Нет бензина. Наливаем воду?
Ездить на воде нельзя. Ездить с водой — можно, и этой технологии почти сто лет. Разбираемся, почему она честно работает — но совсем не так, как вам сейчас мечтается.
Вторые сутки в очереди на заправку — время философское. Первые часы человек злится и листает новости. Потом прикидывает, сколько стоит электромобиль и почём нынче овёс. А к рассвету второго дня взгляд сам собой останавливается на пятилитровой бутылке воды на соседнем сиденье, и из глубин памяти всплывает что-то смутное: какие-то присадки… вода в топливе… кажется, что-то такое писали?
Спешим окатить: воду в бак лить не надо. Совсем. Ни при каких обстоятельствах, даже очень красивым жестом. Но сама история про «воду в топливе» — не байка из телемагазина. Это технология с боевым (буквально) прошлым, серийным настоящим, рецензируемыми исследованиями и одним обидным ограничением, о котором — в самом конце. По законам жанра.
Первыми были не учёные, а люди, в которых стреляли
В 1940-е авиационный двигатель на форсаже жил опасной жизнью: при максимальной мощности топливно-воздушная смесь перегревалась и начинала детонировать — то есть взрываться не тогда, когда положено, а когда ей вздумается. Для мотора это примерно как аплодисменты кувалдой изнутри.
Republic P-47 Thunderbolt — американский истребитель-бомбардировщик времён Второй мировой войны
Решение нашли парадоксальное: впрыскивать воду. Немцы ставили на истребители с мотором BMW 801 систему с честным названием MW50 — Methanol-Wasser, водометанольная смесь. Американцы лили воду в Pratt & Whitney R-2800 «Тандерболтов» — режим так и назывался: war emergency power, «чрезвычайная военная мощность». Температура в цилиндрах падала, детонация исчезала, мощность — росла. Пилоты дёргали рычаг и уходили от противника на моторе, охлаждённом водичкой.
Стоп. Вода же не горит. Как она добавляет мощности?
Три фокуса, которые вода показывает в цилиндре
Фокус первый: микровзрыв. Капля водно-топливной эмульсии устроена как матрёшка: снаружи топливо, внутри — микрокапелька воды. При нагреве вода закипает первой (100 °C против 180–360 °C у дизельного топлива) и взрывообразно испаряется, разнося топливную оболочку в клочья. Капли становятся в 5–10 раз мельче, топливо распыляется идеально и сгорает почти без остатка. Вода не горит — вода дирижирует.
Фокус второй: холодный душ. Испаряясь, вода забирает 2260 джоулей на грамм — впятеро больше, чем бензин. Пиковая температура в камере сгорания падает на 100–200 °C. А именно на этих пиках атмосферный азот, который миллионы лет никого не трогал, «сваривается» с кислородом в оксиды азота NOx. Меньше пик — меньше NOx. Если вам кажется, что NOx — это скучная строчка из экостандарта, вспомните: именно из-за него в 2015-м грянул дизельгейт, когда выяснилось, что Volkswagen подделывал выбросы, потому что честно уложиться в нормы не мог. NO₂ провоцирует астму (привет жителям городов с пробками), а в атмосфере превращается в азотную кислоту — да, кислотные дожди, это оно.
Фокус третий: химический спецназ. При температурах за 1000 °C молекулы воды распадаются на радикалы H· и OH·, которые набрасываются на частицы сажи и ускоряют их догорание — время сгорания сажи сокращается почти вдвое.
Итог зафиксирован не в комментариях на форумах, а в обзоре трёх с лишним десятков независимых экспериментов, опубликованном в библиотеке Национальных институтов здоровья США: для дизелей при 10–15% воды в эмульсии — минус 20–50% NOx, минус 30–60% сажи и плюс 3–5% к КПД. Три процента звучит скромно, но в пересчёте на годовой пробег среднего автомобиля это 50–70 литров топлива. По нынешним временам — две канистры, найденные на ровном месте. Вы ведь как раз искали канистры?
Справка для тех, кто забыл, что значит АИ-95. Октановое число показывает, насколько сильно можно сжать смесь топлива с воздухом, прежде чем она взорвётся самопроизвольно. «А» — автомобильный, «И» — исследовательский метод измерения. Методов, забавным образом, несколько, и цифры они дают разные: американский бензин AKI-91 — это примерно наш 95-й, так что не спешите жалеть американцев на заправках.
А чтобы не было ощущения, что всё это осталось в 1945-м: в 2016 году BMW поставила систему впрыска воды в серийный бензиновый M4 GTS.
BMW M4 GTS, 2016 г. — первый серийный автомобиль с впрыском воды в бензиновый мотор
Не в концепт-кар для выставки — в машину из дилерского центра, с гарантией. Там вода работает антидетонатором: охлаждает смесь так, что мотор можно форсировать сильнее без риска самоуничтожения. BMW много в чём можно упрекнуть, но не в привычке ставить в серию неработающую физику.
Так, отлично. Почему же этого нет на каждой заправке?
Вот тут полагается перейти на шёпот и рассказать про заговор нефтяных корпораций. Не будем. Заговор не нужен там, где хватает четырёх скучных причин.
Причина первая: эмульсия — существо капризное. Вода и топливо сами по себе не смешиваются — постоят несколько часов и разойдутся, как пара после неудачного отпуска. Нужны поверхностно-активные вещества и механическое дробление капель до единиц микрон. Ошибётесь с рецептурой — и вместо улучшенного горения получите тушение пламени прямо в цилиндре. А система впрыска, как у BMW, стоит тысячи евро, требует дистиллированной (не из-под крана!) воды, зимой замерзает, а инфраструктуры для её заправки не существует.
Причина вторая: вода ест металл. Особенно на пусках и остановках, когда она не испаряется, а конденсируется. Вода плюс продукты неполного сгорания — это, по сути, слабый раствор кислоты внутри вашего двигателя. Форсунки, вкладыши, стенки цилиндров — всем достанется.
Причина третья: регуляторная броня. Состав топлива жёстко прописан в стандартах — ГОСТ, Euro 5, Euro 6. Шаг влево — и это уже юридически не топливо, продавать его нельзя. Техрегламенты пишутся раз в десятилетия и меняются только под мощным давлением. Давить некому — см. причину четвёртую.
Причина четвёртая, самая честная: никому не выгодно. Технология, снижающая расход топлива на 3–5%, в масштабах страны означает миллиарды литров непроданного горючего в год. Компании, живущие продажей топлива, не будут тратить лоббистский ресурс на то, чтобы продавать его меньше. Это не конспирология — это арифметика. У воды просто нет отдела продаж.
Ладно. А самому переделать машину можно?
Можно. DIY-комплекты впрыска воды продаются на маркетплейсах от 20 тысяч рублей: форсунка, насос, блок управления. Вода подаётся во впускной тракт, испаряется, охлаждает смесь. Владельцы турбированных машин рапортуют о падении температуры выхлопа и исчезновении детонации под нагрузкой, а сам принцип Bosch довёл до серийного производства — значит, физика на месте.
Теперь нюансы, из-за которых этот абзац — не рекомендация.
Относительно безопасно это для турбомоторов с распределённым впрыском: там вода испаряется ещё до цилиндра, и электроника её попросту не замечает. А вот моторы с непосредственным впрыском (GDI, TSI, TFSI) и дизели Common Rail — зона риска: их блок управления тонко настроен, о вашей самодеятельности не предупреждён и может начать «лечить» двигатель от того, чем вы его улучшаете. Зимой вода замерзает (водометанольная смесь решает это, но метанол ест резину и алюминий — отдельная песня). Гарантия? Была: если дилер найдёт следы нештатной форсунки, разговор станет коротким. Превысите 25–30% воды от расхода топлива — получите пропуски зажигания. А долгосрочных независимых данных, что происходит с форсунками и катализатором через 50 000 км, попросту нет: продавцы комплектов заинтересованы в продажах, а не в пятилетних наблюдениях.
Короче: BMW решила задачу правильно — впрыск воды, интегрированный в мозги мотора с завода, со своими датчиками и своей гарантией. Гаражная версия того же самого — это как самому себе удалить аппендицит по видеоурокам: физиологически возможно.
А что там с виски? В кино ведь работало
Классическая сцена: у героя кончается бензин, он с мужественным лицом выливает в бак бутылку виски и уезжает в закат. Красиво. Физика, к сожалению, смотрела другое кино.
Тот самый герой, тот самый бак — только теперь в дело пошёл виски
Виски — это 40% этанола и 60% воды. Вода, как мы выяснили, не горит, а в чистом виде (без всей этой возни с эмульсиями и микронными каплями) она в цилиндре способна устроить гидроудар — жидкость, в отличие от газа, не сжимается, и поршень встречается с ней, как с бетонной стеной. В худшем случае — согнутый шатун. Герой останется на обочине, и хорошо, если с полбутылкой.
Чистый этанол — другое дело, он горит отлично: октановое число около 105 против ~95 у бензина. Бразилия с 1975 года гоняет на этаноле из сахарного тростника миллионы машин — крупнейшая в мире программа такого рода. Но: энергии в литре этанола примерно на треть меньше, так что расход вырастает на 30–40%, а моторы там спроектированы под спирт — другие материалы, другая степень сжатия, другая прошивка. Смеси E10–E15 (10–15% этанола в бензине) — вообще будни: в США и Европе это стандартная заправка, и современная машина её просто не замечает. E85 — только для flex-fuel-автомобилей. А метанол, на котором до 2007 года летала IndyCar, для простых смертных закрыт: он смертельно ядовит — хватает пары глотков — и исключительно агрессивен к металлу.
Заметьте общий знаменатель: всё, что реально работает, работает вместе с бензином или вместо него в специально построенном моторе. Ничто из этого не решает задачу «бак пустой, заправка не работает».
Мораль
Вода в топливе — не топливо. Это специя. Хорошая специя: делает горение чище, мотор — бодрее, выхлоп — приличнее, и всё это подтверждено источниками посерьёзнее сторис вашего соседа по гаражу. Но основное блюдо она не заменяет — бензин по-прежнему нужно где-то взять.
Так что если вы дочитали это в очереди на заправку — у нас две новости. Хорошая: наука действительно на вашей стороне, и на воде можно проехать честные десять-пятнадцать процентов пути. Плохая: остальные восемьдесят пять — вон за тем «Логаном».