Первые электромобили: как всё начиналось

Начало XIX века было временем пара. Паровые машины двигали поезда, станки и первые неуклюжие самоходные повозки. Но у пара были колоссальные недостатки: машины были тяжёлыми, требовали длительного разогрева, пугали лошадей шумом и копотью, а также нуждались в постоянном участии кочегара.

В это же время, на волне открытий Вольты, Фарадея и Ампера, электричество воспринималось как некая магическая, чистая сила. Идея использовать эту «невесомую жидкость» (как тогда называли ток) для движения транспорта возникла практически одновременно с изобретением первых источников питания.

Инженеры искали альтернативу:

1. Лошадям, которые загрязняли города навозом и требовали огромных расходов на содержание.

2. Пару, который был опасен (риск взрыва котла) и не подходил для личного транспорта из-за габаритов.

Электромобиль должен был стать тихим, чистым и простым в управлении средством передвижения. Появление первых прототипов было не столько бизнес-планом, сколько научным любопытством — попыткой приручить новую физическую силу.

Электромобиль не имеет одного «отца». Это коллективное творение изобретателей из Венгрии, Шотландии, США и Нидерландов. Процесс шёл параллельно в разных точках мира, часто без обмена информацией между учёными.

Фундаментальной проблемой того времени было отсутствие эффективных аккумуляторов. Первые батареи были гальваническими элементами первичного типа — то есть одноразовыми. Они могли дать ток, но их нельзя было перезарядить, подключив к розетке (которых, к слову, тоже не существовало).

Аньос Джедлик и первые электродвигатели

Одним из пионеров, чьё имя часто незаслуженно забывают, был венгерский бенедиктинский монах и физик Аньос Джедлик. Ещё в 1827 году он начал экспериментировать с электромагнитными вращающимися устройствами.

Джедлик создал то, что можно назвать прадедушкой современного электродвигателя постоянного тока. В 1828 году, чтобы продемонстрировать работоспособность своего изобретения, он построил миниатюрную модель повозки. Это была небольшая платформа на колёсах, приводимая в движение его мотором.

Хотя это устройство никогда не перевозило человека и оставалось лабораторным курьёзом, Джедлик доказал принципиальную возможность преобразования электрической энергии в механическое движение колёс. Его работы легли в фундамент, на котором позже строили другие.

Роберт Дэвидсон и электрический транспорт XIX века

Если Джедлик создал игрушку, то шотландец Роберт Дэвидсон мыслил масштабно. В период между 1832 и 1839 годами он построил первый полноразмерный экипаж на электрической тяге.

Но его главным достижением стал электровоз, названный «Гальвани», представленный в 1842 году. Эта 7-тонная машина приводилась в движение электромагнитными катушками и питалась от огромных батарей с цинковыми пластинами и серной кислотой. «Гальвани» смог разогнаться до 6,4 км/ч, перевозя пассажиров.

Эксперимент Дэвидсона выявил главную проблему эпохи: экономику. Батареи были одноразовыми. Чтобы ехать дальше, нужно было менять цинковые пластины и заливать новую кислоту. Стоимость такой поездки в десятки раз превышала стоимость сжигания угля в топке паровоза. Интересный исторический факт: работники паровых железных дорог, увидев в «Гальвани» угрозу своим рабочим местам, уничтожили прототип. Это был, пожалуй, первый случай промышленного саботажа против электромобильности.

Настоящий прорыв случился в 1859 году, когда французский физик Гастон Планте изобрел свинцово-кислотный аккумулятор. Это изменило всё: батарею теперь можно было перезаряжать. Позже Камилл Фор усовершенствовал конструкцию, сделав её пригодной для промышленного производства.

На рубеже XIX и XX веков наступил «Золотой век» электромобилей. В это трудно поверить, но в 1900 году в США:

• 40% автомобилей были паровыми;

• 38% — электрическими;

• и только 22% работали на бензине.

Электромобили доминировали в городах. Они были идеальны для коротких поездок. Их называли «дамскими автомобилями», потому что для запуска не нужно было с риском сломать руку крутить «кривой стартер» (рукоятку запуска двигателя), как у бензиновых аналогов. Они не пахли бензином, не вибрировали и не требовали сложного переключения передач.

Именно на электромобиле La Jamais Contente («Всегда недовольная») в 1899 году был установлен первый абсолютный рекорд скорости — преодолен барьер в 100 км/ч.

Знаменитый Фердинанд Порше свой первый автомобиль, Porsche P1 (1898 год), также сделал электрическим. Позже он разработал революционную систему Lohner-Porsche с мотор-колёсами, которая была по сути первым в мире гибридом.

Казалось, будущее за электричеством. Нью-Йорк был наполнен электрическими такси, а Томас Эдисон работал над улучшением батарей для своего друга Генри Форда. Но в начале XX века сошлись несколько факторов, которые убили индустрию электрокаров на долгие 100 лет.

1. Конвейер Генри Форда. В 1908 году Ford представил Model T. Массовое производство снизило цену бензинового автомобиля до 650 долларов (позже ещё ниже), в то время как хороший электромобиль стоил около 1750 долларов. Разница в цене стала фатальной.

2. Электрический стартер. В 1912 году Чарльз Кеттеринг изобрёл электрический стартер для Cadillac. Главный недостаток бензиновых машин — сложность и опасность ручного запуска — исчез. Электричество, по иронии судьбы, помогло ДВС победить.

3. Открытие нефти в Техасе. Бензин стал неприлично дешёвым и доступным повсеместно.

4. Развитие дорожной сети. Дороги стали лучше, люди захотели путешествовать между городами. Низкий запас хода электромобилей (обычно 50–60 км) и отсутствие зарядной инфраструктуры сделали их бесполезными за чертой города. Бензиновая машина могла проехать сотни километров, требуя лишь канистры топлива.

К 1930-м годам электромобили практически исчезли, оставшись лишь в узких нишах: складские погрузчики, гольф-кары и британские фургоны для доставки молока (milk floats), которые двигались тихо, чтобы не будить жителей утром.

Интерес к технологии начал медленно возрождаться в 1970-х на фоне нефтяного кризиса, когда цены на топливо взлетели. Но тогдашние свинцовые аккумуляторы делали машины тяжёлыми и медленными.

Настоящий ренессанс стал возможен благодаря двум факторам:

1. Литий-ионные аккумуляторы. Технология, изначально созданная для видеокамер и ноутбуков, обеспечила высокую плотность энергии.

2. Экологическая повестка. Глобальное потепление и загазованность мегаполисов заставили правительства ужесточать нормы выбросов.

В 1990-х GM выпустила экспериментальный EV1, который, хоть и был отозван и уничтожен (история, достойная детективного романа), показал, что электромобиль может быть динамичным. Затем появилась Toyota Prius (1997), приучившая мир к гибридным технологиям.

И, наконец, Tesla Motors в 2008 году выпустила Roadster, разрушив стереотип о том, что электромобиль — это медленная «гольф-машинка». Они доказали, что электрическая тяга может быть быстрее, престижнее и технологичнее бензиновой.

Удивительно, но многие инженерные решения, которые мы считаем ультрасовременными, были придуманы ещё в XIX веке. Инженеры прошлого просто не имели подходящих материалов для их реализации.

• Мотор-колёса. Современные стартапы и производители грузовиков активно внедряют двигатели, встроенные непосредственно в колёса. Эту технологию Фердинанд Порше успешно применял в 1900 году.

• Рекуперативное торможение. Способность возвращать энергию в батарею при торможении использовалась в ранних электромобилях (например, в автомобиле Амита), позволяя немного увеличить скромный запас хода.

• Сменные батареи (Battery Swap). Сегодня эту технологию продвигают китайские производители (NIO). Однако ещё в начале XX века служба такси в Нью-Йорке использовала систему быстрой замены свинцовых аккумуляторов, чтобы машины не простаивали на зарядке.

• Гибридная схема. Последовательный гибрид, где ДВС работает только как генератор для электромоторов, был реализован в тех же ранних моделях Lohner-Porsche.

Современные электромобили, по сути, решают те же задачи, что и их предки 100 лет назад — увеличение плотности энергии в батарее и создание инфраструктуры, только на новом витке технологической эволюции.

История первых электромобилей — это урок того, что лучшая технология не всегда побеждает сразу. Экономическая целесообразность и удобство пользователя в моменте часто оказываются важнее экологических перспектив. Бензиновый двигатель победил не потому, что был лучше, а потому, что стал дешевле и удобнее в конкретный исторический период.

Сегодня мы наблюдаем восстановление исторической справедливости. Электродвигатель объективно имеет более высокий КПД (90–95% против 30–40% у ДВС), более простую конструкцию и лучшие динамические характеристики. Человечеству потребовалось сто лет, чтобы подтянуть химию аккумуляторов до уровня физики электродвигателей.

Мы не изобретаем электромобиль заново, мы возвращаемся на путь, с которого свернули в начале XX века. И зная ошибки прошлого — например, проигрыш из-за отсутствия инфраструктуры и высокой цены — современные производители могут сделать всё, чтобы на этот раз электрическая эра наступила окончательно.