензин.

Остальные пукты иллюстрируют тот факт, что пока человечество обращается с энергией весьма беспечно. Причина этого – в относительной дешевизне ископаемых топлив.

Несмотря на весь прогресс, человечество сделало не так уж много для того, чтобы получать энергию самостоятельно из восполняемых источников. Экономика мира держится на энергии, которая в течении миллионов лет копилась в недрах Земли, и в последние 150 лет составила основу нашего энергетического рая. Пожалуй, не будь нефти и угля, население Земли до сих пор составляло бы 100 миллионов человек.

Не только машины, но и котельные, электростанции, грузовой транспорт используют преимущественно энергию недр. И, как видите, используют не шибко рачительно.

Здесь нет чьей-то вины: поднять КПД того же автомобиля, допустим, в два раза невозможно даже теоретически, не говоря уже о рентабельности этой затеи. Это тупиковый путь.

Но все же эта глобальная зависимость от недр имеет два больших минуса. Один из них – экология, другой – возможная кончина нефти, а перед этим – ее существенное удорожание. Хватит нефти на 30, 50 или 100 лет – не так уж важно. Главное, что когда-нибудь это случится.

Поскольку оба этих риска имеют место быть, нам придется найти альтернативу. Почти все восполняемые источники энергии (а также ядерные) превращают ее в электричество, и это одна из причин, почему я считаю, что будущее за электромобилями.

Но пока это неблизкая перспектива. Нефть – это что-то вроде наследства богатого дядюшки. Когда оно есть, можно, конечно, вкалывать и копить на черный день, но когда до этого дня еще бог весть сколько, мотивация падает до нуля. Наследство развращает, как и нефть.

Ведь альтернативные источники энергии пока не могут конкурировать с нефтью. К примеру, чтобы получить упомянутые 34 МДж из бензина, нужно потратить на его производства 3 МДж. А чтобы получить такое количество из биодизеля, первоначальные «инвестиции» должны составить 26 МДж! То есть три четверти от той энергии, что получится потом при сгорании.

Сегодня с энергией недр не может конкурировать ни один «зеленый» источник. Впрочем, это не значит, что так будет всегда. Когда баланс нарушится и нефть подорожает, у человечества не останется иного выбора, и тогда мир ждет коренная перестройка всех процессов: транспорт, отопление, производство материалов… Что это будет за мир – пока загадка, но я бы сделал ставку на доминирование электрической энергии, получаемой за счет биопроцессов, солнца, ветра, волн и ядерных реакций.

Не удивлюсь, если через 80 лет самым процветающим континентом будет солнечная Африка, а средний россиянин будет обеспечивать себя энергией, сидя на велотренажере. Мир без нефти не вымрет, но станет другим. Очень другим.