Изыскания в области альтернативного топлива, получаемого не из нефти - идея, мягко говоря, не новая: уже в 1920-х - 1930-х годах в Германии на него приходилась огромная доля рынка, а на бензоколонке помимо собственно бензина можно было заправиться и целым рядом весьма экзотических, по меркам современного автомобилиста, горючих веществ. Причём речь идёт далеко не только про достаточно широко известный синтетический бензин, но и про виды топлива, вообще принадлежащие к другим классам химических соединений.
Например, если мы откроем написанную во второй половине 1920-х годов книгу М. Петера Der Moderne Kraftwagen (более известную у нас в переводе на русский, изданном в СССР в 1932 году - кстати, всем интересующимся эпохой "зари автомобилизма" и ещё не знакомым с этим источником, настоятельно рекомендую ознакомиться) - то увидим в ней кучу информации об использовании всевозможных альтернативных видов топлива, а также, кстати говоря - целый раздел, посвящённый электромобилям. Правда, естественно, смысл всего этого в те годы был совершенно иным, чем сегодня - экономия дефицитного бензина и/или его замена веществами более дешёвыми и доступными, либо превосходящими его по некоторым характеристикам; про экологический "соус", под которым всё это подаётся нашим современникам, никто ещё и слыхом не слыхивал.
Нефтяники тоже не жаловались
Впрочем, в качестве основного топлива для автомобилей с карбюраторными двигателями у Петера называется всё ж таки бензин, который в те годы в среднем имел плотность при 15 °C в районе 0,68…0,72 кг/л (хотя упоминается и о существовании сортов, выходящих за эти пределы). Для справки - у всех современных бензинов плотность заметно выше и составляет в тех же условиях примерно 0,73…0,78 кг/л. Видимо, по меркам двадцатых годов они считались бы низкокачественным продуктом, потому что в то время бензин с меньшей плотностью - то есть, состоящий из более лёгких и летучих (легко испаряющихся) фракций - считался более качественным, но и более дорогим, топливом, поскольку мотор на нём легче пускался и в целом лучше работал.
Разумеется, важные сегодня моторные качества современного бензина — стойкость к детонации и так далее - на деле намного выше, чем у бензинов двадцатых годов - но обеспечены они в большей степени добавкой высокооктановых компонентов, полученных при помощи изобретённых перед Второй мировой войной процессов каталитического крекинга и риформинга, а также иных присадок. Чистый же бензин прямой перегонки образца 1920-х годов сегодня можно купить только в хозмаге под названием "Калоша" - он как раз имеет плотность 0,70…0,73 кг/л и октановое число в районе 50…52 единиц. И на нём как раз чудно запускаются и работают довоенные моторы с низкой степенью сжатия.
Кстати, насколько я это понимаю, во многом именно из-за наличия в продаже низкокачественного бензина и других топлив с низкой испаряемостью на автомобили тех лет часто ставили карбюраторы с восходящим, а не нисходящим потоком смеси: их, в отличие от имеющих нисходящий поток, не "заливало", если бензин вдруг отказывался нормально испаряться, потому что сконденсировавшееся жидкое топливо преимущественно просто выливалось наружу под действием силы тяжести, а не поступало во впускной трубопровод двигателя и далее в цилиндры, где мешало воспламенению.
Более выгодной в те годы считалась переработка на топливо русской (бакинской) и румынской нефти, поскольку она содержала больше лёгких бензиновых фракций. Но приходилось работать немецким нефтехимикам и с тяжёлой американской нефтью из Пенсильвании, с которой выход бензина был заметно меньше. Кстати, уже в двадцатые годы случилось и некое подобие первого нефтяного кризиса, с обязательными для этого жанра паническими прогнозами о том, что ещё совсем немного — и все запасы нефти в мире того самого… Так что интерес к альтернативным вариантам топлива вполне объясним и с этой точки зрения. Отчасти развеяло эти страхи лишь открытие в начале тридцатых огромных месторождений в Техасе и на Ближнем Востоке - но у немцев были и свои, сугубо экономические причины для поиска альтернатив импортному "чёрному золоту".
Также упоминаются Петером и проводившиеся в те годы работы по повышению стойкости бензинов к детонации, что позволяло поднять степень сжатия в цилиндрах и за счёт этого повысить эффективность рабочего процесса, сняв с 1 литра рабочего объёма больше момента и мощности. В частности, сказано, что американцы с этой целью начали применять "так называемый тетраэтиловый свинец" - но тут же следует оговорка о том, что "это средство по всей видимости является сильным ядом" и вряд ли получит массовое распространение. Ага, щас… нет, по первому пункту так оно и есть — но на то, чтобы осознать тот факт, что нельзя использовать столь ядовитые вещества в качестве компонентов массово используемого топлива, ушло много десятков лет… Сами же немцы уже тогда разрабатывали более безопасные антидетонационные присадки; например, упоминается так называемый "мотил", он же пентакарбонилжелезо Fe(CO)₅ - некий предшественник современных металлосодержащих антидетонаторов вроде ферроценов, точно так же оставляющий на всех частях камеры сгорания ржаво-красный налёт.
Так или иначе, по данным автора книги в те годы эти высокооктановые сорта топлива использовались только для двигателей спортивно-гоночных автомобилей и не находили применения в широкой "обыденной практике". Хотя в Штатах уже тогда стал появляться товарный этилированный бензин для "гражданских" моторов. В Германии же роль "премиального" топлива с повышенной стойкостью к детонации играл совсем другой продукт, о котором речь пойдёт ниже…
Две буквы, которые меняют всю суть
Настоящим "королём" альтернативных автомобильных топлив первой половины XX века был бензол - продукт сухой перегонки каменного угля, который в Германии и, отчасти, сопредельных с ней странах был распространён примерно наравне с бензином. Разумеется, о том, что это вещество является сильным канцерогеном, поражающим костный мозг и, вероятно, в долговременной перспективе даже более опасным для человека и окружающей среды, чем этилированный бензин - в те годы даже не задумывались…
Несмотря на сходство названий, это вещество никак не связано с бензином, и даже происхождение этих слов совершенно различно: у бензола название происходит от ароматической бензойной смолы, входящей в состав некоторых вариантов церковного ладана, и получавшейся из неё бензойной кислоты, а у бензина - от фамилии Карла Бенца, придумавшего машину, позволившую наконец-то хоть как-то утилизировать этот надоедливый побочный продукт перегонки нефти с целью получения мазута, смазочных масел и керосина. И по составу они тоже полностью отличаются друг от друга: если чистый бензин прямой перегонки - это в основном смесь алифатических углеводородов, то бензол - представитель иного класса веществ, так называемый ароматический углеводород, молекула которого с формулой C₆H₆ имеет кольцевую структуру.
Стоит отметить, что ещё с довоенных лет (т.е. с 1900-х - начала 1910-х годов) двигатели с относительно высокой степенью сжатия на моторном бензоле использовались в Германии на железнодорожном транспорте — такие бензол-электрические локомотивы и автомотрисы были своего рода предшественниками ещё более эффективных тепловозов с дизель-электрическими силовыми установками. Видимо, это и было одной из причин популярности этого вида топлива, так как к моменту широкого распространения автомобилей оно уже массово производилось для железных дорог. Сырьё в массовых количествах поставляла химическая промышленность, занимавшаяся коксованием угля для получения светильного газа и каменноугольной смолы, а из последней - толуола, который шёл, в частности, на изготовление взрывчатки тринитротолуола (тола); так что бензол хорошо вписался в уже существующие технологические процессы. Фактически моторный бензол не был чистым веществом и содержал значительное количество примесей, например того же толуола.
Из-за довольно сложного процесса получения бензол был как минимум не дешевле бензина, что лишь усугубилось по мере снижения цен на нефтепродукты благодаря росту добычи нефти в тридцатые годы - но имел перед ним два важных преимущества: уже упоминавшуюся высокую стойкость к детонации и возможность получения из имевшегося в самой Германии в массовых количествах сырья.
При удельном весе 0,88 кг/л он испаряется хуже бензина и имеет чуть более низкую теплотворную способность - зато его октановое число составляет около 90 единиц по моторному методу MON, или примерно 99 единиц по исследовательскому методу RON, что для автомобильных двигателей тех лет было даже избыточно (хотя в те времена такой терминологии ещё не использовали; у Петера вообще не упоминается понятие октанового числа).
Для работы современного на тот момент двигателя на бензоле было достаточно просто "подводить в карбюратор несколько большее количество воздуха" за счёт изменения его регулировки. Причём в большинстве случаев немецкие производители автомобилей с самого начала прорабатывали возможность работы мотора на обоих видах топлива или на их смеси.
Собственно, с начала двадцатых годов в Германии как раз появились - и впоследствии получили широкое распространение - сорта топлива, в которых дорогой бензол применялся уже не в чистом виде, а в смеси с бензином примерно в равных пропорциях. Такое топливо обозначалось просто Gemisch ("смесь") или Bibo / Bibo-Gemisch - сокращённо от Benzin-Benzol-Gemisch.
"Bibo-смесь" имела плотность в районе 0,8 кг/л, приемлемую испаряемость и даже более высокую теплотворную способность, чем у чистого бензина - в общем, в какой-то мере объединяла преимущества обоих видов топлива. По сути, бензол использовался в ней в качестве антидетонатора, делая такое смесевое топливо пригодным для более форсированных двигателей и жёстких режимов эксплуатации. Смесь была дешевле чистого бензола, а её октанового числа было вполне достаточно для работы даже в самых форсированных "гражданских" моторах тех лет без детонации.
Одной из самых известных марок был созданный в 1924 году химической компанией Benzol-Verband сорт B.V.-Aral, представлявший собой смесь 60% бензина с 40% бензола, подкрашенную в небесно-голубой цвет. Название Aral, со временем ставшее также именем самой фирмы, было составлено из первых букв двух слов, обозначающих компоненты смеси: ароматические (Ar) и алифатические (Al) углеводороды. При октановом числа исходного бензина в 40...60 единиц RON, смесь B.V.-Aral имела "октан" 64...76 RON - очень неплохо для того времени !..
Аналогичные сорта топлива предлагались и другими фирмами - например, Bibo Dynamin производства Rhenania-Ossag (будущий немецкий Shell), Rekordal от фирмы Oelhag, Nital от NITAG или Duolin от Немецко-американского нефтяного общества (DAPG), впоследствии ставшего Esso. Несложно увидеть, что большинство из этих названий отражают "динамичность" автомобиля и "рекордные" показатели, которые можно получить от его двигателя при использовании такого топлива.
На происки конкурентов B.V. ответил массовым импортом советской нефти с бакинских месторождений через совместное общество ДЕРОП, благодаря чему к началу 1930-х подмял под себя почти 25% немецкого рынка автомобильного топлива. А после прихода к власти Гитлера советская сторона и вовсе была вынуждена продать B.V. все германские активы "Деропа", включая и огромную сеть бензоколонок - лишь бы иметь возможность продолжить очень нужные СССР поставки нефти на немецкий рынок за валюту.
Впрочем, в свете роста моды на всё "истинно германское" широкое использование импортной нефти начало выглядеть всё более подозрительно - даже американцы из Esso, до этого всячески подчеркивавшие в своей рекламе, что их бензин - "американский", теперь бравировали уже тем, что в их топливе те же 45% компонентов немецкого производства, что и у вроде как исконно-немецкого концерна B.V. Отчасти именно этим и объясняется постепенная утрата последним лидерских позиций, которые перешли к другой компании, сумевшей предложить продукт сугубо немецкого производства из немецкого сырья; об этом чуть позже.
Помимо собственно Германии, "bibo-смесь" экспортировалась и в соседние государства - например Италию, где продавалась просто в качестве высокооктанового "премиального" бензина (Supercarburante):
Имелись у бензольного и смесевого топлива местные аналоги и в других европейских странах.
После войны, в 1947-48 годах, B.V. попытался вновь выйти на рынок с бензин-бензольным топливом, имеющим октановое число 80. Однако в итоге победил более дешёвый этилированный бензин, а впоследствии и пришедшее из Штатов высокооктановое топливо нового типа - бензин каталитического риформинга, для которого не были пределом и 90…100 единиц RON. Кроме того, с 1950-х годов само производство бензола стало постепенно переключаться с угля на дешевеющую нефть, что лишало смысла всю затею с его использованием в качестве альтернативы бензину.
Следующим по списку у Петера идёт некий аутин, который "производится только в Германии, и то в небольшом количестве" и "никакого практического значения не имеет". И, видимо, это действительно было так - поскольку даже никаких других упоминаний этого вещества найти не удалось...
Нафталин использовался исключительно в качестве добавки к бензину, поскольку в чистом виде до 80 градусов Цельсия остаётся твёрдым и для подачи в карбюратор его пришлось бы постоянно подогревать. Судя по другим источникам, он является антидетонатором, но слабым и малоэффективным, к тому же оставлял отложения в топливной системе.
Биоэтанол до того, как это стало модным
Упомянут Петером в качестве альтернативного топлива и популярный в наши дни в качестве добавки к бензину (сегодня в некоторых странах в товарном топливе его может быть 25% и более) этиловый или винный спирт крепостью 95...99%, который широко применялся немцами в качестве эрзац-топлива ещё в годы Первой мировой. Так что понятие "биотопливо" может и является относительно новым, а вот само по себе обозначаемое им явление - как раз очень и очень старая тема...
Увы, как это было хорошо известно уже в те годы, в чистом виде он представляет мало интереса с точки зрения эксплуатации автотранспорта, поскольку "при применении спирта, обладающего невысокой теплотворной способностью, падает мощность двигателя". Кроме того, в качестве существенной проблемы виделось как раз то, что спирт получали из пищевых продуктов - картофеля, свёклы, пшеницы и т.п., что в не особо сытой послевоенной Германии, видимо, воспринималось довольно нервно.
Впрочем, несмотря на это, соображения экономии дефицитного бензина и снижения зависимости от импорта пересилили комплексы по поводу перевода продуктов. Например, государственная спиртовая монополия Reichskraftsprit-Gesellschaft с 1925 года стала добавлять к бензину 25% картофельного "биоэтанола" и продавать его под подходяще названной маркой Monopolin. А уже с 1930 года обязательная "спиртовая" квота в 2,5% по массе стала действовать и для частных производителей топлива; с 1932 она была увеличена до 10%. Это считалось не только "импортозамещением", но и мерой по поддержке немецкого сельского хозяйства, которое таким образом получало гарантированный спрос на свою продукцию - в том числе и негодный в пищу неликвид.
И тут вдруг оказалось, что аграрии сами такие объёмы производства попросту "не тянут". Тогда помимо этилового спирта стали использовать метиловый производства концерна I.G. Farben, который оставался в качестве побочного продукта от производства синтетического бензина.
Бензин из Лойны
Ну и - да, конечно: раз это немцы - то никак нельзя обойтись без упоминания синтетического бензина. А точнее - его самой ранней версии, так называемого бергина. Он получался I.G. Farben по процессу Бергиуса "из каменноугольный смолы, пека, гудрона, угольной пыли и т.п.", которые разлагались при высоких температуре и давлении в присутствии водорода, и, соединяясь с последним, превращались в синтетические углеводороды - аналоги природных нефтяных. Впоследствии немцы окончательно остановились именно на каталитической гидрогенизации угля. Получившееся в результате синтетическое топливо имело практически такую же теплотворную способность, как у бензина или бензола - 10...11 тыс. калорий с 1 кг, и в целом мало отличалось от обычного низкооктанового бензина, в частности - могло образовывать "bibo-смесь" с бензолом, что позволило вывести на рынок и высокооктановый "премиальный" вариант.
"Синтетика" поначалу обходилась дороже бензина, полученного из природного сырья, а после того, как к началу тридцатых годов разведанные мировые запасы нефти резко выросли - компания и вовсе оказаться на грани краха: освоение новых месторождений обещало залить весь мир дешёвой природной нефтью. Но немецкому правительству - тогда ещё Веймарской республики - идея своего собственного, не зависящего от импорта углеводородов, топлива очень понравилась, и производителя поддержали выводом из-под налогов и сборов, которыми облагались традиционные нефтяные магнаты.
В результате к началу тридцатых синтетическое топливо марки Leuna стоило в рознице уже столько же, или даже чуть дешевле, чем бензин, полученный из нефти - в районе 35 пфеннигов за литр. И по мере роста нефтяных котировок в тридцатые годы, следовавшего за повышением спроса на нефтепродукты, а также ввиду постоянного совершенствования техпроцесса, это соотношение всё больше смещалось в пользу синтетического "лойна-бензина". Ну, а в 1939 году немецкое государство установило твёрдую цену на любое топливо вне зависимости от его происхождения - 39 пфеннигов.
Горе от разнообразия
Разумеется, такое разнообразие серьёзно отличающихся друг от друга по свойствам видов топлива в те годы порождало множество совершенно неизвестных более поздним поколениям автолюбителей видов страдания - начиная с того, что перед тем, как залить топливо в бак, его неплохо было бы тщательно проверить на пригодность для применения в двигателе конкретного автомобиля и соответствие выбранным регулировкам.
Первым из рекомендуемых Петером тестов было определение плотности топлива при помощи ареометра. Это позволяло как определить то, будет ли оно хорошо испаряться, так и отчасти судить о его детонационной стойкости - например, как правило более лёгкие сорта бензина были менее склонны к детонации, чем тяжёлые. Хотя если большая плотность была обусловлена наличием примеси бензола - то такой бензин, напротив, имел более высокое, как сегодня сказали бы, октановое число, и был предпочтителен для использования.
Следующей упоминается проба на испаряемость, которая определялась по времени испарения топлива, налитого в часовое стекло "диаметром в 10 см и глубиной в 1 см". "Особо высококачественным" считался бензин, испаряющийся менее, чем за 4 часа; за 4,5...5 часов - просто "хорошего качества"; более 5,5 часов - тяжёлым. Хороший моторный бензол должен был испариться за 5 часов, а смесь бензина и бензола - за 5...6 часов.
Наконец, теплотворную способность топлива предписывалось определять по величине повышения температуры определённого количества воды, подогретой за счёт его сгорания.
Знать всё это было нужно, в частности, для того, чтобы либо подбирать горючее с определённой плотностью и испарительной способностью под заводские настройки топливной аппаратуры двигателя, либо правильно отрегулировать её под имеющееся в наличии топливо. Достигалось это в первую очередь изменением уровня топлива в поплавковой камере за счёт подбора массы поплавка: более лёгкий поплавок соответствовал более лёгкому топливу, а более тяжёлый - более плотному. При эксплуатации перейти с лёгкого топлива на тяжёлое можно было утяжелением поплавка за счёт припаивания к нему грузиков - а вот для обратного перехода как правило приходилось уже уменьшать высоту самого жиклёра.
Кроме того, карбюраторы тех лет могли иметь регулировочную иглу в главном топливном жиклёре, позволяющую в довольно широких пределах варьировать состав смеси как на холостом ходу, так и на рабочих режимах. Не было чем-то необычным для автомобилистов тех лет и "играться" с пропускной способностью самих жиклёров за счёт подбора диаметра отверстия. Кстати, если для бензина нормальным составом смеси, обеспечивающим полное сгорание, считалось 15,5 кг воздуха на 1 кг топлива, то для бензола эта величина составляла 13 кг, а для этилового спирта - 9 кг. Последнее обусловлено тем, что в спирте и так содержится много химически связанного кислорода, поэтому окислителя при его сгорании требовалось меньше.
На практике рядовой автолюбитель как правило просто старался придерживаться определённого типа, или даже конкретных марки и сорта, топлива, под которое его автомобиль был отрегулирован на заводе или в мастерской. Заливка в бак чего-либо иного порой могла привести к довольно непредсказуемым последствиям - хотя ближе к концу тридцатых состав находящихся в продаже бензинов и бензин-бензольных смесей всё же был приведён в некое подобие порядка.
Наконец, в той же книге для определения качества топлива автолюбителям рекомендовались такие "простейшие способы изучения", как... "проба на примеси, разъедающие металл" по коррозии образцов, "проба на кислотность и щёлочность" лакмусовой бумажкой, "проба дракорубиновой бумажкой", обнаруживающей наличие в смеси бензола, или "проба серной кислотой", выявляющая наличие забивающих карбюратор смолистых примесей по окраске получившейся смеси "темнее светлого пива" (вот сразу видно - писали немцы для немцев...).
P.S.
Дополнительно почитать об истории немецких бензоколонок как самостоятельном явлении и других смежных с темой данной статьи вопросах вы можете вот в этом журнале.
