Даже те, кто знают, что первые опытные образцы автомобилей-гибридов появлялись с 1901 года, считают первым работающим HEV и синонимом самого понятия «гибриды» японскую Toyota Prius. Но мало кому известен парадоксальный факт: появлению «Приуса» и, собственно, массовому распространению подобных автомобилей мы обязаны… нефтяной компании-гиганту ExxonMobil.
Стартап от нефтяников представил первый полностью рабочий прототип гибридного авто еще в 1975 году. Эти же исследователи подарили миру технологию, лежащую в основе нынешних литий-ионных батарей. Потомков перезаряжаемых АКБ Exxon используют сейчас во всех электронных устройствах: от смартфонов до электромобилей.
Неожиданный поворот: нефтяники и эко-технологии
Один из крупнейших концернов в мире занимался в свое время не только нефтью и природным газом. В начале 70-х годов прошлого века, компания, которая тогда называлась просто Exxon, попала под эмбарго на поставки нефти в США. Был самый разгар нефтяного кризиса, и будущее многих компаний, особенно в автомобильной промышленности, оказалось под вопросом.
Хотя пик кризиса в 1973 году привел к резкому росту прибыли Exxon, опасения, что прибыльный бизнес скоро иссякнет, заставили компанию искать альтернативные проекты.
Иронию того, что сферой работы инженеров нефтяной компании стала напрямую конкурирующая с ископаемым топливом отрасль энергетики, отмечали сами сотрудники корпорации.
Предполагалось, что Exxon будет продавать нефть и газ, а здесь мы разрабатывали что-то, что потребляло бы меньше нефти и газа. Мы осознавали забавный аспект этой идеи.
Программу по разработке силовой установки для гибридных машин назвали ELVECS. Было создано венчурное подразделение Exxon Enterprises Inc. (EEI), которое просуществовало более 10 лет: с начала 1970-х по 1986 год. За это время разработчики успели:
- создать технологию ACS: электрический привод, работающий на переменном токе;
- представить два прототипа гибридов на базе популярных автомобилей Chrysler Cordoba и Toyota Cressida;
- открыть перезаряжаемые литиевые аккумуляторы и создать на их основе электронные часы с многоразовой батареей.
Бензин или электричество?
Чтобы ворваться на новый рынок, стартапу предстояло решить две проблемы, характерные для заряженных машин того времени. Ранее выпускаемые гибриды сильно уступали авто с ДВС: слишком громоздкий и дорогой мотор, слабая производительность и короткий срок службы свинцово-кислотных батарей не способствовали популярности «электричек». Эффективность электродвигателя и АКБ стала краеугольным камнем исследований Exxon.
За все время существования команды EEI компания скептически относилась к полноценным электромобилям. Слишком много факторов мешало продвижению таких моделей. В первую очередь это были фундаментальные проблемы с технологией АКБ. Изначально исследования вели с учетом коммерциализации чистых EV. Но инженеры вынуждены были признать: в конце 70-х годов просто не существует нужного типа батарей: все они непомерно дорогие, громоздкие и с низкой производительностью.
Даже в конце 2015 года ExxonMobil не изменила свое мнение, считая гибриды более перспективным видом транспорта. В своем прогнозе концерн предположил, что в доле продаж новых автомобилей к 2040 году 40% займут гибридные авто. Электромобилям нефтяники выделили лишь 10% рынка. Как мы знаем, уже в 2020 году прогноз не оправдался: на BEV спрос оказался выше, чем на PHEV. Однако до сих пор ряд автопроизводителей отдают предпочтение более выносливым гибридам: особый интерес вызывают перспективы машин на водородном топливе. Например, о преимуществах HEV прямо говорит Toyota.
Брошюра Exxon и первый прототип гибрида с новым электроприводом
В 1978 году EEI выпускает красочную брошюру про технологии электродвигателей в комбинации с ДВС. Они позволили бы американцам продолжать ездить на полноразмерных автомобилях, при этом вписываясь в жесткие нормативы расхода топлива, которые требовало внедрить к 1985 году Агентство по охране окружающей среды. Текст Exxon Cordoba Hydrid-Gas начинается фразой «Америка хочет большие машины».
В брошюре описан принцип работы новой технологии ACS Ричарда Х. Бейкера. В основе лежит использование газоэлектрической гибридной системой привода переменного тока. Ранее в гибридах использовали только моторы постоянного тока. Они были дороже, больше по габаритам и менее надежные. Разработанный Бейкером синтезатор переменного тока позволял преобразовать эту энергию в более подходящую. Кроме того, в отличие от схожих наработок конкурентов, устройство было компактным и легким. Работу двигателя питали свинцово-кислотные аккумуляторы.
Exxon Enterprises Inc. взяли для эксперимента очень популярный в 1975-1977 гг автомобиль класса люкс Chrysler Cordoba и заменили его начинку. Модель оснастили дизельным двигателем мощностью 50 л.с., электрическим мотором на 100 л.с. и десятью аккумуляторами Sears Die-Hard. Дорожные тесты показали, что усовершенствованная машина потребляет всего 4,55 л топлива на 43,4 км (27 миль), что как раз соответствовало вводимым стандартам.
Новую технологию венчурное подразделение нефтяного концерна, конечно, предложило в первую очередь американским автопроизводителям. Однако ни сам Chrysler, ни GM и Ford не заинтересовались работой над машинами с альтернативными силовыми установками. Также прохладно встретили идею Detroit Three и Peugeot. Зато неожиданно проект впечатлил японскую компанию.
Гибридный автомобиль Cressida - «предок» Toyota Prius
В 1979 году Toyota и Exxon начали совместную работу над созданием гибридных автомобилей на новом приводе. Подтверждает факт сотрудничества рабочий план компаний, в нем же упоминается и о «Кордове» как образце для дальнейших разработок.
В 1981 году инженеры Exxon на основе Toyota Cressida собирают полноценный HEV, используя двигатель переменного тока по технологии ACS. Модификация, отладка и дорожные испытания заняли 18 месяцев. Команда доставляет автомобиль в Японию.
Через 16 лет японцы представят самый популярный в мире автомобиль с гибридной силовой установкой Toyota Prius.
Компания до сих пор не раскрывает, сколько в их гибриде использовано технологий EEI. Однако трудно недооценить значимость исследований новых электромоторов для распространения гибридов.
Мы не должны переоценивать роль Exxon в создании гибридных автомобилей в долгосрочной перспективе. Но то, что электродвигатель в гибриде стал электродвигателем переменного тока, является результатом посеянных нами семян
Литий-ионный аккумулятор и Нобелевская премия по химии
Еще до создания первых прототипов компания представила прорывное исследование. В 1972 г. к команде Exxon Enterprises Inc. присоединился химик Стэнли Уиттингем. Он стал пионером в области разработки перезаряжаемых батарей, а в 2019 году за свое открытие получил Нобелевскую премию по химии.
Первые образцы батарей появились в корпоративной исследовательской лаборатории Exxon (Клинтон, штат Нью-Джерси). Теоретическую часть работы Уиттингем опубликовал в журнале Science под заголовком «Хранение электрической энергии и химия интеркаляции». Инновационная идея позволяла отказаться от неудобных одноразовых батареек, замена которых обходилась достаточно дорого даже в мелких устройствах, а тем более в компьютерах и автомобилях.
Ранее ученые уже выдвигали идею использования лития в аккумуляторах, но реализация технологии упиралась в высокую взрывоопасность элемента. Уиттингем решил эту проблему, добавив в конструкцию сульфид титана и использовав процесс интеркаляции (вклинивание новых молекул между элементами цепочки). Таким образом батареи смогли генерировать электричество, не нагреваясь выше безопасной комнатной температуры. Позже именно на основе технологии Exxon доктор Йошино из Японии создаст первые коммерческие литий-ионные аккумуляторы.
Первым продуктом, на котором опробовали многоразовые батареи, стали часы марки Ebauches. Команда EEI очень рассчитывала на это направление бизнеса. Прорывная технология могла принести стартапу огромный доход. Но в смелом эксперименте компания Ebauches в итоге участвовать оказалась. Часы так и не появились в массовой продаже.
Почему энергетический стартап нефтяников «не взлетел»
В начале 80-х годов накрученные кризисом цены на нефть начали падать, массовая истерия утихла, а Exxon понадобился бюджет для профильной деятельности. Изменились приоритеты и из-за смены руководства. Новый вице-президент Ли Рэймонд считал, что в первую очередь нужно уделять внимание разработкам по добыче ископаемого топлива и газа. Поэтому он сократил расходы по всем остальным направлениям.
Только начавшие было разворачиваться исследования сначала заморозили, а в 1986 году технологии продали группе инвесторов. На тот момент подразделение Exxon Enterprises Inc. уже объединили с дочерней компанией Reliance Electric, отношения с менеджерами которой у команды инженеров не сложились.
В 2017 году было опубликовано скандальное исследование. Эксперты Джеффри Супрана и Наоми Орескес утверждали, что ExxonMobil еще с 1979 года знали о том, как влияет сжигание ископаемого топлива на увеличение содержания CO2 в атмосфере. При этом концерн продолжал утверждать в рекламных материалах, что эта связь незначительна, тем самым сознательно противореча внутренним отчетам ученых. Есть подозрения, что закрытие программы ELVECS в 1981 году было одним из способов скрыть вредную для нефтяного бизнеса информацию.
О судьбе гибридов Toyota Cressida и Chrysler Cordoba ничего не известно: они канули в небытие вместе с Reliance Electric. Проект от Exxon намного опередил свое время. Но альтернатива газовой силовой установке была найдена и уже не забыта.
Завершим эту историю ссылкой на ролик Exxon Invented A Hybrid Car. Then It Disappeared — ценители истории увидят там много стильных кадров из прошлого века.
P.S. Традиционный призыв подписываться на телеграм-канал нашего портала уже тут. Новости, интересные факты и аналитика из мира электротранспорта ждут вас на @ecarstech.